CCS-EOR技术在美国（上）：什么是CCS-EOR

二氧化碳捕集与埋存（CCS, or Carbon Capture &Sequestration）是在工业过程中捕集二氧化碳并埋存于地下岩层或深海，从而减少人类活动在大气中的二氧化碳排放，是目前大规模直接减少化石能源利用导致的温室气体排放的唯一有效技术。其中，燃煤发电厂是最大的二氧化碳单一排放源，贡献了大型固定污染源二氧化碳排放量的将近60%，因而也是CCS技术的主要潜在应用市场。由于捕集二氧化碳通常需要额外投资和消耗大量能源，从而导致该技术成本高昂——这也成为当前阻碍CCS技术规模发展的关键。因此，CCS工业亟需通过碳捕捉盈利以使得CCS项目经济上可承受，并且较其它低碳技术更具竞争力。

使用二氧化碳驱油以提高采收率（CO2-EOR, or CO2 Enhanced Oil Recovery）是一项石油工业已经应用了几十年的成熟技术，特别是近年来，应用EOR技术在非常规和高难度的油藏中的开发逐渐变得经济可行。长期以来，缺乏稳定、可靠和经济的二氧化碳来源是阻碍CO2-EOR大规模发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术相结合（CCS-EOR）可实现石油增产和CCS成本降低的双重目的，被认为是加快CCS技术部署的双赢解决方案。本文将以美国为例，介绍这一技术的发展现状并简要讨论它的发展前景。上篇我们先来介绍什么是CO2-EOR，以及它在美国的实施情况。

二氧化碳提高采收率技术（CO2-EOR）

石油开采技术大致可以分为一次采油、二次采油和三次采油。一次采油是利用油层中的天然能量（即压力能）进行的；二次采油是利用一定工艺技术恢复油层压力来进行油田开发的，常见的为注水采油；此后强化采油的技术属于三次采油。强化采油是一类通过改善油藏及油藏流体的物理和化学特性，提高原油采收率的开采技术。目前全球范围平均的油藏采收率只有30%左右，而使用强化采油技术可以有效提高至60%。石油圈原创www.oilsns.com

据统计，2010年全球范围使用提高采收率方法获得的石油产量达每天300万桶，占全球产量的3.5%。常见的提高采收率技术有热力采油法、化学驱油法、气体溶剂驱油法、微生物采油法等。二氧化碳驱油的产量正在逐年上升，贡献了提高采收率产量的大约十分之一。这些二氧化碳驱油项目在北美主要是位于美国德克萨州西部和新墨西哥州东南部的西德克萨斯盆地（Permian Basin）和位于加拿大萨斯喀彻温省的Weybum油田等。

在二氧化碳提高采收率过程中，高压液态或者超临界的二氧化碳被注入含油的岩层。超临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，使原油膨胀，降低石油的粘性，改善流体的流动性，降低界面张力。较高的注入井压力和原油的膨胀一起驱动原油向生产井流动，从而置换出储藏在岩层中的油气资源。而置换过程的效果取决于油气混合物的相变特性，以及油藏的温度、压力和油气成分。同常规的油田开采技术相比，提高采收率技术难度、复杂性和开采成本更高，因而也有更长的开发周期。

美国CO2-EOR项目现状

美国已经有约3600英里二氧化碳输运管线，每年输送约5000万吨二氧化碳用于提高采收率，增产超过每天28万桶原油。图二显示了美国已投运的大规模自然源和工业源CCS-EOR项目，包括捕集源，输运管线和应用提高采收率油田的地理位置。

位于美国德克萨州西部和新墨西哥州东南部的西德克萨斯盆地是世界上最大的二氧化碳提高采收率油田，同时也成为世界最大的二氧化碳交易市场。全美约有125个二氧化碳提高采收率项目（包括混相气驱和非混相气驱技术），其中的60多个集中在西德克萨斯盆地，每天出产18万桶原油。其中的一些油田已经使用二氧化碳驱油技术长达30年。石油圈原创www.oilsns.com

另外，怀俄明州、堪萨斯州、路易斯安那州、伊利诺伊州也都有这项技术的使用。

除美国本土以外，位于北达科他州的大平原煤制天然气工厂从2000年开始通过长达315千米的二氧化碳输运管线，将每年3百万吨二氧化碳运输到加拿大萨斯喀彻温省的Weyburn 和Midale油田进行提高采收率。与此同时，斯伦贝谢公司的Schlumberger Carbon Service部门还进行了从2000年至2011年长达10年以上的Weyburn-Midale油田二氧化碳埋存监测研究，测量了二氧化碳埋存位置，烟羽迁移和扩散速度等，这也是世界上最大的全规模CCS现场研究。

从二氧化碳的采集源看，主要有Sheep Mountain, McElmo Dome, Bravo Dome, 以及Jackson Dome等四处主要的自然源二氧化碳气田，以及分散在适用二氧化碳驱油地点附近的人为源，如天然气处理和工业过程中的二氧化碳捕集项目。其中自然源CO2仍然是用于EOR项目的主要来源，仅McElmo Dome这一单一二氧化碳气田每年向西德克萨斯盆地供气量2200万吨，几乎相当于所有美国人为源捕集二氧化碳供应量的总和。

美国已投运的大规模CCS-EOR项目现状

上一小节介绍了美国所有使用二氧化碳驱油的油田项目，接下来我们再关注其中使用人为排放源的CCS-EOR项目。根据全球CCS研究院（Global CCS Institute）的定义，大规模CCS-EOR项目是指年捕集、运输和埋存量在80万吨以上的燃煤电厂CCS项目，以及年捕集量40万吨以上的其他工业项目。据统计，截至2016年在美国正在运行的CCS-EOR项目有8个，正在建设调试的2个，另外还有一些处于前期预研阶段。

上表列出了美国已投产的大规模二氧化碳提高采收率项目基本信息。在这些二氧化碳捕集和提高采收率项目中，有4个是在开采的天然气中分离出二氧化碳，而另外4个项目则是从化工过程捕集二氧化碳。比如位于奥克拉荷马州的Enid化肥项目，位于达科他州的大平原煤制天然气项目，位于德克萨斯州的空气化工公司（Air Products）蒸汽天然气重整制氢项目，和堪萨斯州的Coffeyville石油焦气化项目。有趣的是，到目前为止，已投运的大规模CCS-EOR项目中，还没有来自燃煤发电厂的捕集源，而主要来自化工过程。原因主要是在这些化工过程（比如在天然气合成氨，煤制合成气，石油焦制氢）中，二氧化碳的捕集技术更成熟，成本更低。

如前文所述，燃煤发电厂是最大的二氧化碳单一排放源，通过CCS技术，现有的燃煤发电行业可以提供足够的二氧化碳供应。下篇我们将介绍燃煤发电厂的CCS-EOR技术路线和示范项目发展现状，并讨论低油价的市场条件对这一技术的大规模应用带来的新挑战。

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