记者调查|一车二氧化碳的奇幻之旅

大众日报记者 徐永国

2022-09-02 17:55:25 发布来源:大众报业·大众日报客户端

8月25日,山东省高青县,国内首个百万吨级CCUS(碳捕集、利用与封存)全链条示范工程正式投产。

这一天,41岁的李华雷驾驶着鲁EH5372二氧化碳运输车,像往常一样往返于淄博市临淄与高青县,把齐鲁石化煤制气装置尾气中捕集纯化的二氧化碳运输至胜利油田,注入地下3000米深的油藏。

80公里的路程,从装车到卸车,往返一趟就得7个多小时。更令他感到不可思议的是,他从齐鲁石化拉的这些液态二氧化碳,注入高青的地下,抽出来的却是石油。

“飞驰”的二氧化碳

8月25日9点,李华雷和他的搭档吕德武又出发了。

他们驾驶着二氧化碳运输车驶进齐鲁石化第二化肥厂。偌大的厂区内,两个标注着“4000立方米”字样的白色球形罐体,矗立在烟囱林立、厂房密布的厂区内。

罐车在厂区门口停了下来,几名工作人员对车辆附件和外观进行了严格安全检查。登记、检查、签字……检查合格后,车辆被引导到指定区域。

指定的区域能同时容纳7辆运输车装运二氧化碳。李华雷和吕德武麻利地走下车,消除静电后来到设备前,在罐车尾部接上管线,打开阀门,二氧化碳开始注入罐车,“咕噜咕噜”声从管线传出。连接好管线,人员全部撤到5米外的安全区域。

白色球形罐体内储存的是液态二氧化碳。二氧化碳装卸、运输都有着严格要求,所以每台车辆全部实行双人监护,除了驾驶员,还配备一名押运员全程跟车。吕德武就是名押运员。

拉运的二氧化碳为零下20℃的液体,液态二氧化碳既利于储存和运输,还便于往地下注入。

四五十分钟后,25.5吨二氧化碳装车完毕。在工作人员的指挥下,李华雷和吕德武娴熟地拆卸管线。“噗嗤”声起,随着一股浓浓的白雾升起,两人被淹没在雾气里。

工作人员介绍,这是管线中残留的二氧化碳。二氧化碳平时是看不到的,但是与罐车断开连接后,管线内残留的低温二氧化碳,遇到空气后就会气化产生“白烟”。

一番检验、扫描、签字等程序后,车辆驶出化肥厂,按照规定路线,驶向高89区块的10号注气站。

记者跟随李华雷的车,一路抵达高青县唐坊镇。李华雷驾车穿过镇子,行驶两公里,一座注汽站出现在视野之中。油田在此地建设的15座注汽站全部投入运行。

在“红工装”的指引下,车子驶入10号注汽站。50分钟后,小站笼罩在薄薄的云雾之中,运输分公司二氧化碳项目部经理张斌告诉记者,这是卸车完毕之后的排空。不一会儿,鲁EH5372车空车驶出小站,原路返回齐鲁石化第二化肥厂。

张斌告诉记者,从装车、运输到卸车,一台车往返一趟得需要7个多小时。最多的时候,他们一天运行近80车次。

危化车司机的困惑

注入二氧化碳,采出石油。这种置换超出了李华雷过去的认知。

张传宝也曾无数次面对如此困惑的眼神。

山东省东营市东营区聊城路胜利油田勘探开发研究院,张传宝指着一台相态分析仪说,“上半部分白色的是二氧化碳,下半部分黑色的是原油。”二氧化碳注入到地下后,原油中的轻质组分抽提到二氧化碳中,使二氧化碳中的轻质组分变得越来越多,最终和原油混为一体,也就是“混相”。

混相之后大幅降低原油黏度,增加油的流动性,还能增加地层能量,提高产量。

相态分析仪北侧的另一台设备——长岩心实验设备,显示二氧化碳是怎么驱替原油的。

实验室有2台试验设备,不仅可以模拟不同压力和温度条件下二氧化碳驱油效果,还能模拟怎样通过改变压力实现混相,同时计算二氧化碳在地层中的封存情况。

张传宝说,这套设备是胜利油田自主研发的国际上最长的岩心物理模拟装置,它解决了“矿场注采参数怎么优化、哪种开发方式效果更好”的问题。

胜利油田的原油轻质组分含量低,压力要达到30兆帕才能达到混相。他说,要想实现二氧化碳驱油与封存的规模化应用,必须要攻克这个技术难题。

憋了三年的试验

李华雷不知道的是,他现在每天往返的高青油区,曾进行了一次长达三年的试验。

回想起用三年多时间注一口井的日子,胜利油田勘探开发研究院气驱试验室党支部书记李友全仍然激动不已。

接到二氧化碳混相驱试井通知是2013年2月,试验成功已经是2016年12月。

在室内试验中发现,当压力达到一定条件,二氧化碳和原油就能像水和酒精一样融在一起。实际效果如何,还需矿场试验来验证。

走出实验室,矿场试验比想象的更难。2013年,李友全所在的试井团队在高青县境内的樊142-7-斜4井组(6口油井、1口注气井)展开试验。他们关闭6口油井,从注气井源源不断地注入二氧化碳。

那段时间,团队一直在井口24小时值守,吃住都在车上。注汽、监测了两年后,团队发现井下的二氧化碳和石油终于实现了混相,大家都很激动。可没想到的是,一开井却没有达到预期效果。

接着“焖”!不达到40兆帕,坚决不开井!

在今天看来,这句话说起来很简单,但是在李友全看来,这在当时下了很大的决心。

顶着巨大的压力,又过了一年半。2016年12月,在注入1.9万吨二氧化碳后,油井地层压力终于升至40兆帕。

“开井”!

油井自喷生产,单井日产油由原来的1吨升为6吨至9吨,以日均产油5吨的水平稳产了两年。

这个进行了三年的试验,坚定了胜利油田推广二氧化碳驱油的信心。他们先后在6个低渗透油藏区块开展矿场先导试验,累积注入二氧化碳43万吨,增油9.57万吨。

国内首条百公里二氧化碳管道

石油与二氧化碳,看似风马牛不相及,却与人的生活息息相关。

现代人的衣食住行须臾离不开石油,就像人每时每刻都在呼出二氧化碳。

11年危化品驾龄的李华雷,有了二氧化碳车司机这个新岗位,源于中石化启动开展的“齐鲁石化——胜利油田百万吨CCUS建设项目”。

为确保百万吨CCUS示范工程平稳、安全、高效、绿色、智能运行,胜利油田分公司实施一把手工程,油田领导亲自挂帅,成立了CCUS建设项目组,下设五大项目组,开展CCUS全链条技术研发和应用示范,形成了全链条一体化的项目管理模式和高效捕集、安全输送、驱油利用、地质封存、环境监测的CCUS全链条一体化运行模式。

胜利油田专门购买57台液态二氧化碳拉运车,用于二氧化碳运输。李华雷应聘成为一名二氧化碳运输车驾驶员。

其实液态二氧化碳的汽运成本并不低,1吨二氧化碳运送1公里需要0.8元至1元,而管道运输的成本至少能减少一半左右。

李华雷并不知道,就在他每天往返临淄与高青的沿途,一条输气管道的建设正在紧锣密鼓地建设中。

这条专门为该项目而建的管道,从齐鲁石化到高青末站,再通过36公里长的支线送到15个注入站,全长80公里。

中国石化集团高级专家兼胜利油田CCUS项目部经理陈军说,这条国内首条百公里二氧化碳管道的输送方式,他们研究过多个方案。气态输送无疑是最好,也是最简单的办法,但最大的问题,是它管径必须得非常大,因为气体膨胀起来体积大。

相比气态,液态输送不需要那么大管径,投资也很小,但是温度必须始终保持在零下20摄氏度,也会在管道周围两米范围形成冻土层,对周边农田、河流等环境造成影响。

经过对比分析,密相二氧化碳更加符合实际。所谓“密相”,是指高压常温下的液态二氧化碳,二氧化碳在这种状态下不需要保温,常温在0℃至5℃就可以。齐鲁石化捕集的二氧化碳,需要增加温度和压力,转化为密相液态二氧化碳,即可达到输送的条件。

从齐鲁石化到高青末站,虽不及美国到加拿大几千公里的长输管道,但国内没有适合的增压设备。他们牵手中国航天集团展开联合攻关,研制国内首台套密相注入设备,让二氧化碳长距离管道密相输送成为可能。

变化多端的“魔术师”

此时的陈军,已经“玩”了好几年二氧化碳。

在他眼里,二氧化碳很好玩。相比其他气体,二氧化碳变化多端,可以随着温度和压力的不同,在液态、超临界、气态、固态4种液态之间变化。

所谓超临界,是压力超过了它的额定压力,温度不超它的额定温度,即高压的液相状态。

CCUS项目的源头,是齐鲁石化公司第二化肥厂煤制氢项目。如何把这么多二氧化碳注入地下?

胜利油田自从上世纪八九十年代开始搞二氧化碳驱,用的是普通注水泵。为避免气锁,须定期排空,每次的排放量在15%至20%。

考察了一圈后,陈军所在的团队发现,国内根本买不到能够满足注气需求的设备。他们自己动手,研制了国内首台套低温液态储罐,也就是总书记在莱113CCUS项目现场看到的那套设备。

CCUS项目已投产的15座注气站,全部实现无人值守。二氧化碳长期在35兆帕以上高压状态下注入地下,地层压力、岩石应力会发生怎样的变化?北京大学团队“揭榜”了这一难题,开展研究与攻关,解决驱油封存安全问题。他们还改进药剂和材料,用非金属管线替换传统管柱,并更换了站内相关配管及设备的内衬。“宁可多花点钱,也得保证采出端和集输处理端不出毛病。”陈军说。

陈军告诉记者,在CCUS试验区48平方公里范围内,设立了500余个环境检测点,实时检测二氧化碳浓度,确保二氧化碳安全封存。

已经投产的15个注汽站将来依然会保留车辆运输和管道运输“双流程”,防止因为管道故障而延误项目的运行。李华雷他们不用担心管道投产后的业务,更重要的是,“十四五”期间,胜利油田2025年二氧化碳年注入能力将达到300万吨,其中,胜利发电厂百万吨二氧化碳捕集工程建设在即。

按1吨二氧化碳驱替0.25吨原油计算,这个项目预计年增油20万余吨。值得注意的是,胜利油田这次选择的CCUS油藏是低渗透储量,全国首个百万吨级项目投运,对全国100亿吨类似储量具有工程示范作用。

(大众日报客户端记者 徐永国 于佳 王维东 报道)

责任编辑: 禹亚宁     签审: 梁开文

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