通过提高石油采收率来增加碳减排力度

时间:2026年1月25日
来源:International Journal of Greenhouse Gas Control

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碳捕集利用与封存-提高采收率(CCUS-EOR)技术作为实现“双碳”目标的关键减排手段,本研究以大庆油田树16区块为对象,构建了涵盖CO₂捕集、运输、注入及驱油封存全链条的碳排放核算模型,通过设定基准情景和边界条件,量化得出2014-2023年累计减排45.5万吨,减排率达59.21%,验证了该技术的减排与增油双重效益,为碳资产核算和碳市场机制设计提供了系统解决方案。

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卢彦军|范千波|韩金轩|杨曼萍|马建国|周大新|朱洪健|邱宇|葛浩然
中国秦皇岛市燕山大学车辆与能源学院,邮编066004

摘要

碳捕获、利用与封存(CCUS-EOR)技术作为实现“碳达峰”和“碳中和”目标的关键碳减排方案,具有广泛的应用前景。以大庆油田的Tree 16区块为例,本研究系统分析了CCUS-EOR项目整个链条中的减排计算与评估方法。通过识别各系统的排放源(二氧化碳捕获、石油置换和储存)、确定设备能耗、设定核算边界和基准排放量,建立了二氧化碳捕获与石油置换储存过程的净碳排放减少计算模型。研究结果表明,2014年至2023年间,Tree 16区块的二氧化碳注入设备累计能耗为25.8万吨,累计净减排量达到45.5万吨,减排率为59.21%。该研究不仅证实了CCUS-EOR技术在减少排放和增加产量方面的双重效益,还为创建“低碳稳定生产”示范区块提供了关键数据支持,有助于争取政策和市场优势,并为CCUS-EOR技术的碳排放减少计算提供了系统化的解决方案。这对推动CCUS-EOR项目融入碳交易市场以及实现二氧化碳驱动的油气田项目的低碳发展具有重要意义。

引言

全球气候变化问题日益严峻,减少温室气体排放已成为国际社会的核心关注点(Bose, D., 2019; Chu et al., 2024; IEA, 2020)。碳排放核算为政策制定者评估减排技术的有效性及制定激励政策提供了重要依据,也为企业参与碳交易市场、获取碳配额或碳信用提供了基础。作为重要的能源生产和消费国,实施节能减排项目符合双重碳目标,是应对气候变暖挑战的关键策略。
CCUS-EOR技术的特点是捕获二氧化碳并将其注入油田以提高石油采收率,同时实现二氧化碳的地质封存。该技术不仅减少了碳排放,还提升了油田的经济效益,体现了环境与经济的双重效益。在CCUS-EOR过程中,捕获、运输和注入作业会消耗大量能源(如电力和燃料),这些能源的使用也会产生碳排放。若不进行适当的核算,可能会高估该技术的减排效果。通过碳排放核算,可以识别出CCUS-EOR技术中最耗能的环节,从而有针对性地进行技术改进或优化。因此,CCUS-EOR技术的碳排放核算不仅证明了其可行性,还是确保项目融资、促进碳信用交易和设计市场机制的关键环节。
作为中国油气行业的领军企业,中国石油天然气集团有限公司和中国石油化工集团有限公司已率先提出到2050年实现碳中和的战略计划。其中,中国石化在2018年设定了明确的减排目标,计划到2023年相比2017年基准年减少1260万吨二氧化碳排放(Liu, S., 2021)。基于在碳排放减少方面的实践经验,中国石化在2023年全国两会期间进一步提出了将CCUS项目纳入国内自愿碳排放交易体系的政策建议(Xu et al., 2024)。
在碳排放核算研究领域,(Hu et al., 2024)系统分析了天然气生产企业的碳排放问题,全面考察了包括勘探、开发、加工和运输在内的各个阶段的排放特征,并建立了覆盖整个产业链的碳排放核算与预测方法,为天然气行业的碳资产管理提供了科学依据。(Liu et al., 2024)从页岩油开采的生命周期角度构建了综合碳排放核算模型,考虑了页岩油开采、加工和利用全过程的碳排放特征,进一步扩展了非常规油气资源碳排放核算的研究范围。(Liu, 2020)在企业层面,基于物料平衡法建立了精确的工艺碳排放核算方法;在行业层面,采用排放类别法和LMDI(对数平均分解指数)模型构建了碳排放减少核算方法,实现了从微观到宏观的多级碳排放核算体系。(Zhang et al., 2024)基于物料平衡法并结合《中国石油和天然气生产企业的温室气体排放核算与报告指南》,构建了油田加热炉的碳排放核算模型。该模型结合碳排放监测数据,通过定性和定量分析,系统识别和评估了碳排放的关键影响因素,为油田设备的减排提供了理论支持。(Wang et al., 2023)在其关于通过二氧化碳注入提高石油采收率的项目中,系统定义了各阶段的核算边界,开发了基准排放和项目排放的计算方法,并建立了 fugitive 和泄漏排放的量化预测模型,这对推动CCUS技术的大规模应用和油气行业的低碳转型具有重要的理论和实践意义。(Liu et al., 2024)基于现有的CCUS项目,结合各工序的能耗、工艺碳排放及泄漏点监测数据,建立了全流程碳排放核算方法,进一步改进了CCUS技术的减排量化体系。CCUS减排的量化和验证是其纳入碳市场或获得国家政策支持的关键技术环节。这一视角凸显了碳排放核算方法在政策实施中的重要性(Zhang et al., 2023)。
然而,在CCUS-EOR项目中,国内外学者对减排机制的核算部分研究较少,缺乏系统的减排计算基础。将用于石油置换和储存的二氧化碳准确转化为碳资产存在困难。为解决这一问题,本研究提出了一种碳排放核算方法,用于计算CCUS-EOR项目的净减排量,并量化项目中的二氧化碳泄漏和储存量。以大庆油田Yushulin 16区块的二氧化碳地下注入与储存过程为例,系统分析了二氧化碳捕获、运输、注入以及石油置换和储存各阶段的碳排放情况。研究结果为该地区二氧化碳 flooding 项目的评估提供了科学依据,对CCUS-EOR技术的碳排放核算方法具有重要的参考价值。

研究区域

研究区域

榆林子油田的构造位置位于松辽盆地中央凹陷区的三岔洼东坡,是一个继承性发育的单斜构造,呈东北向西南倾斜。构造高度差为300米至500米,东北部构造陡峭(倾角2.7°),西南部构造平缓(倾角1.5°)。

基准排放量化

基准是减排项目的环境效益指标,其确定需要结合技术现状、行业实践和政策要求,遵循保守性、代表性和动态性的原则。基准情景是指系统或活动在特定时期内按照传统技术、运行模式和政策条件预期产生的温室气体排放量。

结果与讨论

基于大庆油田Shu 16区块2014年至2023年的生产数据(包括石油产量、注水量、注采设备能耗和二氧化碳注入量等关键参数),遵循“减排量 = 基准排放量 - 项目排放量 - 项目泄漏量”的公式建立了碳排放核算模型。参考了《2019年IPCC国家温室气体清单指南》等文献。

结论

  • (1)
    二氧化碳泄漏包括地表排放、井口泄漏以及井口产生的二氧化碳量。针对不同系统制定了相应的监测方法。由于Shu 16区块的井口密封性能优异,可忽略这一方面的问题。截至2023年,该区块的二氧化碳地表累计排放量

作者贡献声明

卢彦军:资源管理、项目协调、方法论设计、数据整理。范千波:初稿撰写、可视化制作、方法论设计、数据整理。韩金轩:数据调查、资金筹集、数据整理。杨曼萍:数据验证、资源协调、方法论设计。马建国:数据可视化、结果验证、项目监督。周大新:资金筹集、正式分析、数据整理。朱洪健:数据调查。邱宇:数据调查。葛浩然:数据调查。

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