提高石油采收率:如何通过碳捕获与封存赚钱

美国石油行业使用二氧化碳将更多石油从油藏中泵出已有 36 年的历史——同时在此过程中永久存储了一些二氧化碳


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编者注:这是关于碳捕获与封存的五个专题系列中的第四篇,从 2009 年 4 月 6 日到 4 月 10 日每日发布。

斯卡里地区峡谷礁运营商委员会油田,更广为人知的名称是SACROC,位于得克萨斯州斯奈德附近,自 1972 年以来已吞噬了 1.4 亿公吨液态二氧化碳(CO2)——其中 8000 万公吨被永久封存在油藏中。泵入所有二氧化碳意味着可以泵出更多的石油。

36 年来,丹伯里资源公司和金德摩根公司等石油服务公司已将二氧化碳从科罗拉多州的天然储藏层输送到西得克萨斯州二叠纪盆地日渐衰竭的油田。

美国至少有 100 个像 SACROC 这样的项目和 3,100 英里(5,000 公里)的二氧化碳管道。据金德摩根公司二氧化碳总裁、石油工程师 R. Tim Bradley 称,自 20 世纪 70 年代以来,各公司总共注入了约 10.8 万亿立方英尺的温室气体,以将油田产量提高约每天 65 万桶——超过美国日产量的 10%。

就碳捕获与封存(CCS)而言,最重要的是,北达科他州的大平原合成燃料厂自 2000 年以来每年已向萨斯喀彻温省的韦本油田泵送多达 200 万公吨的二氧化碳。

总部位于波士顿的环保组织清洁空气工作组的碳存储开发协调员库尔特·沃尔泽指出:“达科他州气化项目正在生产合成气,并从该过程中获取二氧化碳,然后将其通过管道输送到韦本油田。实际上,你已经演示了碳捕获与封存项目的所有组成部分。”

在所有这些项目中,二氧化碳基本上从油田中冲刷出更多的碳氢化合物。当注入到油藏中时,它与石油混合,并调动更多的石油——就像松节油清洁油漆一样——然后使其可以泵到地表。

使用二氧化碳来提取更多的化石燃料——同时在此过程中永久存储一部分二氧化碳——可能听起来与限制气候变化适得其反,因为这些燃料燃烧时会向大气中排放更多的二氧化碳。但是,丹伯里公司负责油藏工程的高级副总裁、石油工程师罗纳德·埃文斯计算,它可以将总体排放量至少减少 24%:每回收一桶石油最终会向大气中排放 0.42 公吨的二氧化碳,而注入地下回收它的二氧化碳量为 0.52 至 0.64 公吨。事实上,金德摩根公司的布拉德利估计,如果操作得当,美国提高石油采收率可以将二氧化碳排放量减少 4%。

与碳封存相关的最大恐惧通常是,被困的二氧化碳可能会突然逃逸到地面,造成致命的后果,就像 1986 年喀麦隆尼奥斯湖发生的那样。那个火山湖在其寒冷的深处自然积累了 200 万公吨的二氧化碳;一天晚上,它自发地排放出来,取代了含氧的空气,使 1000 多名附近的村民窒息而死。

然而,在商业上使用二氧化碳进行提高石油采收率的三十年中,没有发生过危险的泄漏。泄漏和破裂的注入井中的二氧化碳总是会迅速扩散,不会构成威胁。

例如,1936 年,犹他州的勘探者在钻探天然气时意外地制造了一个二氧化碳间歇泉。随着压力的增加,它仍然每天喷发几次,但据斯坦福大学全球气候和能源项目主任、水文学家莎莉·本森说,“它非常安全,它是一个旅游景点,而不是风险”。事实上,根据劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的建模,空气中二氧化碳的浓度必须达到 10% 以上才能构成危险,这很难实现。

LLNL 碳管理项目负责人胡里奥·弗里德曼解释说,原因是火山湖喷出的二氧化碳与井口或渗入地下室的气体逃逸的情况截然不同。在尼奥斯湖,二氧化碳的突然释放导致危险的浓度聚集在低洼的周围地区。从井口或裂缝中逸出的加压气体只是迅速与大气混合,不会构成危险,就像使用灭火器并不危险一样。在空气混合极少的情况下,例如缓慢泄漏到地下室,只需安装传感器和风扇即可消除该问题,就像当今意大利和匈牙利天然二氧化碳渗漏附近的公寓楼一样。

最大的风险来自井口本身的泄漏:根据 LLNL 的数据,每 12,000 口注入井中就有一口发生泄漏。而且,与重新粘合的花瓶类似,井口会提供裂缝,而新的破裂最有可能在那里形成,特别是如果二氧化碳的注入速度过快且地下深处积聚了过多的压力。

但是,大多数井口似乎都能保持完好。例如,根据正在进行测试的奥斯汀德克萨斯大学的地质学家苏珊·霍沃卡说,在密西西比州克兰菲尔德附近于 1944 年钻探的油井并未对注入二氧化碳产生的额外压力做出反应。她说:“我想祝贺那些钻这些井的工人,因为它们似乎能够很好地承受压力。”

在日本的一个示范项目中,即使发生 6.8 级地震也没有将注入深层盐水含水层的二氧化碳震松;井口丝毫没有泄漏。弗里德曼说,大地震可能会导致泄漏,但在许多情况下不会。

根据 1974 年的《安全饮用水法案》,美国环境保护署 (EPA) 目前正在制定新措施来监管用于二氧化碳注入的井——根据 EPA 饮用水保护部门负责人斯蒂芬·希尔的说法,最终规则将于 2011 年通过,以保护地下水资源免受地下二氧化碳的侵害。希尔说:“那里有 80 万口井注入几乎所有可以想象的东西。我们认为这项技术已经成熟,我们可以安全地向前发展。”

尽管如此,环保基金会气候和空气项目业务合作部驻纽约董事总经理马克·布朗斯坦警告说:“第一个做得不好的碳捕获与封存项目将是最后一个碳捕获与封存项目。在这方面,它与核电非常相似。”

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