Перспективы развития ключевых технологий для повышения урожайности и геологического хранения углекислого газа

- Мнение экспертов -

Руи Чжэньхуа, вице - президент Китайского нефтяного университета (Пекин)

В последние годы процесс глобальной индустриализации еще более ускорился, что привело к значительным выбросам парниковых газов, таких как углекислыйгаз, частым экстремальным погодным явлениям и огромным вызовам для глобального изменения климата.

Для достижения цели « двойного углерода» Китай принимает ряд мер по сокращению выбросов углерода, а улавливание, использование и хранение углекислого газа (CCUS) является одним из эффективных способов сокращения выбросов углерода.

Технология CCUS решает две задачи.

Применение технологии CCUS в области разработки нефтяных и газовых месторождений преследует две основные цели: дальнейшее увеличение добычи нефти и газа и обеспечение безопасного и эффективного хранения углекислого газа. Таким образом, помимо улавливания и транспортировки углекислого газа, ключевыми технологиями проекта CCUS являются технологии повышения нефте - и газодобычи CO2, технологии хранения CO2 и технологии мониторинга безопасности CO2.

В целом, основными механизмами, с помощью которых углекислыйгаз повышает скорость добычи нефти и газа, являются смешивание с сырой нефтью, инверсия фаз, растворение, улучшение отношения потока воды и нефти, диффузия, конкурентная адсорбция и улучшение свойств коллектора. Для различных типов нефтяных и газовых месторождений (например, низкопроницаемых / особо малопроницаемых, плотных, сланцевых, высоководоносных и т.п.) существуют различия в механизмах повышения урожайности и увеличения добычи углекислого газа.

Технология, используемая для повышения коэффициента извлечения углеводородов, определяется механизмом извлечения углекислого газа и типом нефтегазовой залежи. Для различных типов нефтяных и газовых залежей, таких как низкопроницаемые / особо малопроницаемые залежи, плотные залежи, высоководные залежи и т. Д. Существуют различия в свойствах коллектора (например, пористость, проницаемость, насыщенность жидкостью, литология), жидкости (например, вязкость, плотность) и т. Д. Способы разработки и механизмы повышения коэффициента извлечения также различны.

Геологическое хранение диоксида углерода означает хранение диоксида углерода в геологических формациях с хорошей закрытостью. В настоящее время более надежными способами хранения являются дренаж и хранение углекислого газа, хранение истощенных нефтегазовых залежей, хранение соленых водоносных пластов, хранение угольных пластов и так далее.

Интегрированная технология геологического хранения углекислого газа и повышения коэффициента извлечения может повысить коэффициент извлечения нефти и газа при достижении крупномасштабного хранения углекислого газа и имеет лучший потенциал для развития. Содержание углекислого газа в нефтегазовых залежах имеет свободный, растворимый и минеральный статус, и, как правило, геологическое хранение углекислого газа в одной и той же нефтегазовой залежи осуществляется в сочетании с различными механизмами конструирования, остаточного, растворенного и минерализованного хранения углекислого газа.

После впрыска углекислого газа в землю непрерывно перемещается, бурение и другие подземные виды деятельности, а также сами геологические тела имеют трещины, пещеры, которые могут вызвать определенный риск утечки. Поэтому, изучая технологию геологического хранения углекислого газа и повышая эффективность хранения, мы должны обратить внимание на разработку технологии мониторинга безопасности утечки углекислого газа для достижения цели долгосрочного и безопасного хранения.

В соответствии с различными принципами мониторинга, методы мониторинга безопасности хранения углекислого газа подразделяются на два типа: технология мониторинга углекислого газа под поверхностью земли, в основном с использованием акустических, электрических, магнитных, тепловых характеристик почвы и породы для мониторинга концентрации углекислого газа и деформации породы, вызванной утечкой газа; Методы мониторинга углекислого газа над поверхностью Земли в основном достигаются путем измерения концентрации углекислого газа в атмосфере.

История нашей страны насчитывает почти 60 лет.

Начиная с 1950 - х годов, когда американская компания Atlantic Petroleum получила первый патент на выброс углекислого газа, углекислыйгаз постепенно использовался для добычи нефти и газа. После испытаний на шахтах в 1960 - х годах и индустриализации в 1970 - х годах технология CCUS, используемая для удаления углекислого газа, достигла зрелости в Соединенных Штатах.

В настоящее время за рубежом действует ряд крупных нефтегазовых месторождений, таких как месторождение Weyburn в Канаде, месторождение Sleipner в Норвегии и нефтяное месторождение Petra Nova в США.

С точки зрения теоретических исследований, зарубежные страны находятся на передовом уровне в таких областях, как микронанометровый механизм взаимодействия углекислого газа / нефти / воды / горных пород, технология численного моделирования для повышения урожайности и хранения углекислого газа, механизм преобразования и увеличения объема углекислого газа, технология идентификации и контроля риска утечки углекислого газа, а также сформировали многофазную многомасштабную теорию просачивания углекислого газа и термодинамическую базу данных, которая обеспечивает большой технический резерв для реализации соответствующих проектов.

В то же время нефтяные и газовые залежи, используемые за рубежом для проектов по повышению урожайности и консервации углекислого газа, имеют характеристики низкой вязкости сырой нефти и легкости смешивания.

Внутренние технологии CCUS появились не поздно. В 1965 году на Дацинском нефтяном месторождении начались полевые испытания углекислого газа. После 1980 - х годов Цзилиньское нефтяное месторождение, Цзидунское нефтяное месторождение и Цзянсуское нефтяное месторождение также проводили испытания, связанные с выхлопом углекислого газа, но не применялись в масштабе.

Только в 2005 году в нашей стране была разработана концепция CCUS. В 2021 году официально началось строительство проекта CCUS на нефтехимическом месторождении Цилу - Шэнли, который является первым проектом CCUS мегатонного класса в Китае. Продление нефтяного месторождения, нефтяного месторождения Чанцин и нефтяного месторождения Цзилинь также ускорило крупномасштабное коммерческое применение проекта CCUS.

По сравнению с развитыми странами США и Европы, углекислыйгаз в Китае значительно повысил урожайность нефти и газа и развитие теории и технической системы хранения все еще находится в зачаточном состоянии, применение невелико. Тем не менее, в настоящее время экономика Китая быстро развивается, источники углекислого газа достаточны, спрос на сокращение выбросов углерода велик, и ожидается, что в будущем технология CCUS в Китае будет иметь очень широкие перспективы в области развития нефти и газа.

В Китае в CCUS для повышения скорости добычи нефти и газа и технологии хранения углекислого газа исследования и разработки начались относительно поздно, В то же время из - за технических барьеров, ограничивающихся прецизионными приборами, компьютерным программным и аппаратным обеспечением, фундаментальные исследования слабы, в основном отражаются в нефтегазовых залежах углекислого газа с несколькими компонентами термодинамических свойств жидкости и изучения закона просачивания, механизма повышения скорости сбора углекислого газа, теории и технологии динамической синергии хранения углерода, а также теории регулирования потока углекислого газа и управления риском утечки.

В настоящее время в Китае по - прежнему существует большой разрыв между обработкой прецизионного экспериментального оборудования и разработкой коммерческого программного обеспечения численного моделирования и передовым уровнем за рубежом, ключевое оборудование и симуляторы давно зависят от импорта.

Кроме того, из - за разнообразия типов нефтяных и газовых месторождений в Китае, геологических характеристик и условий разработки более сложных, после длительных исследований и практики, Китай занимает лидирующие позиции в теории и технологии повышения коэффициента извлечения углекислого газа в сложных нефтегазовых месторождениях, что обеспечивает хорошие условия для применения базовой теории к практике на месте.

Технология совместной оптимизации – это будущее.

Развитые страны последовательно проводят исследования и оказывают политическую поддержку технологиям удаления углерода, представленным в CCUS. Например, правительство США недавно обнародовало « двухпартийный закон об инфраструктуре», « Закон о сокращении инфляции» и т. Д., А ЕС также обнародовал важные документы, такие как « Рамочная климатическая и энергетическая политика 2030 года» и « Долгосрочная стратегия 2050».

Ожидается, что реализация этих стратегий приведет к сокращению выбросов ПГ к 2030 году на 40% по сравнению с 2005 годом; ЕС планирует сократить выбросы углерода на 50% - 55% к 2030 году (по сравнению с 1990 годом) и обеспечить инвестиции в размере не менее 260 млрд евро в год.

Наши политические приоритеты также начали выводить « сокращение углерода» на новый стратегический уровень. Одной из важных стратегий является снижение выбросов углерода в нефтехимической, угольной и сталелитейной отраслях.

В настоящее время нефтяные и газовые месторождения Китая, которые могут осуществлять секвестрацию углекислого газа и повышать урожайность на наземных нефтяных месторождениях, в основном сосредоточены в Северном и Северо - Восточном Китае, их теоретическое хранение составляет около 3,6 млрд. тонн, а хранение углекислого газа может быть реализовано при полном удалении 4,6 млрд. тонн, и эти районы густонаселены, экономически развиты, выбросы углекислого газа высоки, могут обеспечить более адекватный источник углекислого газа и имеют большой потенциал применения.

В последние годы, с развитием теоретической архитектуры синергической оптимизации для повышения урожайности и хранения углекислого газа и ясностью цели оптимизации, больше исследований в основном сосредоточено на реализации синергической оптимизации и применении этих методов к технике. В подходе к достижению цели синергической оптимизации, продолжайте изучать оптимизацию параметров, связанных с традиционной технологией выхлопа углекислого газа, чтобы решить проблемы, связанные с газовой турбулентностью и смешиванием, с которыми сталкивается реализация проекта; Благодаря внедрению алгоритмов искусственного интеллекта, таких как алгоритмы групп частиц и искусственные нейронные сети, синергия между повышением урожайности и хранением углекислого газа может быть дополнительно оптимизирована.

Кроме того, добавление эфиров или алкогольных веществ в газы, содержащие диоксид углерода, также может способствовать дальнейшему развитию потенциала для повышения урожайности и хранения, и результаты исследований были успешно применены, например, на нефтяном месторождении Вейборн в Канаде.

Проблемы и рекомендации

В настоящее время углекислыйгаз для повышения урожайности нефти и газа и технологии геологического хранения за рубежом достигли коммерческой эксплуатации, Китай по - прежнему имеет определенный разрыв с развитыми европейскими и американскими странами в области технологических исследований и разработок, инженерного применения, индустриализации и политических механизмов, в основном сталкивается со следующими проблемами:

Во - первых, в области технологических разработок. Нефтяные залежи Китая в основном состоят из залежей наземного осаждения, широко распространены характеристики высокой вязкости и высокого давления смеси, трудно сформировать смесь под давлением пласта, давление вытеснения слишком велико и легко пробивает пласт, что приводит к утечке газа, низкой скорости выхлопа углекислого газа, высокой концентрации диоксида углерода при добыче газа и низкой эффективности хранения.

Во - вторых, в сфере индустриализации. Существует более серьезная проблема несоответствия между источниками и поглотителями углекислого газа и распределением нефтяных и газовых месторождений в нашей стране. Выбросы углекислого газа в нашей стране в основном сосредоточены в экономически развитых восточных регионах, в то время как геологические залежи, пригодные для хранения углекислого газа, широко распространены в малонаселенных районах, таких как северо - запад, юго - запад и северо - восток.

В - третьих, в области инженерного применения. В настоящее время проект CCUS в Китае имеет относительно небольшой масштаб применения, в то время как инфраструктура, такая как трубопроводные сети, не может поддерживать крупномасштабные перевозки углекислого газа на большие расстояния.

В - четвертых, с точки зрения политических стимулов. В Китае до сих пор нет системного механизма политики CCUS, права и обязанности предприятий недостаточно ясны, финансовая и налоговая поддержка и финансовая безопасность все еще нуждаются в укреплении, в то время как бизнес и финансовая экология нуждаются в инновациях.

Чтобы как можно скорее реализовать коммерциализацию и масштабную эксплуатацию технологии повышения урожайности и хранения CO2, мы должны сосредоточиться на следующих аспектах:

Во - первых, укрепить фундаментальные исследования для поддержки технологических исследований и инноваций по всей производственной цепочке CCUS, построить новую технологическую систему CCUS, преодолеть два основных теоретических и технологических узких места в использовании и хранении углерода и поддержать всестороннее развитие промышленности.

Во - вторых, основываясь на объективной реальности значительных различий между землей, пространством и ресурсами в нашем регионе, мы должны стремиться к минимизации затрат на комплексное сокращение выбросов, укреплять развитие технологии и промышленности CCUS в регионе и оптимизировать структуру энергетики и промышленности.

В - третьих, поскольку CCUS имеет более длинную технологическую и промышленную цепочку, сценарии применения более интегрированы с традиционными отраслями, поэтому необходимо обеспечить преобразующую реконструкцию циклических нулевых выбросов углерода посредством системной интеграции технологий и совместной оптимизации с промышленностью и регионом.

В - четвертых, в полной мере использовать большие данные, искусственный интеллект, 5G и другие современные научно - технические достижения, с высокой степенью интеграции с технологией CCUS, содействовать быстрому и высококачественному развитию промышленности.

В - пятых, в полной мере играть вспомогательную и руководящую роль законов и правил, стандартного углеродного рынка, налога на углерод, зеленого финансирования и других политических систем и рыночных механизмов, а также содействовать быстрому развитию CCUS посредством регулирования рынка, политики и правил и системы гарантий и финансовой поддержки.

- Корпоративные действия -

Нефтяное месторождение Победы CCUS: связывание углерода "сейф" добыча нефти "Золотой ключ"

Октябрь в дельте Желтой реки был очень оживленным. Трубопровод, извиваясь на сотни километров, соединяет нефтехимическую компанию Цилу, соединяет нефтяное месторождение « Победа», ежедневно транспортирует углекислыйгаз в скважину под сверхкритическим давлением, а затем закачивает его на глубину более тысячи метров под землей для вытеснения и хранения нефти.

Этот трубопровод является первым в Китае трубопроводом для транспортировки углекислого газа в миллионах тонн и 100 километров высоковольтного и плотного фазового углекислого газа при комнатной температуре, который был введен в эксплуатацию недавно - « Проект CCUS нефтехимического месторождения Цилу - Шэньчжэнь» в миллионах тонн.

Соответствующее лицо, ответственное за проект CCUS на нефтяном месторождении Шэнли, сообщило, что CCUS является одновременно « твердым» сейфом, который может закачивать 1 миллион тонн углекислого газа в год и обеспечивать консервацию, что эквивалентно посадке почти 9 миллионов деревьев, а также « добытым» золотым ключом, чтобы повысить уровень эффективной разработки низкопроницаемых залежей нефти и добиться беспроигрышного увеличения добычи нефти и сокращения выбросов углерода.

В ответ на сложную задачу измерения и распределения жидкого углекислого газа, легко газифицируемого наружного выброса и одновременного впрыска нескольких скважин, нефтяное месторождение Шэнли постоянно изучает и разрабатывает полностью закрытую и эффективную технологию инжекции, формирует серию инжекционного оборудования с полностью независимыми правами интеллектуальной собственности, решает основные технические проблемы, такие как « нулевые выбросы, низкотемпературное измерение и разделение давления».

Они также инновационно внедрили весь процесс герметичного сбора, транспортировки и обработки выемки газа и жидкости, после извлечения газа и разделения воды перекачивается на станцию обратного нагнетания непосредственно в пласт для вторичного дренажа и хранения нефти, чтобы обеспечить « нефть не падает, вода не выходит наружу, газ не поднимается на небеса», сформировали основную технологию « смешивания углекислого газа высокого давления» и добились прорыва в применении шахты; Преодоление трех основных технологий, разработка жидкой фазы углекислого газа трубы нагнетательный насос, высокоэффективный углекислыйгаз плотной фазы инжекционный насос два ключевых оборудования. (Ю. Джабалимон)

Четыре модели нефтяного месторождения в Цзянсу позволяют успешно выводить отходы

После года нагнетания, скважины 17 - 6 увеличились с 0,2 тонны до 4,6 тонны в день на самом низком уровне, уровень динамической жидкости поднялся с 2100 метров до 200 метров, а малопродуктивные неэффективные блоки снова увидели надежду из - за нагнетания газа.

На сегодняшний день на нефтяном месторождении Цзянсу имеется 22 блока с пневматическим приводом, для достижения жесткого подъема наполнения воздуха и увеличения количества нефти в течение пяти лет подряд, накопилось 292 000 тонн газа, накопление углеродного затвора эквивалентно посадке 2,5 миллиона деревьев, кумулятивное увеличение 98 000 тонн нефти, скорость замены нефти на этапе привода углекислого газа составляет 0,34.

Цзянсуское нефтяное месторождение фокусируется на проблеме повышения коэффициента извлечения сложных фрагментов, для сложных мелких фрагментарных залежей в Северном бассейне провинции Цзянсу проводятся исследования по технологии вытеснения углекислого газа из залежей с низким и особенно низким просачиванием, сформированы четыре режима « гравитационного стабилизационного дренажа имитационной горизонтальной скважины», « двустороннего дренажа воды на газовой крыше», « синергии выталкивания диоксида углерода + ». Команда по приводу углекислого газа для смешивания фазового привода, ближнего смешивания фазового привода в качестве цели, придерживаться однослойной, малослойной тонкой разработки, установить идею выключения скважины для содействия смешиванию фазы, максимизировать технические преимущества смешивания фазового привода. Они нацелены на характеристики сложных залежей обломков с большим наклоном, крутым строением и относительным закрытием, в полной мере используют преимущества специальных технологий, таких как гравитационный стабилизационный привод, и достигают двойной цели управления передней кромкой воздушного движения и повышения скорости сбора.

Соединения 38 представляют собой тектонические литологические залежи с проницаемостью менее 10 мдарси и более чем 10 - кратной разницей в толщине коллектора. Исследователи активизировали изучение тонкой геологии и режима выталкивания газа, развернули газовые скважины в высоких частях основного русла коллектора, сформировали горизонтальную вытесненную « газовую стену», расширили диапазон привода газа. После разработки нагнетания газа производительность 38 скважин удвоилась. (Сюй Бо Вэнь Ван Чжилинь)

Восточно - Китайская нефтегазовая строительная компания по управлению углеродными активами типа « углерод + »

До сих пор совокупная добыча нефти из скважины 3 - наклонной 1 скважины с высокой эффективностью нагнетания газа в особо малопроницаемых залежах на нефтеперерабатывающем заводе Тайчжоу в Восточном Китае превысила 40 000 тонн, устойчивая добыча нефти в течение 44 месяцев, суточная нефть по - прежнему достигает 7,9 тонны, что свидетельствует о значительных результатах смешивания под давлением в особо малопроницаемых залежах нефти.

Восточно - Китайская нефтегазовая компания поддерживает концепцию зеленого низкоуглеродного развития, использует стратегические возможности « двойного углерода», основываясь на собственных промышленных характеристиках, принимает строительство интегрированного проекта CCUS - EOR в качестве ядра, трансграничную интеграцию ресурсов углекислого газа, в настоящее время стала компанией по управлению углеродными активами типа « углерод + », которая объединяет технологию улавливания и рекуперации углекислого газа, дренажа, хранения, мониторинга и применения.

В последние годы восточно - китайская нефть и газ с помощью научно - технических инноваций, технологии « Каршея » исследования, сформировали набор недорогих технологий улавливания, транспортировки, впрыска, восстановления через воздухопроницаемость и хранения нефтяных месторождений, а также активно сотрудничают с несколькими нефтяными предприятиями, такими как Цзянсуское нефтяное месторождение, Северо - Восточное нефтяное месторождение, нефтяное месторождение Шэнли, нефтяное месторождение Хэнань, нефтяное месторождение Юймэнь, нефтяное месторождение Туха и другие. На сегодняшний день в Восточном Китае в общей сложности 465 000 тонн нефти и газа улавливают химические выхлопные газы, более 1,3 миллиона тонн геологического хранения углекислого газа, более 300 000 тонн нефти увеличивают скорость сбора на 11,5 процентных пункта. (Шэнь Чжицзюнь Лю Фанчжи)

- Ссылки на знания -

Какие технологии повышают урожайность углекислого газа?

• Технологии повышения коэффициента извлечения нефти из низкопроницаемых / особо малопроницаемых залежей:

Эта технология основана на смешивании фазового привода, инъекции углекислого газа с другими газами (например, дымовым газом, азотом и т. Д.) в виде секционной пробки может уменьшить дисперсию углекислого газа на передней части секции инжекции, в то время как инъекция задней части газа может увеличить давление вытеснения для достижения смешивания. По сравнению с чистым углекислым газом, ставка на углекислыйгаз и азот при нормальном давлении залежи нефти может увеличить степень извлечения залежи на 2 - 3 процентных пункта.

• Технологии повышения урожайности в плотных залежах:

углекислыйгаз обладает хорошей текучестью, растворяется в сырой нефти, легко смешивается с плотной нефтью при температуре и давлении залежи, поэтому нагнетание углекислого газа является эффективным способом повышения коэффициента извлечения плотной нефти. В настоящее время технология и технология добычи плотной нефти с использованием углекислого газа в основном включают поглощение углекислого газа после объемного разрыва, карбидный водяной привод, сверхкритический привод углекислого газа, чередующийся впрыск водяного газа углекислого газа, привод пеноматериалов углекислого газа и так далее.

• Технология управления водообогащением в высокопроницаемых залежах с высоким содержанием воды:

Для средне - и высокопроницаемых залежей нефти, вступающих в стадию высокого содержания воды, привод углекислого газа с помощью пенообразования или сочетание углекислого газа с другими тремя технологиями добычи нефти могут играть роль в регулировании и блокировании воды и расширении охвата, соответствующие технологии лучше применяются на традиционных основных нефтяных месторождениях, таких как месторождение Шэнли, что значительно увеличивает добычу сырой нефти.

• Технология разрыва углекислого газа в залежах сланцевой нефти и газа:

Технология повышения продуктивности коллектора, использующая углекислыйгаз в качестве компонента разрывных жидкостей, имеет характеристики низкого потребления воды, экологически чистого, эффективного и низкого повреждения коллектора и может быть применена к преобразованию и увеличению добычи сланцевых нефтяных и газовых месторождений, пластового газа, плотной и малопроницаемой нефти. По сравнению с традиционной технологией гидравлического разрыва, технология разрыва углекислого газа наносит меньший ущерб коллектору, а также может снизить вязкость сырой нефти во время процесса разрыва швов под давлением и повысить скорость извлечения при преобразовании коллектора.