千万IP创科普 科技人才话强国丨海底封碳 助力实现“双碳”目标

2023年6月，双碳我国海上首个百万吨级二氧化碳封存工程在南海东部海域恩平15-1平台正式投入使用，千万强国标志着我国在二氧化碳捕获、创科才话沧州市某某海绵制品维修站利用与封存技术领域取得了重大突破，普科更为海洋强国的技人建设注入了新的活力。

为什么要把二氧化碳封存在海底？顺利捕集二氧化碳并将其封存到海底地层，丨海要解决哪些难题？

这首先要从恩平15-1油田的底封特殊性说起。恩平15-1油田是碳助我国南海东部首个高含CO₂气顶油藏，也就是力实说，该油田开采出来的现目油气伴生气中CO₂含量较高。通常，双碳在海洋油气钻探开发过程中，千万强国沧州市某某海绵制品维修站伴生气是创科才话不可避免的，而CO₂就是普科伴生气的重要组分。不过，技人大多数情况下，伴生气中的CO₂含量只有20%~30%，但恩平15-1油田伴生气中的CO₂含量超过了95%，显著超出了常规数值。据测算，恩平15-1平台产生的CO₂总量将超过150万吨。如此大量的二氧化碳随原油共同开采出来，不仅会腐蚀海上平台设施和海底管线，还将增加我国CO₂排放量。因此，为这些二氧化碳找一个可靠的“归宿”是很有必要的。

事实上，碳捕集、利用与封存技术（简称CCUS）被公认为促进减碳的重要措施，是实现“双碳”目标的关键技术之一。它是指从生物或化石源或大气中捕集CO₂，并将其运送到封存地点永久隔离在地质构造中的过程。既然这些二氧化碳来自海洋油田，能不能直接把它们封存在海底呢？

这里存在很多难题。首先，将CO₂封存在哪里呢？

研究人员发现，在距离平台3公里远、800米深的海底，有一个“穹顶”式的地层，那里空间很大，而且封闭性强，非常适合永久封存CO₂。CO₂注入地层后，大部分可被“穹顶”永久覆盖住，剩下的有的可被地层孔隙捕获，有的慢慢溶解在地层水中，有的则与岩石和地层水反应生成碳酸盐矿物。

随之而来的是第二个问题：将CO₂从平台输送到这个“穹顶”需要修一条通道，这条通道在技术上的名字叫“回注井”，但是，“穹顶”的深度为800米，离平台的距离却有3公里远，这意味着在钻井的过程中，垂直方向每向下增加1米，水平方向就要前进3米以上，这种大位移的回注井打起来难度很大。雪上加霜的是，途经区域的地层硬度低、易破裂，无法为钻具提供有效支撑。

与回注井有关的还有第三个难题：CO₂并不会自动与原油分离并进入回注井，需要人为进行捕集、分离、脱水等一系列工序，换颜之，回注井不仅要打得成，还要确保CO₂能注得进、封得住。

项目团队针对回注井的作业风险以及CO₂的特殊性质，通过自主技术创新，集中攻关了海上CO₂捕集和封存地质油藏、钻完井和工程一体化联合关键技术。例如：研制了特制的钻井液，其既能有效抵抗酸性CO₂腐蚀，又能支撑井壁、润滑井眼，为钻井进程“保驾护航”……

在这套示范系统中，高碳分离器、CO₂压缩机及分子筛脱水橇等设备依次启动，油田开发伴生的CO₂被捕获、分离、加压压缩，然后以超临界状态注入回注井。超临界状态是一种气态和液态的“两不像”状态，它能像气体一样充满整个空间，但其密度又类似液体。最终，超临界状态的CO₂通过回注井运输到海底地层，并永久封存在那里。

据测算，项目建成后，预计高峰期每年可封存30万吨CO₂，累计封存量将超过150万吨，其减碳规模相当于植树近1400万棵。在“双碳”背景下，这一海上CO₂封存示范工程的成功建成，不仅实现了我国海上CO₂封存领域从无到有的重要突破，也为未来“岸碳入海”的快速降碳方案提供了技术支撑和条件。

文: 顾淼飞，上海科学技术出版社《科学画报》副编审

审稿：祝叶华，清华大学环境工程博士