CCUS——我国首个百万吨级CCUS示范项目-齐鲁石化-胜利油田CCUS项目

二氧化碳捕集利

用与封存（CCUS）作为一种大规模的温室气体减排技术，不仅仅是我国化石能源低碳利用的唯一技术选择，保持电力系统灵活性的主要技术手段，而且是钢铁、水泥等难减排行业深度脱碳的可行技术方案，是支撑碳达峰碳中和目标不可或缺的重要技术选择。根据IEA最新数据统计，截至2024年中，全球投产大规模CCUS项目51个（注：大规模项目指能够从工业碳源中捕集二氧化碳的设施，捕集能力不低于 40万吨/年；能够从发电站捕集二氧化碳的设施，捕集能力不低于80万吨/年。），过半数位于北美地区，美国CCUS商业设施数量全球领先，达到20个，加拿大8个；中国高度重视CCUS产业，制定多项相关政策规划推动CCUS技术的发展，截至目前，中国有11个大规模CCUS项目投入运营；欧洲和中东地区也有一些项目，零散的分布于各个国家。全球在建CCUS项目43个，近期和远景规划项目744个（下图）。未来CCUS产业将迎来井喷式增长。

近年来，中国CCUS技术和示范取得长足发展。首个百万吨级CCUS项目⸺齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS项目正式注气运行；包钢集团拟建成钢铁行业200万吨CCUS全产业链示范工程，目前一期50万吨示范项目正在开工建设。截至2024年11月底，我国目前在运营、在建和规划的商业CCUS（包括CCU/CCS/CCUS/其他碳消纳）的项目共30个，其中，已投入运营和在建的项目16个（在运营的11个，在建5个），正在规划建设的项目14个。

2024年5月，由国家能源局主办的能源绿色低碳转型典型案例发布及技术交流会在北京召开，会议发布典型案例和《能源绿色低碳转型典型案例汇编》，中国石化齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）项目成功入选。

一、项目基本情况

齐鲁石化-胜利油田CCUS项目是我国首个百万吨级CCUS项目，该项目将齐鲁石化生产过程中产生的二氧化碳捕集后输送至胜利油田注入地层封存并驱油，既降碳减排又驱油增产。

中石化旗下齐鲁石化第二化肥厂煤制气装置的二氧化碳尾气，是该项目的原料气。该项目采用中压法低温液化提纯工艺，获得浓度99%以上的液态二氧化碳。提纯后的液态二氧化碳输送到中石化胜利油田，全密闭流程注入井下进行驱油。同时，二氧化碳通过置换油气、溶解与矿化作用实现地下封存。

2013年6月9日，G89-1和F142区块进行了CO₂高压混相驱先导试验；2021年6月11日，齐鲁胜利油田CCUS项目编制完成，包括油藏工程、地面工程、注采工程、监测工程；2021年7月5日，中国石化开始建设中国首个百万吨催化裂化装置项目：齐鲁胜利油田催化裂化装置；2022年4月4日，齐鲁石化百万吨CCUS项目开始试运行。2022年8月25日，CCUS示范工程全面建成投产，运行良好。

截至2024年11月底，累计注入封存二氧化碳150余万吨，平均单井产量提升36.8%。

二、二氧化碳捕获

碳捕集环节的成本主要来自捕集装置的能耗，碳捕集装置的能耗越低，成本就越低。另一方面，二氧化碳浓度越高，同等技术条件下能耗相对更低。中石化齐鲁石化第二化肥厂煤气化装置排放的二氧化碳尾气量大且浓度高达90%，符合高效率低能耗捕集的先决条件。

该项目最初捕获煤气化的废气排放；捕获的废气需要进行进一步处理，包括冷却、脱水、液化和使用蒸馏塔进行纯化，纯化形成液态CO₂，纯度＞99%。

低温蒸馏：丙烯制冷，-23℃，压力，2MPa。低能耗：余热利用、能量回收和气体分离压力优化，能耗降低10%。捕集成本降低40%。

三、二氧化碳储运

项目初期通过汽车拉运二氧化碳，成本较高。2023年7月11日，项目配套工程——我国首条百公里级二氧化碳输送管道建成投运。宝山钢铁股份有限公司、衡阳华菱钢管有限公司等为该项目批量供应管线管，助力我国首次实现二氧化碳长距离密相管输，为减少碳排放、推动绿色发展作出积极贡献。

该管道是我国首条百万吨、百公里高压常温密相二氧化碳输送管道，全长109km，整体为南北向，起自齐鲁石化首站，终至高青末站，后经支线输往各注入站。每年可将中国石化齐鲁石油化工公司生产捕集的170万t二氧化碳输送到胜利油田的地下油藏进行驱油封存。

与油品管道相比，二氧化碳管道的安全输送、设计施工、特殊措施难度更高。国内没有二氧化碳高压常温密相输送的先例，为了防止二氧化碳泄漏后造成低温伤害，管线需要埋在2m的地下。同时，为防止低温带来的土壤冻胀和环境损害问题，该项目选择常温液态输送工艺，需要保持足够的压力。因此，该管道首次使用了具有自主知识产权的国内首台套大排量增压泵，压力高达12MPa，同类型的燃气管道仅需要0.7MPa。该管道的投运对推动我国二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）全产业链规模化发展具有里程碑意义。

四、二氧化碳驱油与封存

在输入和封存阶段，二氧化碳驱油的CCUS项目要提高封存率和采收率，就必须全过程密闭。在注入端，要解决液态二氧化碳易气化外排，以及多井同时注入计量分配难度大的难题。在采出端，胜利油田实施了采出气液全程密闭集输与处理工艺，采出气分水后输送至回注站，直接增压回注至地层进行二次驱油与封存，

1.CO₂封存

捕集到的CO₂封存在济阳盆地G89和F142区块。该区块占地48km²，地质储量为25.62 mts，深度3000-3500m，薄层，渗透率低（<5mD），非均质性强，地下粘度<3cP。

2.CO₂驱油

该地区共有73口注入井和166口生产井，预计石油产量为35万吨/年，预期EOR提高11.6%，石油产量增加297万吨。

进行CO₂高压混相驱，建立高压驱油系统，提高混相性，扩大波及效率30%以上，大大提高采收率（>8%）和CO₂封存量。注入优化：气水交替技术：动态气水比，解决气窜问题。初始注入气为0.1PV，1PV后变为0.05PV。扫气效率提高14%，采油率提高11%。

胜利油田自主研发的“二氧化碳高压混相驱”核心技术，已在20个区块累计注入二氧化碳64万吨，封存50多万吨，增油10多万吨。整个齐鲁胜利CCUS项目计划将覆盖特低渗透油藏储量2500多万吨，共部署73口注入井，预计15年累计注入1000余万吨二氧化碳。

采出气回注技术：该技术包括预处理、低温液化分离和低温液体CO₂回注。采出气回注地层，CO₂动态封存率>90%。

有15个新的注入厂，配备橇装设备和区域信息中心；有东/西2个区域集油中心，封闭式采出气与液体收集和处理系统；采出气被加压并重新注入地层。

图10 CO₂注气系统（图片来源：中国石化，希睿德CDRAD整理）

图11 集油系统（图片来源：中国石化，希睿德CDRAD整理）

图12 回注系统（图片来源：中国石化，希睿德CDRAD整理）

五、监测工程

为评估地质安全性，需要对断层和盖层封闭能力进行评估；为了评估井筒完整性，需要对注采井和水泥环进行评估；为评估环境风险，需要对空气、土壤和水进行实时监测。

1.断层和盖层评估

基于多场耦合仿真实现压力场和应力场的动态跟踪。根据应力莫尔圆对断层和盖层稳定性进行了评价。

图14 断层和盖层评估（图片来源：中国石化，希睿德CDRAD整理）

2.井筒完整性评估

通过“40臂成像+电磁探伤”对套管状况进行定量评估。

3.环境监测

构建了全时空CO₂、安全监测和预警的集成技术。

六、项目效果

中国石化启动了中国首个百万吨级CCUS项目每年可减排CO₂为100×10⁴t，相当于植树近900×10⁴棵，注入低渗透油藏，预计提高采收率11.6%。

每日注入量为1200-2000吨，共注入47万吨CO₂。石油日产量为302吨，新增石油产量为26500吨。例如Fan 142-20，采油速度从8吨/天增加到40吨/天。运营成本为35美元/桶，平衡油价为65美元/桶。

图17 油井生产能力（图片来源：中国石化，希睿德CDRAD整理）

项目的成功投产，标志着我国CCUS产业开始进入成熟的商业化运营阶段，在碳减排挑战与碳利用机遇并存的形势下，这样一场双向奔赴的低碳之约，带给后来者更多的思考与借鉴。