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海底“巨碗”下“扣”二氧化碳

科技日报记者 何亮。巨碗

深圳西南约200公里,海底南海东部海域,下扣碧海蓝天,氧化一抹亮黄色尤为显眼。巨碗从空中俯瞰,海底矗立在这里的下扣恩平15-1平台就像一个“巨无霸”,与海浪“搏击”。氧化

这是巨碗亚洲最大的海上原油生产平台,也是海底中国第一个海上二氧化碳密封示范项目。

近年来,下扣随着高碳原油生产井、氧化生产加工系统、巨碗二氧化碳压缩机、海底分子筛水橇等设备的下扣依次启动,油田开发伴随的二氧化碳被捕获、分离、加压到气液混合的超临界状态,并通过回注井注入海底深处,实现稳定密封。

这标志着中国第一个海上二氧化碳密封示范项目的应用,也意味着中国拥有一套完整的海上二氧化碳收集、处理、注入、密封和监测的技术和设备体系。填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。

为二氧化碳找个“新家”。

“恩平15-1油田是中国南海第一个高含量二氧化碳油田,其二氧化碳含量高达95%,预计累产气约8.3亿平方米。“作为恩平油田的主要勘探者,中国海洋石油集团有限公司副总地质学家、研究所所长、总经理米立军告诉《科技日报》,当2016年成功发现油田时,二氧化碳含量的浓度震惊了所有人。

在海洋油气钻探开发过程中,通常会有一些伴生气,二氧化碳是伴生气的重要组成部分之一。在开发常规海洋油气资源时,二氧化碳含量为20%-30%。恩平15-1油田特别特殊。由于特殊的地壳条件,油的上部有一个气顶,二氧化碳含量非常高。在原油开采过程中,如果不干预,这些二氧化碳将“逃离”地层。

米立军告诉《科技日报》,据估计,恩平15-1油田将产生约150万吨二氧化碳。如果按照传统方式开发,二氧化碳将与原油一起从地面上取出,不仅会腐蚀海上平台设施和海底管道,还会增加我国二氧化碳排放。

在“双碳”的背景下,技术团队希望通过一系列技术手段将这些“逃生”的二氧化碳收集起来,回到海底深处,实现永久封存。

要实现这一目标,首先要做的就是为二氧化碳找到合适的“家”。米立军表示,技术人员在距离恩平15-1平台约3公里、海床800米以下的岩层中找到了“穹顶”地质结构。这种地质结构就像一个倒扣在地下的“巨碗”,不仅储存量大,而且自然封闭性强,能长期稳定地覆盖二氧化碳。

为了找到合适的二氧化碳“定居”场所,还需要建造一条通往海底“巨碗”的道路回注井,以连接地面和地下。而且“逃生”出来的二氧化碳不会自动与伴生气分离,需要人工捕集、分离、脱水、加压等一系列工序。

“当二氧化碳被压到11兆帕时——相当于在指甲盖上压一个110公斤的重物,而二氧化碳恰好处于超临界状态。米立军告诉《科技日报》,此时的二氧化碳是气液混合物。将超临界状态下的二氧化碳注入海底只需20分钟左右。

“回家”通道贯穿二氧化碳。

中国第一个海上二氧化碳封存示范工程的封存模块静置在恩平15-1平台的尾甲板上。这是一种重约750吨的大型装置,分子筛、冷却器、压缩机和层层管道在有限的空间内有序排列。

“技术团队开发了第一套复合二氧化碳分子筛分橇、第一套适用于海洋高湿度、高盐环境的超临界大分子压缩机、低密度固井水泥浆,防止二氧化碳腐蚀……”谈到海上二氧化碳密封项目的工程技术创新,米立军很珍贵。他告诉记者,为了安全、长期地回注和封存二氧化碳,科研团队克服了许多问题。

首先是超远距离回注井的“贯通”。海底“巨碗”是二氧化碳的目的地,在海床下800米,但距平台3公里,水垂比大。这意味着每向下增加1米的深度,水平方向将超过3米。与此同时,路过区域的地层又很“软”,“娇”得像豆腐块,容易破裂,无法为钻具提供有效的支撑。钻具在地层中挖掘,完全“水土不服”。

为此,项目从常规钻井的三段优化为四段,采用四种不同尺寸的钻头,缩短每段管柱的前进距离。同时,采用低温流变性稳定钻井液,有效支撑井壁,润滑井眼,使钻井道路畅通无阻。

此外,抗二氧化碳的“腐蚀”是回注井必须克服的问题。当二氧化碳与水接触时,会产生碳酸,严重腐蚀回注“通道”的钢材和水泥。一旦“通道”被破坏,就有二氧化碳泄漏的危险。

“技术团队在室内进行了实验研究,发现管道中添加了微量元素铬(Cr),管道的防腐能力可以大大提高,而且防腐固井水泥浆的成功开发,可以很好地防止二氧化碳的腐蚀。米立军告诉记者,这些技术成果确保回注井在几十年的注入期内有“金刚不坏”。

“探路”被封存在千万吨级海上碳中。

在高峰期,恩平15-1平台海上二氧化碳封存项目每年可封存30万吨二氧化碳。米立军表示,平台全开采周期产生的150万吨二氧化碳,大部分将注入海底“巨碗”,深度“埋”,减碳规模相当于植树近1400万棵,或停车近100万辆。但是,这种减碳规模在全国二氧化碳捕集、利用和封存领域并不突出,为什么要布局建设呢?总之,“这个项目的主要作用是应用示范。”。

他说,恩平15-1平台的二氧化碳密封项目就像一个试验场。其成功应用不仅实现了中国海上二氧化碳密封领域从零开始的重要突破,也为后续工作提供了思路,为未来“海岸碳”奠定了技术支持和实际条件。

在我国,类似恩平15-1油田的海域沉积盆地分布广泛,地层厚度大,圈闭多,具有良好的二氧化碳密封地质条件。今年1月,自然资源部首次发布海上二氧化碳地质封存潜力评估结果,预计封存量将达到2.58万亿吨,约为2022年中国二氧化碳排放总量的200倍。

此外,中国海洋石油集团有限公司已在广东省惠州启动了中国首个1000万吨碳捕获、利用和密封集群项目。未来,大亚湾地区排放的二氧化碳将通过管道和船舶运输到海上进行密封。米立军告诉《科技日报》,与陆地相比,海域封存的安全和经济优势非常明显。万一海上密封突然泄漏,二氧化碳首先会被大量海水稀释溶解,即使少量进入大气,也会在海风作用下迅速消散,不会危及人类安全。

更重要的是,中国东部沿海地区是二氧化碳排放大户。海洋封存已成为解决东部沿海地区经济发展与碳减排目标矛盾的必然选择。

与国际700元碳价相比,恩平15-1平台封存1吨二氧化碳的成本约为600元,仍具有价格优势。米立军直言不讳地说,中国没有相关的碳税政策和明确的商业模式。如果国家相关政策能够加快跟上步伐,在技术进步和降低成本、提高效率的支持下,海上二氧化碳密封的前景将非常可观。

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