寒冬時(shí)節(jié)，黃河三角洲中心城市東營(yíng)。中國(guó)石化勝利油田勘探開發(fā)研究院CCUS(即二氧化碳捕集、利用與封存)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，該院總地質(zhì)師曹小朋正在小心翼翼地分析著30多塊小石頭。
“這些不是普通的石頭。”曹小朋向在場(chǎng)的科技日?qǐng)?bào)記者介紹，“它們大有來頭，都是從地下3000米、120℃的環(huán)境中提取出來的巖芯。”
利用這些巖芯，勝利油田的科研人員模擬地下環(huán)境，開展二氧化碳驅(qū)油封存實(shí)驗(yàn)。從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究，再到工程實(shí)踐，四代科研工作者接力奮斗55年，最終成就了中國(guó)首個(gè)百萬噸級(jí)CCUS。
把碳封地下，把油驅(qū)出來
在“雙碳”目標(biāo)下，減少二氧化碳排放，是當(dāng)務(wù)之急。而在勝利油田科研人員眼中，二氧化碳則是增產(chǎn)石油的寶貝。
開采油田的傳統(tǒng)做法，是將水注入地下，將石油驅(qū)趕上來。但隨著開發(fā)時(shí)間變長(zhǎng)，地下的油越來越少，部分油藏含水升高，導(dǎo)致水驅(qū)油效率降低，采油成本也隨之升高。
用二氧化碳替代水這個(gè)想法，早在20世紀(jì)便已醞釀。但當(dāng)時(shí)“把碳封地下，把油驅(qū)出來”的想法落地太難，屬于科研“無人區(qū)”。
1967年，在勝利油田勘探開發(fā)研究院(以下簡(jiǎn)稱研究院)，27歲的曹銀盛憑著石油人的踏實(shí)、激情和韌勁，義無反顧地投入到二氧化碳驅(qū)油研究。他與同事們一磚一瓦地建起了氣驅(qū)試驗(yàn)室，解決了影響二氧化碳驅(qū)油效率的原油物性、壓力、溫度三大因素等一批理論問題，成為該領(lǐng)域第一代“驅(qū)油人”，奠定了二氧化碳驅(qū)油研究的基礎(chǔ)。
勝利油田科研人員正在分析頁巖巖心。勝利油田供圖
沿著“基礎(chǔ)研究取得進(jìn)展，帶動(dòng)應(yīng)用研究創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破”的科研鏈條，一場(chǎng)接力賽在研究院持續(xù)展開。進(jìn)入21世紀(jì)，以張傳寶為代表的第二代“驅(qū)油人”接了棒。
張傳寶團(tuán)隊(duì)利用二氧化碳進(jìn)行近混相驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，雖然證明二氧化碳驅(qū)油行之有效，但效果并不理想——原因在于地下壓力不足，導(dǎo)致二氧化碳未能液化。他們由此提出，將二氧化碳與原油混為一體，或許是提高驅(qū)油效果的關(guān)鍵。
但問題隨之而來：多大壓力才能讓油和氣在地下形成混相?
“接著燜!不到40兆帕堅(jiān)決不開井!”
在勝利油田同類油藏的樊142區(qū)塊，科研人員死死盯住一口注入井，從2013年干到2016年，從17兆帕干到40兆帕……
“開井!”“成了!”
當(dāng)黑色的液體噴薄而出、灑向天空的那一刻，第二代“驅(qū)油人”喜極而泣。
打通技術(shù)堵點(diǎn)，練就“獨(dú)門絕技”
當(dāng)前，我國(guó)CCUS正處于工業(yè)化示范階段，部分關(guān)鍵技術(shù)較國(guó)際先進(jìn)水平仍有差距。“保障能源安全是國(guó)家交給的任務(wù)，瞄準(zhǔn)核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，是我們義不容辭的責(zé)任!”作為第三代“驅(qū)油人”，中國(guó)石化勝利油田注汽技術(shù)服務(wù)中心二氧化碳項(xiàng)目部副經(jīng)理趙鐵軍有著滿滿的使命感。
勝利油田萊113二氧化碳注入現(xiàn)場(chǎng)。勝利油田供圖
2010年，趙鐵軍剛一畢業(yè)，便一頭扎進(jìn)正在進(jìn)行二氧化碳先導(dǎo)試驗(yàn)的高89—1區(qū)塊。
此時(shí)，二氧化碳驅(qū)油已經(jīng)得到驗(yàn)證，但如何將二氧化碳安全高效地注入地下，是讓人頭疼的“攔路虎”。
要“打虎”過關(guān)，先得有裝備。高壓精確流量計(jì)就是二氧化碳注入裝備的“眼睛”。有了它，才可能實(shí)現(xiàn)一泵對(duì)多井同時(shí)注入。趙鐵軍參照過國(guó)外計(jì)量技術(shù)路線，卻一直無法突破超高壓精確質(zhì)量計(jì)量的瓶頸。
半年時(shí)間里，趙鐵軍和同事們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)測(cè)取了上萬組數(shù)據(jù)，經(jīng)過上千次反復(fù)試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)最終把當(dāng)時(shí)國(guó)際在用的最高達(dá)到25兆帕的二氧化碳密度圖版，延伸到了40兆帕，再將密度圖版集成到通用體積流量計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了液態(tài)下二氧化碳的精確質(zhì)量計(jì)量。
第三代“驅(qū)油人”在突破計(jì)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，又創(chuàng)新研發(fā)了低溫高效密閉注入裝備，形成了具有完全自主產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)體系，破解了二氧化碳注入零排放、分壓分注、低溫計(jì)量等一系列高挑戰(zhàn)難題，打通了CCUS產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)堵點(diǎn)，被外界稱為“獨(dú)門絕技”。
勝利油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，二氧化碳驅(qū)油效率比水驅(qū)提高40%，封存率一次可達(dá)60%—70%，最終達(dá)到100%。
既是出題者攻關(guān)者，也是應(yīng)用者引領(lǐng)者
在打造原創(chuàng)技術(shù)策源地這條路上，勝利油田同時(shí)扮演著出題者、攻關(guān)者、應(yīng)用者、引領(lǐng)者等多重角色，但扮演好每一個(gè)角色都很難。
解決了注入問題，新難題又來了：“防竄”。簡(jiǎn)單而言，就是如何讓二氧化碳“老老實(shí)實(shí)”地待在地下。
從10分鐘到30分鐘再到60分鐘，十年時(shí)間里，二氧化碳泡沫維持時(shí)間不斷被刷新，一次封存率突破70%。隨著“防竄”技術(shù)不斷完善，勝利油田初步形成了低成本捕集技術(shù)、管道安全輸送技術(shù)等CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈六大技術(shù)系列。
勝利油田勘探開發(fā)研究院頁巖油實(shí)驗(yàn)室。勝利油田供圖
2020年，“接力棒”傳到了第四代“驅(qū)油人”鄭文寬的手中。他和同事們正在攻克的難題是：重現(xiàn)流體在地下油藏的流動(dòng)過程，制定更為科學(xué)的開發(fā)方案，采出更多石油。而勝利油田也正在加快拓展二氧化碳驅(qū)油與封存技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，逐步擴(kuò)大驅(qū)油與封存規(guī)模。
目前，“齊魯石化—勝利油田百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目”已投入運(yùn)行，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)2025年可增油近300萬噸，每年減排二氧化碳100萬噸，相當(dāng)于植樹近900萬棵。
從設(shè)想到實(shí)踐，勝利油田的四代“驅(qū)油人”接力攻關(guān)，掌握了從二氧化碳捕集、混相驅(qū)到封存等關(guān)鍵理論技術(shù)，探索出了一條獨(dú)具特色的CCUS之路。
黨的二十大報(bào)告提出，加大油氣資源勘探開發(fā)和增儲(chǔ)上產(chǎn)力度，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系。“不論對(duì)環(huán)保界還是對(duì)能源界來說，這都是一件大事!”勝利石油管理局有限公司執(zhí)行董事、黨委書記，勝利油田分公司代表牛栓文說，“發(fā)展CCUS，就是要蹚出增油固碳產(chǎn)業(yè)化發(fā)展新路子，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和黃河流域的生態(tài)保護(hù)，扛起生態(tài)文明綠色低碳發(fā)展的央企擔(dān)當(dāng)!”
