深圳西南約200公里，南海東部海域，碧海藍天之間，一抹明艷的黃色分外顯眼。從空中俯瞰，矗立于此的恩平15-1平臺像一個“巨無霸”，與海浪波濤進行著“搏擊”。
這是亞洲最大的海上原油生產平臺，擁有我國首個海上二氧化碳封存示范工程項目。
近日，隨著高碳原油生產井、生產處理系統(tǒng)、二氧化碳壓縮機及分子篩脫水橇等設備依次啟動，油田開發(fā)伴生的二氧化碳被捕獲、分離、加壓至氣液混合的超臨界狀態(tài)，并通過一口回注井被注入海底地層深處，實現(xiàn)穩(wěn)定封存。
這標志著我國首個海上二氧化碳封存示范工程投用，也意味著我國已擁有海上二氧化碳捕集、處理、注入、封存和監(jiān)測的全套技術和裝備體系。我國海上二氧化碳封存技術的空白由此得到填補。
給二氧化碳找個“新家”
“恩平15-1油田是我國南海首個高含二氧化碳油田，其二氧化碳含量高達95%，預計累產氣約8.3億方。”作為恩平油田的主要勘探者，中國海洋石油集團有限公司副總地質師兼研究總院董事長、總經理米立軍告訴科技日報記者，2016年油田被成功發(fā)現(xiàn)時，二氧化碳含量的濃度震驚了所有人。
在海洋油氣鉆探開發(fā)過程中，通常會有一些伴生氣，二氧化碳便是伴生氣的重要組分之一。常規(guī)海洋油氣資源開發(fā)時，伴生氣中二氧化碳的含量在20%—30%。恩平15-1油田尤為特別，因為特殊的地殼條件，油藏上部有一個氣頂，且二氧化碳含量極高，在原油開采過程中，如果不加干預，這些二氧化碳就會“逃”出地層。
米立軍告訴科技日報記者，據測算，恩平15-1油田一共會產生約150萬噸二氧化碳。若按照傳統(tǒng)方式進行開發(fā)，二氧化碳將隨原油一起被采出地面，不僅對海上平臺設施和海底管線等造成腐蝕，還將增加我國二氧化碳排放量。
在“雙碳”背景下，技術團隊希望將這些“逃”出來的二氧化碳捕集起來，并通過一系列技術手段，重新回注到海底地層深處，實現(xiàn)永久封存。
要實現(xiàn)這一目標，首先要做的是給二氧化碳找一個合適的“家”。米立軍表示，在距離恩平15-1平臺約3公里外、海床800米之下的巖層中，技術人員找到一個“穹頂”式地質構造。該種地質構造仿佛一個倒扣在地底下的“巨碗”，不僅存儲量大，而且自然封閉性強，能夠長期穩(wěn)定地罩住二氧化碳。
找到合適的二氧化碳“安家”之地，還需要建設一條通往海底“巨碗”的路——回注井，以此連通地上與地下。而且，“逃”出來的二氧化碳并不會從伴生氣中自動分離，需要人為進行捕集、分離、脫水、加壓等一系列工序處理。
“當二氧化碳被加壓到11兆帕時——相當于指甲蓋上壓了一個110公斤的重物，二氧化碳恰好處于超臨界狀態(tài)。”米立軍告訴科技日報記者，此時的二氧化碳是氣液混合態(tài)。將超臨界狀態(tài)下的二氧化碳注入海底，整個過程只需要20分鐘左右。
貫通二氧化碳的“回家”通道
在恩平15-1平臺的尾部甲板，我國首個海上二氧化碳封存示范工程的封存模塊靜置于此。這是一個重約750噸的大裝置，分子篩、冷卻器、壓縮機，以及層層疊疊的各路管道，在有限的空間里有序排布。
“技術團隊研制了首套復合材料二氧化碳分子篩脫水橇、適用于海洋高濕高鹽環(huán)境的首套超臨界大分子壓縮機、用于防止二氧化碳腐蝕的低密度固井水泥漿……”談起海上二氧化碳封存項目的工程技術創(chuàng)新，米立軍如數(shù)家珍。他告訴記者，為了將二氧化碳安全長效地回注、封存，科研團隊攻克了諸多難題。
首先是超遠距離回注井的“貫通”。二氧化碳的目的地——海底“巨碗”在海床下800米，但距離平臺卻有3公里遠，水垂比大。這意味著，每向下增加1米的深度，水平方向就要前進3米以上。與此同時，途經區(qū)域地層又很“軟”，“嬌氣”得像豆腐塊一樣，容易破裂，無法為鉆具提供有效支撐。鉆具在地層中掘進，完全“水土不服”。
為此，項目工程從常規(guī)鉆井的三分段優(yōu)化為四分段，采用4種不同尺寸的鉆頭，縮短每段管柱前進的距離。同時，還創(chuàng)新采用低溫流變性穩(wěn)定鉆井液，有效支撐井壁、潤滑井眼，讓鉆進之路暢通無阻。
除此之外，抵抗二氧化碳的“腐蝕”是回注井必須攻克的難題。當二氧化碳遇水，會產生碳酸，對回注“通道”的鋼材和水泥產生嚴重腐蝕。“通道”一旦受到破壞，就有泄漏二氧化碳的風險。
“技術團隊在室內開展實驗研究，發(fā)現(xiàn)在管材中加入微量元素鉻(Cr)，管材的防腐能力可得到很大提升，而且防腐固井水泥漿的成功研制，能很好防止二氧化碳的腐蝕。”米立軍告訴記者，這些技術成果確保回注井在長達幾十年的注入期內擁有“金剛不壞之身”。
為千萬噸級海上碳封存“探路”
恩平15-1平臺海上二氧化碳封存項目，在高峰期時，一年可封存二氧化碳30萬噸。米立軍表示，平臺全開采周期所產生的150萬噸二氧化碳，絕大部分將注入海底“巨碗”，深“埋”其中，其減碳規(guī)模相當于植樹近1400萬棵，或停駛近100萬輛轎車。但是，這樣的減碳規(guī)模在全國的二氧化碳捕集、利用與封存領域并不突出，為何要布局建造?米立軍一言以蔽之，“這一項目的主要作用是應用示范。”
他表示，恩平15-1平臺的二氧化碳封存項目就像一塊試驗田，它的成功投用，不僅實現(xiàn)了我國海上二氧化碳封存領域從無到有的重要突破，也為后續(xù)工作提供了思路，奠定了未來“岸碳入海”的技術支撐和現(xiàn)實條件。
在我國，與恩平15-1油田相似的海域沉積盆地分布廣、地層厚度大、圈閉多，具備二氧化碳封存的良好地質條件。今年1月份，自然資源部首次發(fā)布海上二氧化碳地質封存潛力評價結果，預測封存量達2.58萬億噸，約是2022年我國二氧化碳排放總量的200倍以上。
而且，中國海洋石油集團有限公司已經在廣東惠州啟動我國首個千萬噸級碳捕集、利用與封存集群項目，未來將捕集大亞灣地區(qū)排放的二氧化碳，通過管道、船舶等方式輸送到海上進行封存。米立軍告訴科技日報記者，與陸地相比，海域封存的安全與經濟優(yōu)勢非常明顯。萬一海上封存突發(fā)泄漏，憑借海水阻隔，二氧化碳首先會被大量海水稀釋、溶解，即便有少量進入大氣，也會在海風作用下快速消散，不會危及人類安全。
更為關鍵的是，我國東部沿海地區(qū)是二氧化碳排放大戶。海洋封存成為解決東部沿海地區(qū)經濟發(fā)展與實現(xiàn)碳減排目標矛盾的必然選擇。
“恩平15-1平臺封存1噸二氧化碳的成本大約600元，與國際700元的碳價相比仍具有價格優(yōu)勢。”米立軍直言，當前我國還沒有相關碳稅政策和清晰的商業(yè)模式，如果國家相關政策可以加速跟上，在技術進步和降本增效的加持下，海上二氧化碳封存的前景將十分可觀。
