中国成为第四个开展二氧化碳海底封存的国家
作者:高慧
中国石油集团经济技术研究院(ETRI)
石油科技研究所
2021年8月28日,中海油宣布在珠江口盆地开始示范中国首个二氧化碳海底封存项目,每年可封存二氧化碳30万吨,累计可封存二氧化碳146万吨以上,将在CCS技术方法适用范围、封存效率损失、运行成本、泄露风险等方面提供经验。我国成为继挪威、巴西、澳大利亚之后第四个开展二氧化碳海底封存的国家。海洋碳库由于容量远大于陆地碳库、大气碳库而受到越来越多的关注,许多国家开展了针对二氧化碳海底封存的研究和实践。
一、中海油珠江口盆地二氧化碳海底封存项目概况
中海油珠江口盆地二氧化碳海底封存项目在深圳以南200公里海域,平均水深约800米,是恩平15-1油田开发的配套环保项目。恩平15-1油田是我国南海首个高含二氧化碳油田,在油田开发过程中对石油伴生的二氧化碳进行捕集、处理后再回注到海底进行封存,在提高原油采收率的同时实现二氧化碳减排,有利于海上油田的绿色低碳开发。
油田群开发伴生的二氧化碳被封存到咸水层中,该咸水层具有穹顶式结构,并覆盖有较厚的泥质保护层,注入的二氧化碳被封到穹顶之下可有效防止气体逸出。恩平15-1油田如果按照常规方式开发,伴生的二氧化碳将排入大气。中海油自主研制的海上平台二氧化碳捕集、处理、注入、封存、监测全套技术和装备体系填补了我国二氧化碳海底封存技术的空白,对海上油气田的绿色开发具有重要的示范意义。该工程实施后,高峰年可封存二氧化碳30万吨以上,累计可封存146万吨以上。
二、二氧化碳海底封存的优势和风险
1、优势
海底地质结构是陆地地质结构的延伸,二氧化碳地质封存同样适用于海底。海底封存由于远离蓄水层,除岩石盖层外,表层有海水的压力和阻隔,局部风险大幅降低。海底地质封存的最大优势在于海水层的存在。海水层的覆盖可形成稳定的高压、低温环境,使封存的二氧化碳具有更高的稳定性,降低了泄露的风险和对盖层封闭性的要求。海水与近表层地层水不断的交换作用减弱了表层未固结沉积物中断层和裂隙的发育程度,并使表层沉积物处于饱和状态,减少了二氧化碳的逃逸通道。海底底层中的孔隙流体与海水的化学组成较为接近,可以间接简化海底地质封存的压力管理过程。
2、风险
二氧化碳海底封存后一旦发生渗漏,可能造成对沉积环境的改变以及局部海洋酸化的风险,因此受到争议。在实验室模拟二氧化碳渗漏条件下,海水的酸度可在短时间内降到pH值6以下,海洋敏感生物的生长和生理功能可受到抑制,较长时间的渗漏可引起实验生物死亡。二氧化碳生态敏感区包括封存地附近的重要海洋渔场、珊瑚生态系统、海水增养殖区和海洋保护区等。
三、二氧化碳海底封存实践进展
长期以来,世界上开展二氧化碳海底封存技术研究的国家主要是欧美国家。挪威、巴西、澳大利亚已开展项目实践。
挪威Equinor公司的Sleipner油田CCS项目是二氧化碳海底地质封存运行时间最长、最为成熟的案例。该项目从1996年8月开始运行,其二氧化碳来自天然气伴生,目前注入量可达到100万吨/年。2016年,Equinor公司联合挪威科技工业研究院、美国伊利诺伊大学、IEA温室气体研发项目发起成立了二氧化碳封存数据联盟,期望通过开放的数据和知识交流推动技术创新,共享先驱性二氧化碳封存项目的参考数据,并尽量减少与封存有关的不确定性。2020年1月,二氧化碳封存数据共享网站上线。
中国学者在二氧化碳海底封存方面也开展了研究,肯定了二氧化碳海底封存的潜力和可行性,提出了“陆上实验、海底封存”的观点,认为海洋封存具有陆上封存不可比拟的优势。
2007年,《〈防止倾倒固体废物及其他物质污染海洋的公约〉1996年议定书》附件一修正案正式对我国生效,首次将二氧化碳纳入允许海洋倾倒的范畴,赋予了我国二氧化碳海底封存的权利,增加了我国的二氧化碳减排潜力。
国家海洋局作为我国海洋主管部门,在海底二氧化碳封存的技术和管理方面密切跟踪国际前沿,并于2008年开始开展了“中国二氧化碳海底封存能力评估与风险控制技术预研究”工作,通过开展沿海地区二氧化碳大型固定排放源调查、二氧化碳海底储存区域及容量研究、海底封存泄露风险评估等工作,为我国实施二氧化碳海底封存提供决策依据和技术储备。
四、我国近海盆地二氧化碳海底封存的适宜性
国际上已基本形成共识的二氧化碳海底封存适宜性评估指标通常包括三级指标体系。第一级为决定性指标,包含深度、储盖组合、压力状态和合法性;第二级为必要指标,包含盆地类型、地震活动性、断裂密度、水文条件、表面积;第三级为理想指标,包含是否位于褶皱带、气候条件、地热条件、油气资源、煤层发育条件等。
国家海洋局“中国二氧化碳海底封存能力评估与风险控制技术预研究”项目对我国近海11个大型沉积盆地的封存适宜性和封存潜力进行了初步评估,结果表明大部分近海盆地均具有较好的封存适宜性。渤海盆地、北黄海盆地、南黄海盆地、东海陆架盆地、台西盆地、台西南盆地、珠江口盆地、北部湾盆地、琼东南盆地、南海中南部诸盆地均具备封存适宜性。莺歌海盆地由于压力状态不满足决定性指标要求,冲绳海槽盆地由于储盖组合不满足决定性指标要求,不具备封存适宜性。具备封存适宜性的近海盆地附近,大多有重要的海洋渔场、珊瑚生态系统、海水增养殖区和海洋保护区等敏感区。
渤海盆地的封存可操作性较高,相关技术条件最成熟,是开展试验性封存的优选盆地;珠江口盆地具有远大于广东省二氧化碳集中排放量的理论容量,与海岸线距离较近,盖层条件较好,储层渗透性好,其北部水深小于200米,为大规模封存提供了较好的应用前景。
未来,我国开展二氧化碳海底封存还需要进一步完善关相法律法规和产业政策、加强科研投入和项目示范。