把排放的碳抓回去，永久封在海底｜科技能见度

距离恩平15-1平台开启二氧化碳回注井钻井作业已经过去了半个月时间，中国海上第一口二氧化碳封存回注井投产在即，将填补我国海上二氧化碳封存技术空白。

国际能源署（IEA）在《二氧化碳储存资源和发展》报告中指出，二氧化碳封存是将捕获的二氧化碳从大气中永久隔离的行之有效的方法。今年1月在全国地质调查工作会议上首次发布的中国海域二氧化碳地质封存潜力评价结果显示，我国海域二氧化碳地质封存潜力巨大，预测潜力达2.58万亿吨，可为国家碳达峰碳中和目标实现提供重要支撑。

把排放的碳抓回来

在位于南海珠江口盆地的中国海油恩平15-1平台上，设备轰鸣，喷涂有蓝色“中国海油”字体的马达钻具缓慢下入。

海上二氧化碳封存是指向海底地层注入、封存伴随海上油气开采产生的二氧化碳。恩平15-1平台是目前亚洲最大的海上石油生产平台，去年12月7日投入使用。该平台搭载了我国首套海上二氧化碳封存装置，模块重约750吨，核心设备包括二氧化碳压缩机橇、分子筛、冷却器等。回注井投产后，恩平15-1平台将规模化向海底地层注入、封存伴随海上油气开采产生的二氧化碳。中海油方面介绍，恩平15-1平台预计高峰年可封存二氧化碳30万吨，累计封存二氧化碳150万吨以上，相当于植树近1400万棵，或停开近100万辆轿车。

首个二氧化碳封存回注井为何选在恩平15-1油田？众所周知，石油是一种复杂的烃类化合物，主要由碳、氢元素组成。那么根据石油的有机生成学说，海底石油是由海洋生物死后经过数百万年的演变而来的，演变分解过程中大量的碳和氧化合成二氧化碳。多数情况下，二氧化碳会散失掉，所以对于一般的油田来说，地下油藏内部的二氧化碳很少。但恩平15-1油田有所不同，因为特殊的地壳条件，在海底油藏内部圈闭了多个二氧化碳气顶，其中主力油藏的二氧化碳气顶气和溶解气超12亿方（约240万吨），在原油的开采过程中这些二氧化碳必将伴随着“逃”出地层。

事实上，结合我国海上油气田勘探开发情况，我国海上约有24个伴生二氧化碳油气田，二氧化碳储量约990亿方。其中，恩平15-1油田是我国南海东部首个高含二氧化碳的油田，油田内部发育多个二氧化碳气顶油藏，尤其是主力油藏，二氧化碳气顶气和溶解气超12亿方（超240万吨），而这个油藏原油储量约占全油田储量的三分之一，预计原油产量占全油田产量近一半，若按常规模式开发，二氧化碳将随原油一起产出地面放空排放，预计累计排放量超8亿方。“所以我们必须将它们捕捉、回注并永久封存地下。”中国海油深圳分公司副总经理郭永宾说。

碳是如何被困在海底的？

“被捕”的二氧化碳将被封存在距离恩平15-1平台约3公里处的“穹顶”式地质构造中。“该种地质构造仿佛一个倒扣在地底下的‘巨碗’，具有强大的自然封闭性，能够长期稳定地罩住二氧化碳。为了将油气开采伴生的二氧化碳永久封存在这个‘巨碗’之下，必须采用高难度的浅层大位移井。该口井水垂比高达3.4，意味着在钻进过程中，垂直方向每向下增加1米的深度，水平方向就要前进3米以上。”恩平15-1油田群开发项目组钻完井经理邓成辉告诉记者。

封存二氧化碳的咸水层位于海床下800—900米处。邓成辉介绍，此储层有几大特点：一是厚度大，地层厚度约50米；二是区域联通性很好，注入的气体不会造成局部高压；三是该水层之上覆盖有厚厚的泥质保护层，密封性很好。“首先，我们选择封存二氧化碳的地层并没有在地震带上，发生地震的概率极小，且在封存层之上有几十米厚的泥岩盖层，盖层上面还有厚达800多米的地层，这么厚的地层里还有很多套泥岩，都具备封堵功能，可以确保二氧化碳在地下的密封性。另外，二氧化碳在地下会和水、岩石发生一定的矿化反应，长期来看，大部分二氧化碳都会被固化或者被岩石‘捕获’封存在地下。”

“海上平台空间有限，施工成本高，而且所处理的原油和天然气成分复杂，所以海洋石油选用的储碳技术一定具有高效、适应性广、安全性高的特点。”邓成辉介绍，收集处理后的二氧化碳是由一口注入井回注到地下咸水层中。经过评估，该水层在区域上广泛发育，渗透性好，不会发生局部压力异常。模拟结果显示，注入过程中井底压力与原始地层压力相比，最多升高约0.5MPa，注入过程中地层压力变化较小，不会对二氧化碳注入造成影响。“同时我们会通过井口和井下压力计持续监测地下压力情况，确保万无一失。”

当前，世界范围内可借鉴的海上二氧化碳回注井的钻完井技术和成功案例近乎空白，二氧化碳能否成功回注、长期持续回注是项目的关键所在。“中国海油成功研发了低密度耐二氧化碳腐蚀水泥浆体系、低温流变性稳定钻井液体系，优化封堵剂类型及粒径配比，形成了海上二氧化碳捕集、回注、封存钻完井工程技术体系。这是我国自主设计实施的第一口海上二氧化碳回注井，标志着中国海油初步形成海上二氧化碳注入、封存和监测的全套钻完井技术和装备体系，填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。”郭永宾表示。

为对抗全球变暖“碳”路

“中国海油将继续加大科研攻关，推动二氧化碳捕集、封存，向二氧化碳捕集、利用、封存发展，提高采油效率的同时解决二氧化碳封存的问题。”中国海油深圳分公司党委书记、总经理齐美胜这样表示。

二氧化碳捕集、利用与封存技术（CCUS）是国际公认的重要减碳途径之一，能够实现大规模化石能源零排放利用，在碳达峰碳中和进程中具有不可替代的重要作用，或将成为对抗全球变暖的一大利器。据国际能源署预测，全球利用CCUS减碳将在2030年、2035年、2050年分别达16亿吨、40亿吨和76亿吨，分别占2020年全球碳排放总量的4.7%、11.8%和22.4%。

3月17日在北京举办的第七届碳捕集利用与封存国际论坛上，中石油董事长戴厚良也表示，“CCUS是实现碳排放变废为宝、效益与环保并重的一项绿色开发技术，包括CCS在内也是一项‘兜底’技术，在碳达峰碳中和进程中具有不可替代的重要作用。”

此前中国二氧化碳封存项目多为陆地封存，截至2022年年底，中国已经投用或在建CCUS示范项目近40个，二氧化碳年捕集能力约300万吨，年注入量约180万吨。相比陆地封存而言，二氧化碳海上封存具备零征地、选址容易、安全性高、环境影响小、封存规模大等优势。IEA数据显示，2022年，中国二氧化碳排放量约为114.8亿吨，中国海域二氧化碳地质封存的预测潜力约为中国去年二氧化碳排放量的225倍。

去年6月28日，中海油、广东省发改委、壳牌（中国）有限公司和埃克森美孚（中国）投资有限公司，签署了大亚湾区CCUS集群研究项目谅解备忘录，拟共同建设中国首个海上规模化碳捕集与封存集群，储存规模可最高达1000万吨/年。

CCUS也是世界公认的具有巨大商业化应用潜力的碳减排技术。去年9月全球碳捕集与封存研究院发布的数据显示，全球当时共有196个CCUS项目，30个已投入运作，153个在开发中。项目数量自2021年增长了44%，延续了2017年开始的上涨趋势。

在政策层面，去年科技部等九部门联合印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》，明确要求将CCUS产业发展作为重点，推进相关技术与工业过程的全流程深度耦合技术研发。中商产业研究院报告指出，随着成本降低、技术进步、政策激励，预计在我国，CCUS技术将在2025年产值规模超过200亿元/年，到2050年超过3300亿元/年，估计2025-2050年平均年增长率将达到11.87%。

【南方⁺记者】刘倩

【作者】 刘倩

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