千萬IP創(chuàng)科普 科技人才話強(qiáng)國丨海底封碳 助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)

2023年6月，我國海上首個(gè)百萬噸級二氧化碳封存工程在南海東部海域恩平15-1平臺正式投入使用，標(biāo)志著我國在二氧化碳捕獲、利用與封存技術(shù)領(lǐng)域取得了重大突破，更為海洋強(qiáng)國的建設(shè)注入了新的活力。

為什么要把二氧化碳封存在海底？順利捕集二氧化碳并將其封存到海底地層，要解決哪些難題？

這首先要從恩平15-1油田的特殊性說起。恩平15-1油田是我國南海東部首個(gè)高含CO?氣頂油藏，也就是說，該油田開采出來的油氣伴生氣中CO?含量較高。通常，在海洋油氣鉆探開發(fā)過程中，伴生氣是不可避免的，而CO?就是伴生氣的重要組分。不過，大多數(shù)情況下，伴生氣中的CO?含量只有20%~30%，但恩平15-1油田伴生氣中的CO?含量超過了95%，顯著超出了常規(guī)數(shù)值。據(jù)測算，恩平15-1平臺產(chǎn)生的CO?總量將超過150萬噸。如此大量的二氧化碳隨原油共同開采出來，不僅會腐蝕海上平臺設(shè)施和海底管線，還將增加我國CO?排放量。因此，為這些二氧化碳找一個(gè)可靠的“歸宿”是很有必要的。

事實(shí)上，碳捕集、利用與封存技術(shù)（簡稱CCUS）被公認(rèn)為促進(jìn)減碳的重要措施，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。它是指從生物或化石源或大氣中捕集CO?，并將其運(yùn)送到封存地點(diǎn)永久隔離在地質(zhì)構(gòu)造中的過程。既然這些二氧化碳來自海洋油田，能不能直接把它們封存在海底呢？

這里存在很多難題。首先，將CO?封存在哪里呢？

研究人員發(fā)現(xiàn)，在距離平臺3公里遠(yuǎn)、800米深的海底，有一個(gè)“穹頂”式的地層，那里空間很大，而且封閉性強(qiáng)，非常適合永久封存CO?。CO?注入地層后，大部分可被“穹頂”永久覆蓋住，剩下的有的可被地層孔隙捕獲，有的慢慢溶解在地層水中，有的則與巖石和地層水反應(yīng)生成碳酸鹽礦物。

隨之而來的是第二個(gè)問題：將CO?從平臺輸送到這個(gè)“穹頂”需要修一條通道，這條通道在技術(shù)上的名字叫“回注井”，但是，“穹頂”的深度為800米，離平臺的距離卻有3公里遠(yuǎn)，這意味著在鉆井的過程中，垂直方向每向下增加1米，水平方向就要前進(jìn)3米以上，這種大位移的回注井打起來難度很大。雪上加霜的是，途經(jīng)區(qū)域的地層硬度低、易破裂，無法為鉆具提供有效支撐。

與回注井有關(guān)的還有第三個(gè)難題：CO?并不會自動(dòng)與原油分離并進(jìn)入回注井，需要人為進(jìn)行捕集、分離、脫水等一系列工序，換言之，回注井不僅要打得成，還要確保CO?能注得進(jìn)、封得住。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對回注井的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)以及CO?的特殊性質(zhì)，通過自主技術(shù)創(chuàng)新，集中攻關(guān)了海上CO?捕集和封存地質(zhì)油藏、鉆完井和工程一體化聯(lián)合關(guān)鍵技術(shù)。例如：研制了特制的鉆井液，其既能有效抵抗酸性CO?腐蝕，又能支撐井壁、潤滑井眼，為鉆井進(jìn)程“保駕護(hù)航”……

在這套示范系統(tǒng)中，高碳分離器、CO?壓縮機(jī)及分子篩脫水橇等設(shè)備依次啟動(dòng)，油田開發(fā)伴生的CO?被捕獲、分離、加壓壓縮，然后以超臨界狀態(tài)注入回注井。超臨界狀態(tài)是一種氣態(tài)和液態(tài)的“兩不像”狀態(tài)，它能像氣體一樣充滿整個(gè)空間，但其密度又類似液體。最終，超臨界狀態(tài)的CO?通過回注井運(yùn)輸?shù)胶５椎貙?，并永久封存在那里?/p>

據(jù)測算，項(xiàng)目建成后，預(yù)計(jì)高峰期每年可封存30萬噸CO?，累計(jì)封存量將超過150萬噸，其減碳規(guī)模相當(dāng)于植樹近1400萬棵。在“雙碳”背景下，這一海上CO?封存示范工程的成功建成，不僅實(shí)現(xiàn)了我國海上CO?封存領(lǐng)域從無到有的重要突破，也為未來“岸碳入?！钡目焖俳堤挤桨柑峁┝思夹g(shù)支撐和條件。

文: 顧淼飛，上海科學(xué)技術(shù)出版社《科學(xué)畫報(bào)》副編審

審稿：祝葉華，清華大學(xué)環(huán)境工程博士