二氧化碳(CO2)是大氣中的主要溫室氣體,現(xiàn)在通常被認(rèn)為是導(dǎo)致全球氣候變暖、洪水、嚴(yán)重的熱帶風(fēng)暴、沙漠化和熱帶地區(qū)擴大等生態(tài)問題的重要因素之一。
大氣中的二氧化碳主要是由燃燒煤和化石燃料產(chǎn)生的,這讓石油化工的生產(chǎn)運營不得不面臨嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)??简?。
封存二氧化碳
目前降低二氧化碳的方法包括能源的合理使用,使用煤和石化燃料的替代品,通過熱帶雨林或農(nóng)場等陸地封存,以及海洋處置、礦物封存、地質(zhì)封存等。其中,減少二氧化碳排放最有效的方式是節(jié)能,其次是使用新能源,如天然氣、風(fēng)能、太陽能和核能等,減少化石能源的使用,此外還應(yīng)發(fā)展二氧化碳收集、封存及再利用等技術(shù)。
二氧化碳地質(zhì)封存是將二氧化碳注入地下并長期封存于1000~3000米深的地層中,用地層的孔隙空間儲存二氧化碳,還可分為咸水層封存、枯竭油田和氣田封存。全球都可能存在適合二氧化碳封存的沉積盆地,包括沿海地區(qū)。
二氧化碳從封存的地點泄漏到大氣中,有可能引發(fā)顯著的氣候變化。因此要求封存用的地層之上必須有透水層作為蓋層,以封存注入的二氧化碳,防止泄漏。但二氧化碳同樣不可以泄漏到地層深處,否則也會給人類、生態(tài)系統(tǒng)和地下水造成災(zāi)害。此外,對地質(zhì)封存二氧化碳效果進行的測試發(fā)現(xiàn),注入地層深處的二氧化碳對貯藏帶的礦物質(zhì)有一定影響。
利用二氧化碳
對全球變暖而言,二氧化碳是場災(zāi)難;但對石油開采而言,二氧化碳或許就是一個利器。
在油田開采最初,一部分石油在巨大的壓力下,可以自己噴射出來,但是慢慢的,有些巖層孔隙中的石油就失去了自噴能力。后來科學(xué)家們相繼發(fā)明了注水驅(qū)油、化學(xué)驅(qū)油、蒸汽驅(qū)油等采油技術(shù)。而在這其中,利用二氧化碳開采石油,不僅能把孔隙中的石油開采出來,同時還能把二氧化碳埋存在地下,可以說是一舉兩得。
這歸結(jié)于二氧化碳的化學(xué)特性。二氧化碳是一種在油和水中溶解度都很高的氣體,當(dāng)它大量溶解于原油中時,可以使原油體積膨脹、黏度下降(黏度降低30%~80%),還可以降低油水間的界面張力、改變原油密度,有助于在儲層形成較有利的原油流動條件,有利于原油中輕質(zhì)餾分的汽化和抽取。
純度在90%以上的二氧化碳即可用于提高采油率。在石油采鉆業(yè)中,通常的做法是用鉆孔機將二氧化碳注入地層,二氧化碳在地層內(nèi)溶于石油。一般可提高原油采收率7%~15%,延長油井生產(chǎn)壽命15~20年。所用二氧化碳可從工業(yè)設(shè)施如發(fā)電廠、化肥廠、水泥廠、化工廠、煉油廠、天然氣加工廠等排放物中回收,既可實現(xiàn)溫室氣體的減排,又可達(dá)到增產(chǎn)油氣的目的。
與其他驅(qū)油技術(shù)相比,二氧化碳驅(qū)油具有適用范圍大、驅(qū)油成本低、采收率提高顯著等優(yōu)點。據(jù)國際能源機構(gòu)評估,全世界適合二氧化碳驅(qū)油開發(fā)的資源約為3000~6000億桶。
目前,世界上大部分油田仍采用注水開發(fā),面臨著需要進一步提高采收率和水資源缺乏的問題。近年來,國內(nèi)外大力開展的二氧化碳驅(qū)油提高采收率(EOR)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,不僅能滿足油田開發(fā)的需求,還可以解決二氧化碳的封存問題,保護大氣環(huán)境。
挑剔的二氧化碳
開采和封存石油時,用的二氧化碳并不是氣體,而是一種介于氣體和液體之間的狀態(tài),這樣可以封存盡可能多的二氧化碳。但因為有的油田因條件所限,可能會使用二氧化碳和水交替注入的方式采油。
二氧化碳驅(qū)提高石油采收率方法適用于油田開發(fā)晚期,通過CO2-EOR技術(shù)(混相驅(qū)),原油采收率比注水方法約提高30%~40%;對于重質(zhì)油藏,非混相驅(qū)技術(shù)一次開采采收率可達(dá)原始地質(zhì)儲量的20%以上。根據(jù)油田地質(zhì)和沉積類型的不同以及認(rèn)識程度的差異,其增產(chǎn)幅度可以提高到25%~100%。我國低滲透和稠油資源非常豐富,在這些油藏中利用二氧化碳提高采收率的潛力巨大
由于經(jīng)濟和技術(shù)原因,不是所有的儲層都適合于CO2-EOR混相驅(qū)油,具體油田進行二氧化碳驅(qū)提高石油采收率需要與當(dāng)?shù)貤l件進行緊密結(jié)合。
二氧化碳驅(qū)提高石油采收率實施的儲層地質(zhì)條件為:儲層的深度范圍在1000~3000米范圍內(nèi);致密和高滲透率儲層;原油黏度為低或中等級別;儲層為砂巖或碳酸鹽巖。目前,較成功的CO2-EOR技術(shù)是在距地面800米或更深的地方,地?zé)崽荻葹?5~35℃/km,壓力梯度為10.5MPa/km,分離的二氧化碳將處于超臨界狀態(tài),它的深度變化范圍為440~740kg/m3。
前景廣闊的CCUS
近年來,我國在CCS(CarbonCaptureandStorage,碳捕獲與封存)的研究上做了很多的工作,包括“973計劃”、“863計劃”在內(nèi)的國家重大課題都對CCS的研究進行了立項,并取得了重大進展。一些企業(yè)還在實踐上進行了嘗試。2008年7月16日中國首個燃煤電廠二氧化碳捕集示范工程——華能北京熱電廠二氧化碳捕集示范工程正式建成投產(chǎn),并成功捕集出純度為99.99%的二氧化碳。
CCUS(CarbonCapture,UtilizationandStorage,碳捕獲、利用與封存)技術(shù)是CCS技術(shù)新的發(fā)展趨勢,即把生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳進行提純,繼而投入到新的生產(chǎn)過程中,可以循環(huán)再利用,而不是簡單地封存。與CCS相比,CCUS將二氧化碳資源化,能產(chǎn)生經(jīng)濟效益,更具有現(xiàn)實操作性。
二氧化碳的資源化利用技術(shù)有合成高純一氧化碳、煙絲膨化、超臨界二氧化碳萃取、食品保鮮和儲存、焊接保護氣、滅火器、合成可降解塑料、培養(yǎng)海藻、油田驅(qū)油等。其中合成可降解塑料和油田驅(qū)油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景廣闊。勝利油田電廠已啟動CCUS的示范項目。
勝利油田勝利發(fā)電廠是燃煤電廠,每年排放二氧化碳415萬噸。從1998年底開始,勝利油田便展開二氧化碳捕集研究。2010年,“勝利燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集純化工程”正式開工建設(shè)。2012年,大規(guī)模燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集、驅(qū)油及封存技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用示范項目啟動。在實際應(yīng)用中,二氧化碳被注入地下后,約有50%~60%被永久封存于地下,剩余的40%~50%則隨著油田伴生氣返回地面,通過原油伴生氣二氧化碳捕集純化,可將伴生氣中的二氧化碳回收,就地回注驅(qū)油,進一步降低了二氧化碳驅(qū)油成本。而電廠煙氣捕集所得的二氧化碳在注入地下后,可有效實現(xiàn)碳封存。
沉積盆地是可以封存二氧化碳的地質(zhì)構(gòu)造,國內(nèi)適宜進行石油勘探的沉積盆地總面積約為550萬平方公里。東部火力發(fā)電廠較為集中,油氣田為數(shù)甚多,是國內(nèi)實施二氧化碳地質(zhì)封存的有利條件。可以預(yù)測,隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴大,二氧化碳將成為中國改善油田開發(fā)效果、提高原油采收率的重要資源。
作者:佚名 來源:中國石油新聞網(wǎng)