CCUS團隊成員在二氧化碳混相驅(qū)先導試驗站調(diào)研站內(nèi)工藝流程。
CCUS團隊成員在辦公室討論超臨界二氧化碳管輸優(yōu)化方案。
科研人員在二氧化碳混相驅(qū)先導試驗站討論站內(nèi)腐蝕監(jiān)測方案。
7月22日，戈壁熱浪翻涌，八區(qū)530井區(qū)二氧化碳驅(qū)先導試驗區(qū)內(nèi)，一條條銀色管道如“長龍”俯臥大地。管內(nèi)奔涌的并非甘泉，而是昔日令人頭疼的工業(yè)“廢氣”——從電廠煙氣、煉廠尾氣中捕獲的二氧化碳。如今，這些曾被視為負擔的氣體成了“地下金礦”，正穿越茫茫戈壁，被注入數(shù)千米深的油層。
然而，這條連接排放源與地下封存庫的“碳路”，每一步都踏在技術攻堅的荊棘叢中。如何低成本“捕捉”碳？如何建造安全高效的“地下碳軌”實現(xiàn)大規(guī)模輸送？新疆油田公司采油工藝研究院（監(jiān)理公司）（以下簡稱為“采油院”）地面工程研究所的工程師們，正是這條特殊“碳路”的先鋒規(guī)劃師、精密調(diào)度員與難題破解者，在戈壁深處打響了一場場無聲卻關鍵的技術攻堅戰(zhàn)。
藥劑革新降能耗 碳捕成本再壓縮
在CCUS（碳捕集、利用與封存）技術鏈條中，地面工程承擔著核心任務：將二氧化碳從工業(yè)排放源中分離，再安全、高效地運輸至利用點或注入點，最終將其永久封存于地下地質(zhì)構造中。
要讓CCUS技術真正打通“高速路”，需突破兩大核心瓶頸：捕集環(huán)節(jié)的高成本與運輸環(huán)節(jié)（尤其是管道輸送）的規(guī)模化難題。而讓二氧化碳“上車”的第一步，便是低成本“抓”住它。
“碳價是關鍵，低濃度碳捕集成本高達500元/噸，這樣算下來會虧損。” 采油院地面工程研究所高級工程師吳燕坦言。為保證收益，團隊將突破口鎖定在碳捕集的藥劑與工藝上。
燃煤電廠排放的煙氣是重要碳源，但濃度低，傳統(tǒng)捕集如同“大網(wǎng)撈小魚”，能耗高、成本貴。2023 年起，團隊依托風城燃煤流化床鍋爐煙氣捕集中試試驗，攻堅低濃度碳捕集技術，研發(fā)出新型兩相吸收劑，并耦合多種節(jié)能工藝。
2024年5月，新型“捕碳藥水”研發(fā)成功，目前已迭代至3.0版本，“它就像給捕集裝置換了更高效的‘過濾網(wǎng)’和更省電的‘引擎’——捕集效率高，釋放二氧化碳時所需熱量低，且不易降解、腐蝕性弱?！?吳燕解釋，新型藥劑在提升效率的同時，能降低再生能耗，直接壓縮成本。
節(jié)能工藝的創(chuàng)新則體現(xiàn)在對系統(tǒng)溫差的深度利用，即“溫差驅(qū)動，熱盡其用”。團隊綜合采用了級間冷卻、富液分級流以及廢熱回收等多種節(jié)能技術，最大化回收流程中不同溫度區(qū)間的熱量。實踐顯示，與未采用節(jié)能工藝的流程相比，再生能耗降低15%。
目前，這套系統(tǒng)已應用于264萬千瓦新能源及配套煤電碳捕集一體化項目（簡稱“煤電聯(lián)營”項目）（一期）碳捕集工程設計。待百萬噸級碳捕集項目建成后，可為油田節(jié)省外購碳成本數(shù)億元。
罐車運輸成本高 管道輸送破瓶頸
碳成功“抓”到了，如何運到油區(qū)？
目前，新疆油田運輸二氧化碳的主要方式仍是罐車拉運?！皷|碳西運三四百公里，僅運費就要增加300-400元/噸?！辈捎驮旱孛婀こ萄芯克こ處煆埡７懔艘还P賬。
面對規(guī)?；l(fā)展的運輸瓶頸，團隊把希望寄托于未來的“碳高鐵”——超臨界二氧化碳輸送管道。
“國內(nèi)二氧化碳管道技術尚處探索期。超臨界二氧化碳投產(chǎn)運行經(jīng)驗不足、缺乏管道安全放空控制方案、未形成統(tǒng)一的安全輸送標準?！?張海帆坦言，沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可借鑒，便自己闖。
團隊反復模擬管道“停輸再啟動”“放空”“泄露擴散”等復雜工況，為管道設計、施工和運維積累核心數(shù)據(jù)。經(jīng)過上百次模擬與環(huán)道試驗平臺驗證后，該研究成果成功應用于《新疆油田千萬噸級 CCUS/CCS 發(fā)展規(guī)劃》部署的環(huán)準噶爾盆地近千公里二氧化碳管網(wǎng)首條管道——“煤電電廠至百口泉二氧化碳管道”項目設計方案中。
“超臨界狀態(tài)下的二氧化碳像被壓成了‘液態(tài)水銀’，密度大、流動快，既能確保高流量，又能降低管輸能耗?！睆埡７f，管道一旦建成投用，管道輸送成本有望降至罐車輸送的1/3到1/4，為規(guī)?；\輸掃清障礙。
高壓深注破巖阻 “量體裁衣”提采收
將二氧化碳注入數(shù)千米深的目標油藏，是解鎖其驅(qū)油與封存價值的關鍵。
“注入遠不是接根管子打進去那么簡單”采油院地面工程研究所高級工程師宋學華強調(diào)，要實現(xiàn)目標采收率，油藏需要達到混相狀態(tài)，這要求地面工程提供足夠高的注入壓力，需要大功率的高壓泵組持續(xù)工作，能耗和設備的可靠性都是考驗。
更復雜的是，不同油田作業(yè)區(qū)的油藏滲透率、孔隙結構、流體性質(zhì)差異顯著，必須“量體裁衣”。
“我們基于精細三維地質(zhì)建模和油藏數(shù)值模擬參數(shù)，為每個區(qū)塊甚至單井‘定制’注入方案?！彼螌W華說，目標是讓二氧化碳成為“智能鑰匙”，優(yōu)先進入含水高、殘余油富集的低滲透區(qū)域，既最大限度提高石油采收率，又確保其在目標儲層內(nèi)均勻擴散，為后續(xù)長期封存奠定基礎。
2023年1月，團隊提出“液態(tài)二氧化碳多泵集中增壓、單干管單井配注”工藝，建立起完善的二氧化碳驅(qū)地面工程注入體系?！斑@套注入系統(tǒng)在八區(qū)530井區(qū)應用后，集中增壓效率提升、能耗降低 5%，為區(qū)塊高效注碳與原油增產(chǎn)筑牢了根基?！彼螌W華說。
“黑色奶昔”難計量 技術創(chuàng)新斬難題
大規(guī)模注入二氧化碳后，地面工程又面臨新挑戰(zhàn)：采出液中二氧化碳含量驟升且波動劇烈。
“高濃度二氧化碳會形成強腐蝕性碳酸，實驗顯示，常規(guī)碳鋼管線、儲罐不到半年就會被腐蝕穿孔。” 地面工程研究所高級工程師廖濤說。
更棘手的是采出液的形態(tài)——二氧化碳注入地下與原油“親密接觸”發(fā)揮驅(qū)油作用后，會產(chǎn)生一種被稱為“泡沫油”的粘稠混合物。“我們現(xiàn)場叫它‘黑色奶昔’。”廖濤介紹，這種泡沫狀態(tài)能保持兩小時不消散，液體里混著大量氣泡，導致傳統(tǒng)計量方法誤差超過15%，根本沒法準確統(tǒng)計產(chǎn)油量和采氣量。
為保護油田處理系統(tǒng)，團隊確立“一除一站”核心策略：在油井產(chǎn)物流向大型處理站的集輸前端，建設“二氧化碳預處理站”?！澳繕撕苊鞔_，在集輸前端就把二氧化碳這個‘危險分子’剔除，絕不讓它進入后端?！绷螡龔娬{(diào)。
面對“黑色奶昔”導致的計量失真，團隊創(chuàng)新研發(fā)出“壓差式管組計量”技術。實驗室測試表明，這項技術能將傳統(tǒng)方法計量泡沫油的誤差從15-30%大幅降低至10%以下。
“目前該技術已在室內(nèi)實驗成功，正在研制計量橇樣機，計劃進入油區(qū)進行現(xiàn)場試驗”廖濤介紹，“如果試驗成功，將在一定范圍內(nèi)取代常規(guī)的原油計量工藝，不僅可以降低計量投資，還能提升計量精度，為二氧化碳驅(qū)‘一井一策’的精細化管理提供準確數(shù)據(jù)”。
此外，針對“黑色奶昔”分離難題，團隊正開發(fā)新型高效分離器?！皟?nèi)部設計獨特的擋板、波紋板和擾流結構，相當于給分離器裝上了強力‘破泡器’和高速‘離心機’，像打蛋器一樣打碎頑固泡沫?！绷螡榻B，目前新型分離器對“黑色奶昔”的分離效率已穩(wěn)定在 85% 以上，全面推廣后，將大幅減少腐蝕危害，降低設備維護成本，也為捕集的二氧化碳循環(huán)再利用掃清障礙。
近年來，新疆油田錨定千萬噸CCUS規(guī)劃目標，為國家“雙碳”目標的實現(xiàn)持續(xù)探索堅實路徑。從2019年八區(qū)530二氧化碳驅(qū)先導試驗區(qū)的破冰，到2024年注碳50萬噸位列中石油首位，新疆油田不僅奠定了全國最大注碳規(guī)模CCUS油田之一的地位，更在中石油“四大六小”戰(zhàn)略版圖上，刻下了屬于新疆的堅實印記。這條戈壁深處的 “碳路”，正以技術突破為筆，書寫著綠色發(fā)展的新篇章。