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二氧化碳的地质封存与利用路径浅析

背景

为应对全球变暖，推动“低碳绿色发展”实现“碳中和”势在必行。建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，确保实现碳达峰、碳中和“3060”?目标成为我国新阶段新征程的重大战略目标。实现碳达峰和碳中和，简单来说就是“正负相抵”，分为三类：减碳-提高工业技术，实现节能减排；用碳-二氧化碳的捕集、封存与利用是有效用于捕集二氧化碳的技术，可以将生产过程中排放的二氧化碳捕集、封存，或者进行提纯后投入到新的生产过程中循环再利用；无碳-利用清洁能源取代传统化石能源，实现不产生CO2。对比各项技术与路径，CCUS在未来温室气体减排中的贡献占24%，近五分之一的份额[1]。从某种角度来说，CCUS技术近年来被国际公认为是减少温室气体排放最有效和最具潜力的方法[2]。国家政策方面，截至目前，国家已陆续发布70余项CCUS相关政策文件，涉及规划、标准、路线、技术目录等。2021年，CCUS技术被首次写入《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》以及国家相关部委出台的碳达峰碳中和政策文件中，均提出鼓励发展CCUS相关产业和技术。二氧化碳的捕集主要通过化学吸收、物理吸附、膜分离和低温冷凝等技术，从工业废气或空气中分离出二氧化碳。一方面捕集的二氧化碳通过管道或运输设备输送到储存地点，注入地下地层深处进行长期封存与利用，主要有强化石油开采、强化煤层气开采、深部盐水层封存、海洋封存及矿物碳酸化固定等。

另一方面包括将捕集的二氧化碳用作原料生产化学品、燃料、建筑材料等，例如，二氧化碳可用于合成甲醇、碳酸盐或生物质燃料。由此可见CCUS涉及CO2的捕集、运输、储存及利用等多方面,如图1所示[3]。其中封存与利用环节主要涉及地质封存与利用、化学利用、生物利用三大模式，如表1所示，本文主要介绍常见的几种二氧化碳的地质封存与利用（CO2-EOR/EGR/ECBM等）技术。地质封存与利用模式中，是将CO2注入油田或气田用以驱油（Enhancedoilrecovery，EOR）或驱气（EnhancedGasrecovery，EGR）以提高采收率，或者将CO2注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱出来，这便是提高煤层气采收率（EnhancedCoalBedMethaneRecovery，ECBM）。

CO2-EOR的现状与潜力

CO2?地质封存利用技术是CCUS技术的核心组成部分，为大规模CO2捕集提供了必要性，决定了CCUS技术的发展潜力和发展方向。CO2地质封存利用技术是将CO2注入地质体内的同时利用地下矿物或地质条件生产有价值的产。其中CO2-EOR技术最为成熟,兼具?CO2封存和经济收益，是目商业化应用水平较高的领域。国外CO2-EOR项目主要在美国、加拿大等国家开展，特别是美国已具有成熟的CO2-EOR工业体系。美国CO2-EOR项目起步于20世纪50年代，60年代开始持续开展关键技术攻关，随后开展技术测试，技术配套逐渐成熟，80年代以后进入商业化推广阶段。国内具有代表性项目包括大庆油田EOR项目、中石油吉林油田EOR项目、齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS项目（国内首个百万吨级CCUS项目）等，根据齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS项目官网介绍，项目将齐鲁石化将捕集的二氧化碳采送至胜利油田进行驱油封存，实现了二氧化碳捕集、驱油与封存一体化应用，是目前国内最大的CCUS全产业链示范基地和标杆工程，每年可减排二氧化碳100万吨，预计未来15年可实现增油296.5万吨。目前全国已开展的CO2-EOR?矿场项目累计埋存?CO2?超过?660×104?t。另外，根据统计，[4]中国主要油气盆地区域内主力油气藏CO2?地质埋存潜力巨大，油藏的CO2?驱油埋存潜力超过140×108?t，主要盆地深部咸水层的CO2理论埋存潜力更大，达6×1012?t以上，具有消纳大量碳排放的潜力。另一方面，CO2-EOR也是提高原油采收率的主要技术之一。目前世界上大型碳捕集项目捕集的CO2超过70%用于油藏提高采收率，特别是用于低渗透油藏提高采收率，具有较大的经济价值。现有的数据表明，通过应用CO2-EOR技术可以提高原油采收率?7%-15%,延长油井生产寿命15-20?年[4]。

3.CO2-EGR与CO2-ECBM

相较于CO2-EOR，CO2-EGR总体还处于机理探索及小规模先导试验阶段，我国在沁水盆地、西南卧龙河气田茅口组气藏开展了CO2-EGR先导试验。相较于其他CCUS，开采地由于长期封存天然气，其构造封闭性和完整性可以得到保障，降低CO2泄漏的风险，同时对原始地层压力的扰动更小，提高采收率可以额外增加天然