CCS-EOR技術在美國（上）：什么是CCS-EOR

二氧化碳捕集與埋存（CCS, or Carbon Capture &Sequestration）是在工業過程中捕集二氧化碳并埋存于地下巖層或深海，從而減少人類活動在大氣中的二氧化碳排放，是目前大規模直接減少化石能源利用導致的溫室氣體排放的唯一有效技術。其中，燃煤發電廠是最大的二氧化碳單一排放源，貢獻了大型固定污染源二氧化碳排放量的將近60%，因而也是CCS技術的主要潛在應用市場。由于捕集二氧化碳通常需要額外投資和消耗大量能源，從而導致該技術成本高昂——這也成為當前阻礙CCS技術規模發展的關鍵。因此，CCS工業亟需通過碳捕捉盈利以使得CCS項目經濟上可承受，并且較其它低碳技術更具競爭力。

使用二氧化碳驅油以提高采收率（CO2-EOR, or CO2 Enhanced Oil Recovery）是一項石油工業已經應用了幾十年的成熟技術，特別是近年來，應用EOR技術在非常規和高難度的油藏中的開發逐漸變得經濟可行。長期以來，缺乏穩定、可靠和經濟的二氧化碳來源是阻礙CO2-EOR大規模發展的重要限制因素之一。

二氧化碳捕集、埋存和提高采收率技術相結合（CCS-EOR）可實現石油增產和CCS成本降低的雙重目的，被認為是加快CCS技術部署的雙贏解決方案。本文將以美國為例，介紹這一技術的發展現狀并簡要討論它的發展前景。上篇我們先來介紹什么是CO2-EOR，以及它在美國的實施情況。

二氧化碳提高采收率技術（CO2-EOR）

石油開采技術大致可以分為一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是利用油層中的天然能量（即壓力能）進行的；二次采油是利用一定工藝技術恢復油層壓力來進行油田開發的，常見的為注水采油；此后強化采油的技術屬于三次采油。強化采油是一類通過改善油藏及油藏流體的物理和化學特性，提高原油采收率的開采技術。目前全球范圍平均的油藏采收率只有30%左右，而使用強化采油技術可以有效提高至60%。石油圈原創www.h29736.cn

據統計，2010年全球范圍使用提高采收率方法獲得的石油產量達每天300萬桶，占全球產量的3.5%。常見的提高采收率技術有熱力采油法、化學驅油法、氣體溶劑驅油法、微生物采油法等。二氧化碳驅油的產量正在逐年上升，貢獻了提高采收率產量的大約十分之一。這些二氧化碳驅油項目在北美主要是位于美國德克薩州西部和新墨西哥州東南部的西德克薩斯盆地（Permian Basin）和位于加拿大薩斯喀徹溫省的Weybum油田等。

在二氧化碳提高采收率過程中，高壓液態或者超臨界的二氧化碳被注入含油的巖層。超臨界二氧化碳的密度和原油的密度相似，但是粘度要低得多。二氧化碳可以部分溶解于石油中，使原油膨脹，降低石油的粘性，改善流體的流動性，降低界面張力。較高的注入井壓力和原油的膨脹一起驅動原油向生產井流動，從而置換出儲藏在巖層中的油氣資源。而置換過程的效果取決于油氣混合物的相變特性，以及油藏的溫度、壓力和油氣成分。同常規的油田開采技術相比，提高采收率技術難度、復雜性和開采成本更高，因而也有更長的開發周期。

美國CO2-EOR項目現狀

美國已經有約3600英里二氧化碳輸運管線，每年輸送約5000萬噸二氧化碳用于提高采收率，增產超過每天28萬桶原油。圖二顯示了美國已投運的大規模自然源和工業源CCS-EOR項目，包括捕集源，輸運管線和應用提高采收率油田的地理位置。

位于美國德克薩州西部和新墨西哥州東南部的西德克薩斯盆地是世界上最大的二氧化碳提高采收率油田，同時也成為世界最大的二氧化碳交易市場。全美約有125個二氧化碳提高采收率項目（包括混相氣驅和非混相氣驅技術），其中的60多個集中在西德克薩斯盆地，每天出產18萬桶原油。其中的一些油田已經使用二氧化碳驅油技術長達30年。石油圈原創www.h29736.cn

另外，懷俄明州、堪薩斯州、路易斯安那州、伊利諾伊州也都有這項技術的使用。

除美國本土以外，位于北達科他州的大平原煤制天然氣工廠從2000年開始通過長達315千米的二氧化碳輸運管線，將每年3百萬噸二氧化碳運輸到加拿大薩斯喀徹溫省的Weyburn 和Midale油田進行提高采收率。與此同時，斯倫貝謝公司的Schlumberger Carbon Service部門還進行了從2000年至2011年長達10年以上的Weyburn-Midale油田二氧化碳埋存監測研究，測量了二氧化碳埋存位置，煙羽遷移和擴散速度等，這也是世界上最大的全規模CCS現場研究。

從二氧化碳的采集源看，主要有Sheep Mountain, McElmo Dome, Bravo Dome, 以及Jackson Dome等四處主要的自然源二氧化碳氣田，以及分散在適用二氧化碳驅油地點附近的人為源，如天然氣處理和工業過程中的二氧化碳捕集項目。其中自然源CO2仍然是用于EOR項目的主要來源，僅McElmo Dome這一單一二氧化碳氣田每年向西德克薩斯盆地供氣量2200萬噸，幾乎相當于所有美國人為源捕集二氧化碳供應量的總和。

美國已投運的大規模CCS-EOR項目現狀

上一小節介紹了美國所有使用二氧化碳驅油的油田項目，接下來我們再關注其中使用人為排放源的CCS-EOR項目。根據全球CCS研究院（Global CCS Institute）的定義，大規模CCS-EOR項目是指年捕集、運輸和埋存量在80萬噸以上的燃煤電廠CCS項目，以及年捕集量40萬噸以上的其他工業項目。據統計，截至2016年在美國正在運行的CCS-EOR項目有8個，正在建設調試的2個，另外還有一些處于前期預研階段。

上表列出了美國已投產的大規模二氧化碳提高采收率項目基本信息。在這些二氧化碳捕集和提高采收率項目中，有4個是在開采的天然氣中分離出二氧化碳，而另外4個項目則是從化工過程捕集二氧化碳。比如位于奧克拉荷馬州的Enid化肥項目，位于達科他州的大平原煤制天然氣項目，位于德克薩斯州的空氣化工公司（Air Products）蒸汽天然氣重整制氫項目，和堪薩斯州的Coffeyville石油焦氣化項目。有趣的是，到目前為止，已投運的大規模CCS-EOR項目中，還沒有來自燃煤發電廠的捕集源，而主要來自化工過程。原因主要是在這些化工過程（比如在天然氣合成氨，煤制合成氣，石油焦制氫）中，二氧化碳的捕集技術更成熟，成本更低。

如前文所述，燃煤發電廠是最大的二氧化碳單一排放源，通過CCS技術，現有的燃煤發電行業可以提供足夠的二氧化碳供應。下篇我們將介紹燃煤發電廠的CCS-EOR技術路線和示范項目發展現狀，并討論低油價的市場條件對這一技術的大規模應用帶來的新挑戰。

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