【压缩机网】从发电行业、石油天然气开采到冶金行业，全球在建和运行的CCUS装置服务于不同类型的生产活动。二氧化碳驱油与埋藏相结合，是油气行业应对全球气候变化的主要途径和方向，也是油田水驱开采后的主要替代技术，可以有效延长油田的商业寿命。同时，高投资和成本阻碍了CCUS行业的大规模商业化发展。随着未来项目规模的扩大、技术进步、政策激励和碳金融市场的发展，瓶颈有望得到解决。
机遇
CCUS在石油工业发展中的自然优势
碳捕集、利用和密封（以下简称CCUS）是指收集能源工业和其他工业生产活动产生的二氧化碳，并通过各种方法储存和使用以避免其排放到大气中的技术。
石油公司将二氧化碳驱油与二氧化碳安全长期埋藏有效结合，考虑温室气体减排效益和驱油经济效益，在CCUS地质评价、收集、运输、利用、密封过程中具有独特的优势，更容易发展CCUS业务。
国际石油公司在应对气候变化时，高度重视CCUS的商机，以CCUS为油气行业的战略发展方向。
具体来说，CCUS在石油行业发展中的作用体现在：首先，CCUS可以直接减少油气公司的温室气体排放，响应国家对气候变化和碳减排的要求。
二是二氧化碳驱油技术的实施可以提高低渗透油田的收获率，更经济。国内低渗透石油资源占总资源的一半以上。大部分低渗透油田基本没有自然产能，需要压裂改造等技术手段才能实现工业发展。国内外经验表明，二氧化碳驱油对提高低渗透储层的有效利用储量和单井产量有一定作用，可提高油田收获率5%以上，整体效益可观。鉴于二氧化碳驱油技术在开发低渗透油藏方面的优势，利用二氧化碳驱油技术开发边际油藏将是国内石油工业的主要发展方向之一。
第三，CCUS的发展符合油气公司的业务领域。CCUS项目包括封存潜力评估、钻井工程、地面工程等相关配套项目。油气运营或油气服务公司可以参与CCUS项目整个生命周期的各个阶段，这与油气行业的业务领域高度一致。
成功实践 世界各国都高度关注CCUS技术
随着气候变化引起全球关注，西方发达国家将其与CCUS结合起来，即CCUS-EOR。从发电行业、石油天然气开采到冶金行业，世界各地正在建设和运行的CCUS设备服务于不同类型的生产活动。这些设备基本上得到了国家财政的支持。
——挪威。1996年，挪威国家石油公司在北海Sleipner油气田启动了世界上第一个大型CCUS系统。截至目前，已封存1600多万吨二氧化碳。Sleipner和Snehvit两个大型项目，全球盐水层二氧化碳密封，都在挪威。挪威政府投资10亿欧元建设了世界上最大的中试设施和研发中心，用于测试和改进燃烧后的二氧化碳捕集技术（TCM），建成使用于2013年。此外，挪威石油理事会还计划于2022年在挪威大陆架上建设离岸全链CCUS-EOR项目，目标是开采挪威大陆架上发现的1亿吨古残油带和埋设二氧化碳。
——加拿大。世界上最大、最成功的CCUS-EOR示范项目是加拿大Weyburn项目。Weyburn油田位于加拿大萨斯喀彻温省Willliston盆地北部，1954年发现面积约180平方公里，油藏埋深1400-1500米。油田于1952年投入开发，采取了直井加密、水平井加密等措施，但无法遏制产量持续下降，已处于水驱开采末期。二氧化碳驱动从1999年开始，分四个阶段实施。2014年，产量恢复到每天3万桶，效果显著。目前，二氧化碳驱动剂的年产油量约为55万吨，预计油田的商业寿命将延长25年。Weyburn油田CCUS-EOR项目的二氧化碳气源由商业公司运行和管理，并将气体输送到油田站；采矿井防腐采用材料防腐，地面系统采用涂层防腐；采矿井监测为太阳能供电，动态信息自动采集；气动驱动前缘采用井间地震和四维地震；输出流体由专业公司分离二氧化碳，输回油田回收，副产轻烃扣除处理费。
2014年，加拿大SaskPower电力公司建立了世界上第一家碳捕集嵌入式发电厂，每年可减少100万吨二氧化碳排放。SaskPower边界坝碳捕集项目是世界上第一个燃煤电厂燃烧后的商业化碳捕集项目，已成为该技术发展的基准。该项目的成功运行证明了CCUS技术在燃煤发电应用中的可行性和经济性。
——美国。二氧化碳驱油技术在美国基本成熟，年产油量约1500万吨，是提高收益率的最大技术，仍在不断发展和完善。主要原因是美国二氧化碳气源稳定低廉，以海相沉积为主，储层物性连续性好。美国的二氧化碳驱油气源主要是天然二氧化碳气藏，占80%；二氧化碳天然气藏分离二氧化碳占15%；工业排放二氧化碳占5%；总供应量约5800万吨/年，总供应稳定。美国的二氧化碳输送主要是管道，干线总里程约6000公里，为提供低成本的二氧化碳气源奠定了坚实的基础。从气源到井口的成本低于250元/吨。此外，美国的二氧化碳驱油主要集中在海相沉积中，原油更容易与二氧化碳混合，具有良好的储存性能、连续性和均匀性，这使得二氧化碳驱油效果更好，这也是该技术大规模推广和应用的主要原因。
世界上最大的二氧化碳驱油项目是位于美国二叠盆地的SACROC油田。1942年发现油田面积约200平方公里，油藏埋深1800-2100米。SACROC油田二氧化碳驱油项目日产水量12万立方米，产水全部回注，分离的烃气部分自用销售，二氧化碳回收利用。目前，油田每天注入5440吨二氧化碳，累计注入1.75亿吨二氧化碳；二氧化碳年产油约150万吨，二氧化碳累计产油约4300万吨。SACROC油田二氧化碳驱动项目最大的特点是注气井组由少到多，逐渐扩大，类似于摊煎饼，再加上使用循环注气， 充分利用二氧化碳。
美国有8个大型CCUS-EOR项目（包括SACROC油田项目），2个正在建设和调试中，其中一些正处于初步研究阶段。在这些二氧化碳收集和提高收获率的项目中，有四个是从开采的天然气中分离出来的，另外四个是从化学过程中收集二氧化碳。例如，Enid化肥项目位于俄克拉荷马州，大平原煤制天然气项目位于达科他州，空气化工公司位于德克萨斯州（Air Products）堪萨斯州Coffeyville石油焦气化项目蒸汽天然气重组制氢项目。到目前为止，美国已经投入运营的大型CCUS-EOR项目主要来自化工过程，而不是燃煤发电厂的捕集源。主要原因是二氧化碳的捕集技术在这些化工过程中更加成熟，成本更低(如天然气合成氨、煤合成气、石油焦制氢)。
——阿联酋。阿联酋最大的钢铁企业酋长钢铁公司于2016年在冶金生产过程中分离捕获二氧化碳，每年可减少80万吨二氧化碳排放。该项目是阿联酋生态城马斯达尔零排放项目的一部分，于2016年11月投入运营。目前，阿联酋ADNOC正在与中国石油开展二氧化碳驱油和埋藏技术合作研究。
行业应用 石油公司实现净零排放的重要途径
欧洲石油公司承诺将CCUS视为实现这一目标的必要途径之一（bp）牵头实施的Teesside项目，计划到2030年收集并封存1000万吨二氧化碳，建设英国第一个零碳工业区；道达尔承诺将总研究资金的10%投资于CCUS技术研发；壳牌公司促进了全球CCUS项目的部署，在加拿大实现了稳定的投资回报。正在计划的鹿特丹项目预计将在2030年封存1000万吨二氧化碳。
美国石油公司认为，CCUS可以为传统石油和天然气行业带来转型和发展机遇。埃克森美在二氧化碳捕获环节拥有独特的控制凝固专利技术，并对碳注入和密封领域进行了深入的研究；2019年8月，由雪佛龙牵头的澳大利亚高级项目开始密封二氧化碳，预计年产量将达到400万吨，是世界上最大的地质密封项目。油气行业气候倡议组织（OGCI）气候投资基金成立于2016年，总投资50%用于CCUS技术研究和示范项目，共同降低成本，增强商业潜力。OGCI于2020年发布了世界上第一个二氧化碳封存资源目录，评估显示全球二氧化碳埋存潜力为12.267亿吨。
近15年来，中国石油开展了CCUS相关科研工作。建立国家重点实验室、研发中心、试验基地平台，承担国家重大项目、重大专项、重点技术项目、重大矿山试验，完成国内主要盆地二氧化碳地质储存潜力和适应性评价，识别适合CCUS产业发展的主要区域，开展烟道气二氧化碳等重要碳减排技术研究，初步积累相关技术。截至2021年底，吉林油田已建成中国第一个二氧化碳分离、捕获和驱油的全产业链基地，累计二氧化碳密封存量超过250万吨；大庆油田还在运营CCUS示范项目，目前二氧化碳密封能力达到30万吨/年；克拉玛依石化公司与新疆敦华公司合作，建设了10万吨CCUS捕获示范项目。
总的来说，中国石油目前正在吉林和大庆进入CCUS技术扩展试验阶段。长庆和新疆正在进行试点试验，总体上正处于试点试验进入工业化试验阶段。“十四五”的主要目标是完善、成熟和示范工业技术，建设一些基于现有CCUS技术的工业示范项目，具有工程能力。
前景分析 CCUS的大规模发展迫切需要打破瓶颈
从全球CCUS项目数量和埋存量来看，CCUS-EOR是主要的方式和方向。简单的CCUS项目受政策变化和经济效益的影响是不可持续的，一些规划项目被迫终止。主要原因是CCUS项目仍存在能耗和成本高、长期封存安全性和可靠性不确定性等问题。高投资和成本是阻碍CCUS行业大规模商业化发展的瓶颈。随着未来项目规模的扩大、技术进步、政策激励和碳金融市场的发展，预计将得到改善。
CCUS产业在中国的发展需要支持措施，具体包括：
一是国家CCUS发展相关政策，包括：CCUS项目新技术税收优惠、贷款利息优惠、土地优惠政策、项目收益期优惠政策、碳市场交易优惠政策、CCUS电厂额外发电小时优惠、CO2-EOR项目石油特殊收入减免等鼓励政策。合格的设备(包括与环境保护、能源、节水有关的专用设备)，以及一些基础设施资产，可以加速折旧。CO2-EOR项目属于三次采油提高收益率的范畴，可享受国家减免40%的税收优惠。
二是CCUS相关监管措施。解决油气储存层二氧化碳封存管辖权、国家地方管辖权、主管部门管辖权（环境保护部门、能源管理部门、国土资源部门等）的问题。
三是在碳市场制定CCUS作为国家验证减排量（CCER）方法，促进CCUS碳减排的识别。推动CCUS项目形成的CCER优先进入国内碳排放交易市场。(杨永志 中国石油勘探开发研究院)
挑战
加快规模化发展，应对CCUS成本挑战
3月17日，瑞咨得能源（Rystad Energy）发布的研究结果表明，碳捕集和密封（CCS）未来10年，开发服务支出将飙升，从2022年到2025年翻一番，这四年全球累计支出将超过500亿美元。
碳捕集、利用、封存作为一种大规模的温室气体减排技术（CCUS）受到越来越多国家和企业的重视，呈现出快速发展的趋势。仅在2021年，各国就宣布了约100个新的CCUS项目。如果这些项目能够顺利推进，到2030年，全球碳捕集能力将翻一番，达到每年1.6亿吨。尽管如此，这与国际能源署有关（IEA）评估结果仍存在很大差距。IEA在2050年全球能源系统净零排放情况下预测，2030年全球二氧化碳捕集量为16.7亿吨/年。加快CCUS产业规模化发展但面对技术、成本、风险、政策法规等诸多因素，展览势在必行。
CCUS技术还没有完全成熟。以二氧化碳捕集技术为例。根据麦肯锡的分析，只有高浓度点源（烟气浓度为50%-90%）的碳捕集技术非常成熟。低浓度点源（烟气浓度为5%-15%）占总碳排放量的绝大部分，主要来自发电、水泥等难以减排的大型行业，可采用化学溶剂、固体材料吸附剂、膜分离等捕集方法，其中化学溶剂的捕集方法相对成熟。直接空气捕获是实现负碳排放的必要技术手段，目前技术还不成熟。
CCUS项目成本高，特别是直接空气捕获成本和未使用的直接密封成本。在现有技术条件下，碳捕集装置安装在煤电示范工程中后，每吨二氧化碳的捕集将增加140-600元的运行成本。据中国石油勘探开发研究院油气田开发专家胡永乐介绍，如果油区以中低浓度排放源为主，且规模较小，二氧化碳来源成本较高，一般为200-300元/吨。
CCUS项目存在一定的安全和环境风险。此外，大多数CCUS技术都具有额外的能耗特性，这将不可避免地导致污染物排放问题。从密封规模、环境风险和监督的角度来看，国外一般要求二氧化碳地质密封的安全期不少于200年。
针对阻碍CCUS产业加快规模化发展的瓶颈，我们可以从以下几个方面取得突破。一是加快CCUS各环节关键技术研发，特别是低浓度点源和直接空气捕集技术，加大对技术研发的财政支持。发达国家非常重视CCUS技术的发展。例如，美国能源部最近宣布了两项资助招标计划，共投资1.15亿美元支持碳捕获和利用技术的研发。
二是多措并举，降低CCUS各环节及整体成本。麦肯锡认为，CCUS的成本主要集中在收集环节，包括开发新一代碳收集技术、降低电力成本、形成规模经济效应、优化存储点规划、合理利用社会资源等。通过降低功耗和用电成本，可以显著降低收集环节的成本；同时，利用规模经济效应优化封存点规划，可以进一步降低运输和封存成本。在相对乐观的情况下，CCUS的成本可能会降低30%-40%。
三是建立CCS枢纽，整合不同环节、不同行业，形成协调、完整的产业链。伍德麦肯兹表示，建立CCS枢纽是实现气候目标所需规模发展商业CCUS的关键因素之一。通过提高规模效益和共享成本，CCS枢纽靠近封存地点，结合二氧化碳产业源集群，降低开发风险。CCS枢纽的位置是根据排放量、密封容量和可用基础设施来匹配碳源和外汇的。3月17日，挪威能源公司CO2报道气体世界网 Management AS将在德国不来梅市建立二氧化碳转运中心，用于使用或封存捕获的二氧化碳，这是德国第一个这样的设施。
石油工业已经做好了充分利用CCUS的准备。石油工业在20世纪70年代开创了这项技术，具有先发优势和丰富的经验。它还可以利用运输二氧化碳的基础设施、可以密封二氧化碳的枯竭油气田和地下容量的相关技能。伍德麦肯兹说，随着许多油气加工技术创造了低成本的碳捕获机会，充足的市场需求可能会使 CCUS已成为油气行业的利润中心。
近日，国际油价大幅上涨，3月25日，布伦特油价收于120.65美元/桶。据大多数专家分析，90美元/桶以上的高油价将持续很长时间。这对石油公司开发碳捕集、埋藏和提高收获率的技术（CCS-EOR）这是一个很好的机会期。油价上涨可以大大提高CCUS项目的承受能力成本。对于具有一定承受能力的油田，油价每上涨10美元/桶，其承受能力成本将增加12-92元/吨。此外，政府政策包括法律法规、碳税、激励措施和碳市场的发展，将为CCUS的发展提供动力。
文/李小松 中国石油报
