——專家觀點(diǎn)——

中國(guó)石油大學(xué)（北京）碳中和未來(lái)技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng) 芮振華

近年來(lái)，全球工業(yè)化進(jìn)程進(jìn)一步加快，造成二氧化碳等溫室氣體大量排放，極端天氣頻發(fā)，全球氣候變化面臨巨大挑戰(zhàn)。

為實(shí)現(xiàn) “雙碳”目標(biāo)，我國(guó)正采取一系列措施來(lái)降低碳排放，二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）就是降低碳排放的有效方式之一。

CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)

CCUS技術(shù)應(yīng)用于油氣田開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的目標(biāo)主要有兩個(gè)：進(jìn)一步提高油氣采收率和實(shí)現(xiàn)二氧化碳的安全高效封存。因此，除了二氧化碳捕集和運(yùn)輸，CCUS項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)有二氧化碳提高油氣采收率技術(shù)、二氧化碳封存技術(shù)及二氧化碳安全監(jiān)測(cè)技術(shù)等。

總體來(lái)看，二氧化碳提高油氣采收率的主要機(jī)制包括與原油的混相、相態(tài)反轉(zhuǎn)、溶脹、改善水油流度比、擴(kuò)散、競(jìng)爭(zhēng)吸附及改善儲(chǔ)層物性等。對(duì)于不同類型的油氣藏（如低滲/特低滲油藏、致密油藏、頁(yè)巖油氣藏、高含水油藏等），二氧化碳提高采收率與增產(chǎn)機(jī)制具有差異性。

二氧化碳提高油氣采收率采用的技術(shù)由二氧化碳采油采氣機(jī)制及油氣藏的類型所決定。對(duì)于低滲/特低滲油藏、致密油藏、高含水油藏等不同的油氣藏類型，儲(chǔ)層物性（如孔隙度、滲透率、流體飽和度、巖性）、流體物性（如黏度、密度）等存在差異，其開(kāi)發(fā)方式與提高采收率機(jī)制也不相同。

二氧化碳地質(zhì)封存是指將二氧化碳儲(chǔ)集于具有良好封閉性的地質(zhì)體中。目前比較可靠的封存方式有二氧化碳驅(qū)油與封存、枯竭油氣藏封存、咸水層封存、煤層封存等。

二氧化碳地質(zhì)封存與提高采收率一體化技術(shù)可以在實(shí)現(xiàn)二氧化碳大規(guī)模封存的同時(shí)提高油氣采收率，具有更好的發(fā)展?jié)摿?。二氧化碳在油氣藏中的賦存狀態(tài)有自由態(tài)、溶解態(tài)、礦物狀態(tài)，通常情況下，二氧化碳在同一油氣藏中的地質(zhì)封存會(huì)受到構(gòu)造封存、殘余封存、溶解封存及礦化封存多種二氧化碳封存機(jī)制的共同作用。

二氧化碳注入后在地下不斷運(yùn)移，鉆井等地下活動(dòng)及地質(zhì)體本身存在裂縫、溶洞，可能造成一定的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。故而，在研究二氧化碳地質(zhì)封存技術(shù)、提高封存效率的同時(shí)，應(yīng)注重二氧化碳泄漏安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)，達(dá)到長(zhǎng)久、安全封存的目的。

根據(jù)監(jiān)測(cè)原理的不同，二氧化碳封存安全監(jiān)測(cè)技術(shù)分為兩種：地表以下二氧化碳監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要是利用土壤、巖石在聲、電、磁、熱等方面的特征，對(duì)其中的二氧化碳濃度及氣體泄漏造成的巖石形變進(jìn)行監(jiān)測(cè)；地表以上二氧化碳監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要通過(guò)測(cè)量大氣二氧化碳濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

我國(guó)已有近60年研究歷史

從20世紀(jì)50年代美國(guó)大西洋煉油公司獲得首個(gè)二氧化碳驅(qū)油專利起，二氧化碳便逐漸應(yīng)用于油氣生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)60年代二氧化碳驅(qū)油的礦場(chǎng)試驗(yàn)及70年代的工業(yè)化發(fā)展，應(yīng)用于二氧化碳驅(qū)油的CCUS技術(shù)在美國(guó)發(fā)展成熟。

目前，國(guó)外已有多個(gè)大型油氣田碳封存項(xiàng)目正在運(yùn)行，如加拿大的Weyburn油田、挪威的Sleipner天然氣田及美國(guó)Petra Nova油田等。

從理論研究上來(lái)看，國(guó)外在微納尺度二氧化碳/油/水/巖石相互作用機(jī)制、二氧化碳提高采收率與封存數(shù)值模擬技術(shù)、二氧化碳體積壓裂改造與增產(chǎn)機(jī)制、二氧化碳泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制技術(shù)等領(lǐng)域都處于領(lǐng)先水平，并形成了二氧化碳多相多尺度滲流理論與熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，為相關(guān)項(xiàng)目的開(kāi)展提供了大量的技術(shù)儲(chǔ)備。

同時(shí)，國(guó)外用于二氧化碳提高采收率與封存項(xiàng)目的油氣藏具有原油黏度低、易混相的特點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)CCUS技術(shù)起步并不晚。1965年，大慶油田開(kāi)始進(jìn)行二氧化碳驅(qū)油的礦場(chǎng)試驗(yàn)。20世紀(jì)80年代后，吉林油田、冀東油田、江蘇油田等也陸續(xù)開(kāi)展二氧化碳驅(qū)油的相關(guān)試驗(yàn)，但未進(jìn)行規(guī)模化應(yīng)用。

直到2005年前后，我國(guó)才形成了CCUS的相關(guān)概念。2021年，齊魯石化—?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目正式啟動(dòng)建設(shè)，這是我國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目，延長(zhǎng)油田、長(zhǎng)慶油田、吉林油田等也加快了CCUS項(xiàng)目的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。

與美歐發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的二氧化碳大幅度提高油氣采收率及封存理論與技術(shù)體系發(fā)展仍然處于初期，應(yīng)用規(guī)模較小。但我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，二氧化碳來(lái)源充足，碳減排需求量大，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)的CCUS技術(shù)在油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域前景十分廣闊。

國(guó)內(nèi)在CCUS提高油氣采收率與二氧化碳封存技術(shù)研發(fā)方面起步相對(duì)較晚，同時(shí)受限于精密儀器、計(jì)算機(jī)軟硬件的技術(shù)壁壘，基礎(chǔ)研究較薄弱，主要體現(xiàn)在油氣藏注二氧化碳多組分流體熱力學(xué)性質(zhì)及滲流規(guī)律研究、二氧化碳提高采收率機(jī)制、碳封存動(dòng)態(tài)協(xié)同理論與技術(shù)及二氧化碳流動(dòng)調(diào)控與泄漏風(fēng)險(xiǎn)控制理論研究等方面。

目前，國(guó)內(nèi)在精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備的加工及商業(yè)數(shù)值模擬軟件的研發(fā)上與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大的差距，關(guān)鍵設(shè)備及模擬器長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。

此外，由于我國(guó)油氣藏類型多樣，地質(zhì)特征及開(kāi)發(fā)條件更復(fù)雜，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索與實(shí)踐，我國(guó)在復(fù)雜油氣藏二氧化碳提高采收率理論與技術(shù)方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位，為基礎(chǔ)理論應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐提供了良好的條件。

協(xié)同優(yōu)化技術(shù)是未來(lái)發(fā)展方向

發(fā)達(dá)國(guó)家相繼大力開(kāi)展了以CCUS為代表的碳移除技術(shù)的研究工作并提供相應(yīng)的政策支持。例如，美國(guó)政府近期出臺(tái)了《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法》《通貨膨脹削減法案》等，歐盟也出臺(tái)了《2030年氣候與能源政策框架》《2050長(zhǎng)期戰(zhàn)略》等重要文件。

預(yù)計(jì)這些政策的提出將使2030年溫室氣體排放量比2005年降低40%；歐盟計(jì)劃，2030年前碳排放量減少50%~55%（與1990年相比）,并提供至少每年2600億歐元的投資。

我國(guó)的政策重點(diǎn)也開(kāi)始將“減碳”提升到了新的戰(zhàn)略高度。其中，重要政策之一是降低石化、煤電及鋼鐵等行業(yè)的碳排放。

目前，我國(guó)陸上油田可實(shí)行二氧化碳封存與提高采收率的油氣田主要集中于華北與東北地區(qū)，其理論封存量約為36億噸，其全部廢棄時(shí)可實(shí)現(xiàn)二氧化碳封存量為46億噸，且這些區(qū)域人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、二氧化碳排放量高，可提供較為充足的二氧化碳?xì)庠?，具有較大的應(yīng)用潛力。

近年來(lái)，隨著二氧化碳提高采收率與封存協(xié)同優(yōu)化理論架構(gòu)的成熟，以及優(yōu)化目標(biāo)的清晰，更多研究主要集中在協(xié)同優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)上，并將這些方法應(yīng)用于工程。在實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化目標(biāo)的方法上，繼續(xù)研究傳統(tǒng)二氧化碳驅(qū)油技術(shù)相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化，以解決項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中面臨的氣竄、難混相等問(wèn)題；通過(guò)引入粒子群算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法，可以進(jìn)一步對(duì)二氧化碳提高采收率與封存的協(xié)同關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化。

此外，在注入的二氧化碳?xì)怏w中添加醚類或醇類物質(zhì)也可以進(jìn)一步挖掘提高采收率與封存的潛力，相關(guān)研究成果已在加拿大Weyburn油田等成功應(yīng)用。

挑戰(zhàn)與建議

目前，二氧化碳提高油氣采收率與地質(zhì)封存技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，我國(guó)在技術(shù)研發(fā)、工程應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化及政策機(jī)制等方面與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家仍然存在一定的差距，主要面臨以下挑戰(zhàn)：

一是在技術(shù)研發(fā)方面。我國(guó)油藏以陸相沉積油藏為主，普遍存在黏度高、混相壓力高等特點(diǎn)，在地層壓力下難以形成混相，驅(qū)替壓力過(guò)高又容易壓穿地層，導(dǎo)致氣體泄漏，二氧化碳驅(qū)采收率低、易氣竄、采出氣二氧化碳濃度高、埋存效率低。

二是在產(chǎn)業(yè)化方面。我國(guó)二氧化碳?xì)庠磁c油氣藏分布存在比較嚴(yán)重的源匯不匹配的問(wèn)題。我國(guó)二氧化碳排放主要集中于東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，而適于二氧化碳封存的油藏地質(zhì)體則廣泛分布在西北、西南及東北等人口稀少地區(qū)。

三是在工程應(yīng)用方面。目前我國(guó)的CCUS項(xiàng)目應(yīng)用規(guī)模相對(duì)較小，同時(shí)，輸送管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施難以支持大規(guī)模二氧化碳的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

四是在政策激勵(lì)方面。我國(guó)仍沒(méi)有體系化的CCUS政策機(jī)制，企業(yè)的權(quán)利與義務(wù)不夠明確，財(cái)稅支持與資金保障仍然有待加強(qiáng)，同時(shí)商業(yè)與金融生態(tài)建設(shè)需要?jiǎng)?chuàng)新。

為盡快實(shí)現(xiàn)二氧化碳提高采收率與封存技術(shù)的商業(yè)化、規(guī)?；\(yùn)行，應(yīng)重點(diǎn)推進(jìn)以下幾個(gè)方面工作：

第一，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究以支撐CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)研究與創(chuàng)新，構(gòu)建新的CCUS技術(shù)體系，突破碳利用與封存兩大理論與技術(shù)瓶頸，支持產(chǎn)業(yè)全方位發(fā)展。

第二，立足我國(guó)區(qū)域國(guó)土空間和資源稟賦差異大的客觀實(shí)際，以綜合減排成本最小化為目標(biāo)，加強(qiáng)區(qū)域CCUS技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，優(yōu)化能源、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

第三，由于CCUS具有較長(zhǎng)的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈，應(yīng)用場(chǎng)景更多地與傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)融合，因此需通過(guò)技術(shù)的系統(tǒng)集成耦合，并與產(chǎn)業(yè)、區(qū)域協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)循環(huán)型零碳排放的變革性重構(gòu)。

第四，充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等現(xiàn)代科技成果，與CCUS技術(shù)高度融合，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)高速、高質(zhì)量發(fā)展。

第五，充分發(fā)揮法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)碳市場(chǎng)、碳稅、綠色金融等政策制度和市場(chǎng)機(jī)制的支持引導(dǎo)作用，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)節(jié)、政策法規(guī)制度保障及金融支持，助力CCUS快速發(fā)展。

——企業(yè)行動(dòng)——

勝利油田CCUS：固碳“保險(xiǎn)箱“采油”金鑰匙”

8月的黃河三角洲，一片生機(jī)勃勃。一條管道蜿蜒百公里，一頭連接齊魯石化，一頭連接勝利油田，在超臨界壓力下每天源源不斷地將二氧化碳輸送到井場(chǎng)，再被注入地下千余米的深處用于驅(qū)油和封存。

這條管道，就是不久前投入運(yùn)行的我國(guó)首條百萬(wàn)噸、百公里高壓常溫密相二氧化碳輸送管道——“齊魯石化—?jiǎng)倮吞锇偃f(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目”二氧化碳輸送管道。

勝利油田CCUS項(xiàng)目部相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，CCUS既是一個(gè)“固”的保險(xiǎn)箱，每年可注入二氧化碳100萬(wàn)噸并實(shí)現(xiàn)封存，相當(dāng)于植樹(shù)近900萬(wàn)棵，又是一把“采”的金鑰匙，提高低滲透油藏高效開(kāi)發(fā)水平，實(shí)現(xiàn)石油增產(chǎn)和碳減排雙贏。

針對(duì)液態(tài)二氧化碳易氣化外排及多井同時(shí)注入計(jì)量分配難度大的難題，勝利油田不斷攻關(guān)研發(fā)全密閉高效注入技術(shù)，形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的注入系列裝備，破解了“零排放、低溫計(jì)量、分壓分注”等核心技術(shù)難題。

他們還創(chuàng)新實(shí)施采出氣液全程密閉集輸與處理工藝，采出氣分水后輸送至回注站直接增壓回注至地層進(jìn)行二次驅(qū)油與封存，確?！坝筒宦涞?、水不外排、氣不上天”，形成了“二氧化碳高壓混相驅(qū)”核心技術(shù)并取得礦場(chǎng)應(yīng)用突破；攻克3項(xiàng)核心技術(shù)，研發(fā)了液相二氧化碳管輸增壓泵、高效二氧化碳密相注入泵兩項(xiàng)關(guān)鍵裝備。（于佳 巴麗蒙）

江蘇油田四種模式讓廢氣成功驅(qū)油

經(jīng)過(guò)一年的注氣，花17-6井日產(chǎn)油由最低時(shí)的0.2噸上升至4.6噸，動(dòng)液面從2100米上升至200米，低產(chǎn)低效區(qū)塊因注氣重見(jiàn)希望。

截至目前，江蘇油田有氣驅(qū)單元22個(gè)，實(shí)現(xiàn)注氣量及增油量連續(xù)5年硬攀升，已累計(jì)注氣29.2萬(wàn)噸，碳封存量相當(dāng)于植樹(shù)250萬(wàn)棵，累計(jì)增油9.8萬(wàn)噸，二氧化碳驅(qū)階段換油率為0.34。

江蘇油田聚焦復(fù)雜斷塊提高采收率的問(wèn)題，針對(duì)蘇北盆地復(fù)雜小斷塊油藏，開(kāi)展低滲和特低滲油藏二氧化碳驅(qū)油技術(shù)研究，形成了“仿水平井重力穩(wěn)定驅(qū)”“氣頂邊水雙向驅(qū)”“驅(qū)吐協(xié)同”“二氧化碳+”4種模式。二氧化碳驅(qū)團(tuán)隊(duì)以混相驅(qū)、近混相驅(qū)為目標(biāo)，堅(jiān)持單層、少層精細(xì)開(kāi)發(fā)，確立關(guān)井提壓促混相思路，最大程度發(fā)揮混相驅(qū)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。他們針對(duì)復(fù)雜斷塊油藏傾角大、構(gòu)造陡、相對(duì)封閉等特點(diǎn)，充分發(fā)揮重力穩(wěn)定驅(qū)等特色技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)氣竄前緣控制和采收率提升雙重目標(biāo)。

聯(lián)38塊是滲透率不足10毫達(dá)西、儲(chǔ)層厚度差異超10倍以上的構(gòu)造巖性油藏?？蒲腥藛T加強(qiáng)精細(xì)地質(zhì)和氣驅(qū)模式研究，在儲(chǔ)層主河道高部位部署氣井，形成水平驅(qū)替的“氣墻”，擴(kuò)大氣驅(qū)范圍。注氣開(kāi)發(fā)后，聯(lián)38塊油井產(chǎn)油能力翻倍。（徐博誩聞 王智林）

華東油氣打造“碳+”式碳資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司

截至目前，華東油氣泰州采油廠特低滲油藏注氣受效井張3-斜1井累計(jì)產(chǎn)油已突破4萬(wàn)噸，穩(wěn)產(chǎn)44個(gè)月，日產(chǎn)油仍高達(dá)7.9噸，標(biāo)志著特低滲油藏增壓混相驅(qū)成效顯著。

華東油氣秉持綠色低碳發(fā)展理念，搶抓“雙碳”戰(zhàn)略機(jī)遇，立足自身產(chǎn)業(yè)特色，以CCUS-EOR一體化工程建設(shè)為核心，跨界整合二氧化碳資源，目前已成為集二氧化碳“捕集回收、驅(qū)油、封存、監(jiān)測(cè)及應(yīng)用”等技術(shù)服務(wù)于一體的“碳+”式碳資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司。

近年來(lái)，華東油氣通過(guò)科技創(chuàng)新、“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)，形成了一套低成本捕集、運(yùn)輸、注入、油田穿透氣回收、封存的工藝技術(shù)，并積極與江蘇油田、東北油氣、勝利油田、河南油田、玉門(mén)油田、吐哈油田等多家油田企業(yè)開(kāi)展CCUS-EOR技術(shù)服務(wù)合作。截至目前，華東油氣累計(jì)捕集化工尾氣46.5萬(wàn)噸，二氧化碳地質(zhì)封存130多萬(wàn)噸，增油30多萬(wàn)噸，提高采收率11.5個(gè)百分點(diǎn)。(沈志軍 劉方志)

——知識(shí)鏈接——

二氧化碳提高采收率技術(shù)有哪些？

●低滲/特低滲油藏提高采收率技術(shù)：

該技術(shù)以混相驅(qū)為主，將二氧化碳與其他氣體（如煙道氣、氮?dú)獾龋┮远稳男问阶⑷耄梢越档妥⑷攵稳岸硕趸嫉膹浬?，同時(shí)后段氣體的注入可以提高驅(qū)替壓力以實(shí)現(xiàn)混相。與純二氧化碳相比，在正常油藏壓力下注二氧化碳和氮?dú)?，可使油藏采出程度提?~3個(gè)百分點(diǎn)。

●致密油藏提高采收率技術(shù)：

二氧化碳具有流動(dòng)性好、溶于原油、在油藏溫壓條件下易與致密油形成混相等特點(diǎn)，因此注二氧化碳是提高致密油采收率的有效方式。目前利用二氧化碳開(kāi)采致密油的工藝與技術(shù)主要有體積壓裂后二氧化碳吞吐、碳化水驅(qū)、超臨界二氧化碳驅(qū)、二氧化碳水氣交替注入、二氧化碳泡沫驅(qū)等。

●中高滲高含水油藏控水增油技術(shù)：

對(duì)于進(jìn)入高含水階段的中高滲油藏，通過(guò)二氧化碳泡沫驅(qū)或者將二氧化碳與其他三次采油技術(shù)相結(jié)合，可以起到調(diào)剖堵水及擴(kuò)大波及的作用，相關(guān)技術(shù)在勝利油田等傳統(tǒng)主力油田應(yīng)用效果較好，顯著提高了原油產(chǎn)量。

●頁(yè)巖油氣藏二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)：

利用二氧化碳作為壓裂液成分的儲(chǔ)層增產(chǎn)技術(shù)，具有低耗水、環(huán)保、高效、低儲(chǔ)層傷害的特點(diǎn)，可應(yīng)用于頁(yè)巖油氣藏、煤層氣、致密及低滲油藏的儲(chǔ)層改造與增產(chǎn)。與傳統(tǒng)的水力壓裂技術(shù)相比，二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)對(duì)儲(chǔ)層傷害小，同時(shí)在壓裂造縫過(guò)程中還可以降低原油黏度，在儲(chǔ)層改造的同時(shí)提高采收率。