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當(dāng)前，全球面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)是如何在提供更多能源的條件下減少碳排放。自20世紀(jì)70年代以來，雖然全球最終能源消耗量翻了一番，但能源結(jié)構(gòu)一直保持相對(duì)穩(wěn)定，其中碳?xì)淠茉凑急确€(wěn)定在80%左右（煤炭約占2/3）、生物質(zhì)能約占10%、核能占6%、水電能占3%、可再生能源（如太陽能和風(fēng)能）占比1%～2%。要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展，需立足現(xiàn)實(shí)，提出一套科學(xué)可行的實(shí)用脫碳路徑和轉(zhuǎn)型策略。為此，基于碳市場(chǎng)、碳交易、碳政策現(xiàn)狀，本版全面分析石油天然氣領(lǐng)域的實(shí)用“脫碳”技術(shù)，提出油氣公司轉(zhuǎn)型的五個(gè)關(guān)鍵方向，敬請(qǐng)關(guān)注。

□廖璐璐 李根生 宋先知 馮連勇 高啟超 程世忠

21世紀(jì)以來，隨著新興技術(shù)大量涌現(xiàn)和環(huán)境壓力不斷增加，我國(guó)經(jīng)濟(jì)面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，亟須改變能源結(jié)構(gòu)，但低廉的煤炭?jī)r(jià)格和便捷的油氣使用現(xiàn)狀，使得這種改變難以自發(fā)完成。實(shí)現(xiàn)凈零排放需要進(jìn)行能源體系的結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)型，包括減少傳統(tǒng)一次能源（石油、天然氣、煤炭等）的消耗，提升可再生能源和核能等綠色能源的比例，提高能源轉(zhuǎn)化效率及家庭、辦公室、運(yùn)輸系統(tǒng)和工業(yè)中能源的利用效率等。社會(huì)能夠以多快的速度進(jìn)行脫碳、能夠達(dá)到什么程度，主要取決于能源和材料需求模型的改變，以及這種改變能達(dá)到什么程度。

我國(guó)油氣資源的特點(diǎn)是少油多氣、非常規(guī)資源豐富，重工業(yè)發(fā)展對(duì)化石能源存在剛性需求，油氣公司在油氣鉆探開發(fā)方面具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且短時(shí)間內(nèi)油氣作為化工、物料的基礎(chǔ)性材料具有不可替代性。因此，我國(guó)油氣公司能源轉(zhuǎn)型應(yīng)在五個(gè)關(guān)鍵方向上發(fā)力。

基于碳排放趨勢(shì)的全球不同國(guó)家和地區(qū)分類

二氧化碳排放量（萬億千克）

方向1

低碳化油氣勘探開發(fā)

據(jù)IEA（國(guó)際能源署）統(tǒng)計(jì)，化石能源是現(xiàn)今碳排放的主要來源。其中，相較石油和煤炭，天然氣具備燃燒高效、排放低碳、清潔等優(yōu)點(diǎn)，或?qū)⒊蔀槲磥砣蛭ㄒ槐３衷鲩L(zhǎng)的化石能源。

從資源儲(chǔ)量和開發(fā)效率角度看，重點(diǎn)是以美國(guó)“頁巖革命”為代表的非常規(guī)油氣高效開發(fā)。美國(guó)不僅實(shí)現(xiàn)了油氣資源的自給自足，而且完成了由進(jìn)口國(guó)向出口國(guó)的華麗轉(zhuǎn)變，深刻改變了全球能源供給格局。未來的油氣勘探開發(fā)重點(diǎn)是非常規(guī)（頁巖油氣、致密油氣、油砂、油頁巖、天然氣水合物等）、海洋（尤其是深水和超深水）、深層和超深層油氣資源。其中，頁巖氣、致密氣、煤層氣等非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)突破，將使其在全球天然氣產(chǎn)能貢獻(xiàn)中的占比提升，且大幅提高全球天然氣的總產(chǎn)量。因此，技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)就是如何更高效地開發(fā)這些非常規(guī)天然氣。綜合來看，一是持續(xù)提升自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化和遠(yuǎn)程化水平，不斷減少用工人數(shù)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；二是堅(jiān)持安全第一，持續(xù)加強(qiáng)HSE管理，確保人員、物資和井眼安全，減少占地、降低噪聲，保護(hù)自然環(huán)境，努力實(shí)現(xiàn)零傷害、零污染、零排放。

從科技賦能和專業(yè)技術(shù)角度看，非常規(guī)油氣資源高效開發(fā)面臨一系列挑戰(zhàn)：如何利用石油工程新技術(shù)不斷提高作業(yè)效率，縮短非生產(chǎn)時(shí)間？如何降低作業(yè)成本和開發(fā)成本，同時(shí)更好地保護(hù)油氣層和創(chuàng)新井型，提高儲(chǔ)層鉆遇率、探井成功率、單井產(chǎn)量和油田采收率？如何經(jīng)濟(jì)高效地勘探開發(fā)各類油氣資源，尤其是深層、“三低”油氣藏和非常規(guī)油氣資源？據(jù)此確定未來石油工程技術(shù)創(chuàng)新的主攻方向：一是自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，同時(shí)研發(fā)出與之相配套的新材料、新技術(shù)、新工藝、新方法和新工具；二是更加強(qiáng)調(diào)地質(zhì)工程一體化，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展，上游多學(xué)科交叉融合已是大勢(shì)所趨，如地震采集、處理、解釋一體化，地震、鉆井、測(cè)井、錄井、導(dǎo)向一體化，工程設(shè)計(jì)一體化，工程施工和監(jiān)督一體化等；三是更加強(qiáng)調(diào)安全環(huán)保，實(shí)現(xiàn)安全工程和綠色工程等。

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提升、非常規(guī)油氣藏開發(fā)需求的穩(wěn)步增加、地質(zhì)工程一體化和多學(xué)科技術(shù)一體化趨勢(shì)的日益明顯，低碳、高效和安全地開發(fā)以天然氣為代表的油氣資源將是未來重要的發(fā)展方向。

方向2

碳足跡評(píng)價(jià)

石油化工行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)原材料和道路交通燃料的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，溫室氣體排放量大。從高碳能源轉(zhuǎn)向低碳能源，是石油化工行業(yè)未來15年最現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)型途徑，但從低碳能源轉(zhuǎn)向零碳能源，則是“碳中和”確立的最終目標(biāo)。

國(guó)內(nèi)石油行業(yè)已開始進(jìn)行碳足跡計(jì)算的研究，并進(jìn)行碳捕集技術(shù)試驗(yàn)。2009年，中國(guó)化工標(biāo)準(zhǔn)化研究院、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)在河北盛華化工有限公司開展了氯堿行業(yè)產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)試點(diǎn)工作，計(jì)算出PVC（聚氯乙烯）產(chǎn)品的碳足跡約為1765.3千克/噸。中國(guó)石化大連院以某企業(yè)瀝青產(chǎn)品為評(píng)價(jià)對(duì)象，計(jì)算出瀝青產(chǎn)品的碳足跡為2958千克/噸。石油化工行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)階段的碳足跡核算均是針對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的加工流程進(jìn)行的。由于石化行業(yè)具有典型的流程加工特點(diǎn)，因此，碳足跡所反映的產(chǎn)品全生命周期各階段的時(shí)間流程體現(xiàn)在石化生產(chǎn)過程中，即為物料依次經(jīng)過不同工藝裝置的生產(chǎn)流程。

國(guó)內(nèi)石油行業(yè)進(jìn)行了大量碳捕集技術(shù)試驗(yàn)，如中國(guó)石化勝利油田二氧化碳捕集驅(qū)油、華能北京高碑店熱電廠二氧化碳捕集示范工程及神華集團(tuán)內(nèi)蒙古二氧化碳捕集封存項(xiàng)目等。

目前，國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)已對(duì)碳減排或碳利用效率提升開展了研究與試驗(yàn)，但仍處于發(fā)展初期，對(duì)二氧化碳排放所帶來的挑戰(zhàn)缺乏深度理解。同時(shí)，缺少油氣勘探開發(fā)中碳排放評(píng)估方法與鉆完井過程中碳排放預(yù)測(cè)方法。因此，開展針對(duì)性的碳排放機(jī)理研究和評(píng)價(jià)方法研究將是未來碳足跡評(píng)價(jià)的重要著力點(diǎn)。

方向3

碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)

在油氣領(lǐng)域，通過CCUS技術(shù)將捕集的二氧化碳注入枯竭油井封存在地下，可達(dá)到減排與增產(chǎn)的雙重目的。短期內(nèi)，我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)無法改變，作為實(shí)現(xiàn)化石能源低碳利用的有效技術(shù)，CCUS技術(shù)具有巨大潛力，在宏觀規(guī)劃、技術(shù)研發(fā)、推廣應(yīng)用和國(guó)際合作方面均取得了顯著成果。

從二氧化碳利用環(huán)節(jié)看，化工利用技術(shù)取得了較大進(jìn)展，整體處于中試階段，部分技術(shù)（重整制備合成氣技術(shù)、合成可降解聚合物技術(shù)和合成有機(jī)碳酸酯技術(shù)等）完成了示范。生物利用方面的產(chǎn)品附加值高，經(jīng)濟(jì)效益好，目前轉(zhuǎn)化為食品和飼料的利用技術(shù)已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，其他技術(shù)仍處于研發(fā)或小規(guī)模示范階段。與前兩種技術(shù)相比，地質(zhì)利用技術(shù)的發(fā)展?jié)摿ψ畲?，也較為成熟，二氧化碳強(qiáng)化石油開采技術(shù)已應(yīng)用于多個(gè)二氧化碳驅(qū)油與封存示范項(xiàng)目。

從封存環(huán)節(jié)看，我國(guó)已完成了二氧化碳理論封存潛力評(píng)估，陸上地質(zhì)利用與封存二氧化碳的理論總?cè)萘吭谌f億噸以上；完成了陸上咸水層封存10萬噸級(jí)二氧化碳的示范應(yīng)用，以及海底咸水層、枯竭油田和枯竭氣田封存二氧化碳中試方案的設(shè)計(jì)與論證。國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司（神華）煤制油分公司深部咸水層二氧化碳地質(zhì)封存示范工程，是我國(guó)首個(gè)也是世界上規(guī)模最大的全流程煤基二氧化碳捕集和深部咸水層地質(zhì)封存示范項(xiàng)目。

從捕集環(huán)節(jié)看，部分捕集技術(shù)已接近或達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用水平。當(dāng)前第一代捕集技術(shù)的成本和能耗仍然偏高，缺乏大規(guī)模示范工程經(jīng)驗(yàn)；第二代捕集技術(shù)處于實(shí)驗(yàn)室研究或小型試驗(yàn)階段，尚未實(shí)現(xiàn)代際銜接。

從運(yùn)輸環(huán)節(jié)看，二氧化碳陸路車載運(yùn)輸和內(nèi)陸船舶運(yùn)輸技術(shù)已成熟，二氧化碳陸地管道輸送技術(shù)最具應(yīng)用潛力和經(jīng)濟(jì)性。我國(guó)已完成年輸送能力100萬噸的管道項(xiàng)目建設(shè)和投運(yùn)，海底管道輸送技術(shù)尚處于概念研究階段。

整體而言，我國(guó)CCUS各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展迅速，多種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。二氧化碳的利用與封存已有顯著發(fā)展，可以成功示范區(qū)為起點(diǎn)促進(jìn)推廣，在實(shí)踐中完善流程和提高效率；二氧化碳的捕集和運(yùn)輸尚處于研發(fā)階段，應(yīng)將其作為攻關(guān)重點(diǎn)，不斷加強(qiáng)國(guó)際合作交流，以完善CCUS全流程技術(shù)體系。

方向4

氫能技術(shù)

據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》預(yù)計(jì)，到2025年我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到萬億元。我國(guó)正進(jìn)入一個(gè)更為低碳環(huán)保的“氫能時(shí)代”，如何有序推進(jìn)氫燃料供給體系建設(shè)、完善氫能產(chǎn)業(yè)鏈及生態(tài)圈，并在推動(dòng)商業(yè)示范上走在行業(yè)前列，已成為以中國(guó)石化為代表的能源央企的轉(zhuǎn)型目標(biāo)。

中國(guó)石化以打造世界領(lǐng)先潔凈能源化工公司為愿景目標(biāo)，加快構(gòu)建以能源資源為基礎(chǔ)，以潔凈油品和現(xiàn)代化工為兩翼，以新能源、新材料、新經(jīng)濟(jì)為重要增長(zhǎng)極的“一基兩翼三新”產(chǎn)業(yè)格局。氫能作為新能源的重要一極，將成為未來的主攻方向，但其行業(yè)特性是重資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型絕非易事，在戰(zhàn)略布局與決策上需要慎之又慎。

截至2022年底，中國(guó)石化已建成加氫站98座，分布于廣東、上海、浙江、廣西和貴州等地，并規(guī)劃到2025年，利用原有3萬余座加油站、870座加氣站的布局優(yōu)勢(shì)，加快建設(shè)加氫站或油氫合建站，以消費(fèi)終端為突破口帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的能源轉(zhuǎn)型。目前，中國(guó)石化已在氫能交通、煉化領(lǐng)域全面發(fā)力，打通制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注的全供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)。

依托在氫能領(lǐng)域豐富的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)石化把氫能作為新能源業(yè)務(wù)的主要方向，可充分利用產(chǎn)業(yè)、技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，以自主創(chuàng)新、合作研發(fā)、戰(zhàn)略投資等方式打造涵蓋氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的一體化協(xié)同運(yùn)營(yíng)模式，構(gòu)建自有的氫能生產(chǎn)、提純、運(yùn)輸和銷售全流程產(chǎn)業(yè)鏈。

總的來說，能源化工企業(yè)本身就有豐富的資源和強(qiáng)大的制氫能力，成本也相對(duì)低。氫能產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展可先充分利用現(xiàn)有煉化企業(yè)的副產(chǎn)氫，同時(shí)關(guān)注光伏發(fā)電、風(fēng)電等低成本發(fā)電形式的電解水制氫，在副產(chǎn)氫基礎(chǔ)上引入綠氫，加快氫源“由藍(lán)向綠”轉(zhuǎn)變。

方向5

頁巖氣智能集約開發(fā)

我國(guó)頁巖氣分布廣泛、儲(chǔ)量世界第一，但開發(fā)難度很大，年開采量?jī)H0.21%。原因在于我國(guó)頁巖氣區(qū)塊多分布在丘陵山野地區(qū)，地面條件惡劣，大規(guī)模水力壓裂作業(yè)難以順利開展。同時(shí)，頁巖氣藏多為非均質(zhì)、斷塊構(gòu)造，受工程技術(shù)的限制，埋深3500～4000米的頁巖氣大規(guī)模商業(yè)化開采模式一直未有實(shí)質(zhì)性突破。因此，要把這個(gè)寶貴的低碳資源開采出來，需要把握開源、節(jié)流、儲(chǔ)備三大要素，通過深化體制改革、公司改革和技術(shù)革命，實(shí)現(xiàn)降本增效，這是我國(guó)實(shí)現(xiàn)頁巖氣商業(yè)開發(fā)的必經(jīng)之路。

美國(guó)的頁巖氣籠統(tǒng)開發(fā)模式在我國(guó)水土不服，只有實(shí)施精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、精細(xì)調(diào)控和智能管理，才能實(shí)現(xiàn)頁巖氣的高效開發(fā)。以機(jī)器學(xué)習(xí)為代表的AI（人工智能）技術(shù)在處理高維非線性問題上有明顯優(yōu)勢(shì)，可為地質(zhì)、工程和信息技術(shù)的深度融合提供新手段。因此，基于大量歷史井信息，結(jié)合傳統(tǒng)產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法，通過數(shù)據(jù)挖掘和AI技術(shù)精確快速預(yù)測(cè)產(chǎn)量，建立多約束條件下的工程參數(shù)優(yōu)化模型，形成一套適用于目標(biāo)研究區(qū)域的地質(zhì)工程一體化參數(shù)協(xié)同優(yōu)化平臺(tái)，可為頁巖氣開發(fā)探索新的挖潛增效手段。中國(guó)石化擁有國(guó)內(nèi)第一個(gè)大型頁巖氣田——涪陵頁巖氣田，可收集到包含地質(zhì)、油藏、工程和生產(chǎn)等大量頁巖氣井?dāng)?shù)據(jù)?；谶@些寶貴的數(shù)據(jù)資源，利用AI的產(chǎn)量預(yù)測(cè)和工程優(yōu)化核心技術(shù)方法，可為一體化頁巖儲(chǔ)層評(píng)估，以及工藝優(yōu)化軟件的研制、推廣和應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，從而促進(jìn)頁巖氣集約化、低碳化開發(fā)。

針對(duì)頁巖氣商業(yè)開發(fā)存在的主要難題，應(yīng)基于大量的數(shù)據(jù)信息和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立一套適用于我國(guó)頁巖氣地質(zhì)特點(diǎn)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方法，攻克“卡脖子”技術(shù)、掌握核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頁巖氣智能開發(fā)技術(shù)自主化。當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)不穩(wěn)定、不確定、難預(yù)料因素增多，我國(guó)油氣行業(yè)面臨高昂的生產(chǎn)成本壓力，要積極尋找戰(zhàn)略合作伙伴，開發(fā)海外高潛區(qū)頁巖氣，只有廣泛交流、真誠(chéng)合作，才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)共贏。

［第一作者為中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院副研究員；第二作者為中國(guó)工程院院士；第三作者為中國(guó)石油大學(xué)（北京）油工程學(xué)院院長(zhǎng)、碳中和示范性能源學(xué)院執(zhí)行院長(zhǎng)；第四作者為中國(guó)石油大學(xué)（北京）工商管理學(xué)院教授、經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易系主任］