6月1日9时30分,随着平台上高碳原油生产井、生产处理系统、二氧化碳压缩机及分子筛脱水橇等设备依次启动,油田开发伴生的二氧化碳被捕获、分离、压缩,并通过一口回注井被注入海底地层,实现稳定封存。这标志着我国成功掌握海上二氧化碳捕集、处理、注入、封存和监测的全套技术和装备体系,填补了我国海上二氧化碳封存技术的空白。
为什么要把二氧化碳封存在海底?二氧化碳被顺利“捕捉”并回注到海底地层,要突破哪些“关卡”?据介绍,在海洋油气钻探开发过程中,往往会有一些伴生气,二氧化碳便是伴生气的重要组分之一。常规海洋油气资源开发时,伴生气中二氧化碳的含量约有20%-30%。恩平15-1油田十分特殊,因为特殊的地壳条件,油藏上部有一个气顶,且二氧化碳含量极高,在原油的开采过程中这些二氧化碳也会“逃”出地层。
在“双碳”背景下,这一状况不允许出现。怎么办?科研人员决定将这些“逃”出来的二氧化碳重新捕集起来,并经过一系列处理工序后,重新注入海底,实现永久封存。
首先是要找到合适的存储位置。
“咸水层被认为是最理想最成熟的地质封存环境。”胡金告诉记者,技术人员在距离平台3公里外、800多米深的海底找到了一个“穹顶”式地质构造。如同一个倒扣在海底的“巨碗”,不仅储存量大,而且封闭性强,能够长期稳定地罩住二氧化碳。
合适的存储位置找到后,还要建立一条通往海底“巨碗”的通道——回注井,连通地上和地下。而且,“逃”出来的二氧化碳并不会自动分离并进入回注井,需要人为进行捕集、分离、脱水等一系列工序处理。
油井开采产生的油气混合液进入高碳分离器,把二氧化碳分离出来;再进入三级压缩机,进行加压和干燥。“被捕集、纯化、干燥后的二氧化碳,将被加压至11兆帕,相当于指甲盖上压了一个110公斤的重物。”胡金告诉记者,这时的二氧化碳处于超临界状态,即气液混合态,会像气体一样充满整个空间,但其密度又类似液体。最后,气液混合态的二氧化碳再通过回注井封存到海底“巨碗”。整个过程只需要20分钟左右。
二氧化碳注入地层后,大部分将被顶部的盖层永久盖住,同时一部分被地层孔隙捕获,一部分慢慢溶解在地层水中,还有一部分与岩石和地层水反应生成碳酸盐矿物。
该项目预计高峰期每年可封存二氧化碳30万吨,累计将超过150万吨,其减碳规模相当于植树近1400万棵,或停开近100万辆轿车。
“难!超预期的难!”回忆起这口二氧化碳回注井的诞生历程,中国海油
深圳分公司恩平15-1油田群开发项目组钻完井经理邓成辉连说了两个“难”。他告诉记者,入行15年,历经百余口井的作业,这口二氧化碳回注井是他遇到的最难打的一口井。
据介绍,这条“绿色通道”总长超3700米,钻进不同井眼深度需要下入不同尺寸的套管稳固井壁,确保钻井通道通畅和安全。套管共有4层,内部最细的注气管柱直径约11厘米,如同一根超长“吸管”。为了确保这口回注井打得成,同时让二氧化碳注得进、封得住,项目团队针对钻完井作业风险以及二氧化碳的特殊性质,开展了有关技术攻关。
创新采用特制钻井液——低温流变性稳定钻井液,既能有效抵抗酸性二氧化碳腐蚀,还能支撑井壁、润滑井眼,让钻进之路通畅无阻。同时,还研发出“抗二氧化碳腐蚀
水泥浆体系”“低温泥饼预冲洗”“长水平段尾管回接”“低压窜漏全封”等技术,确保该井在长达几十年的注入期间拥有“金刚不坏之身”。
为了确保二氧化碳回注周期的井下安全,及时监测井筒的完整性,项目团队还安装了“井下听诊器”,即借助分布式光纤传感技术,实现全井筒监测。“这是某个井下测点的压力值,这是温度,精度可达0.1摄氏度。”在恩平15-1平台中控室,张凯指着监控屏幕上的监测数据告诉记者,每隔一米就有一个监测点,就像数千只敏锐的眼睛,在看不见摸不着的井下无死角观察注气管柱是否存在泄漏。
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