碳达峰、碳中和已经是一条既定的路线。中国石油也给自己定了一道时间表:2035年外供绿色零碳能源超过自身消耗的化石能源。
对大多数油田来说,这条路虽然难走,但至少还可以通过建新能源电站、电动钻机、智能间抽等措施,一点点把碳挤出去。
但稠油是个例外。中国石油相关研究显示,热采稠油以不到8%的产量,贡献了超过30%的油气上游碳排放量。
所以,当新疆油田近日宣布,一座装满压裂石英砂的橇装装置在重油九8区累计产出3000立方米高温过热蒸汽时,这件事的分量就不只是一次技术试验了。
它是国内首次用固体颗粒储热技术驱动稠油热采,更是那块最难啃的骨头上,被凿出的第一道裂缝。
01
稠油,到了必须降碳的时候
在新疆油田,稠油产量仅占原油总产量的三成,天然气等能源消耗却占到了总能耗的80%。说白了,稠油开采就是靠烧一种能源去开采另一种能源。
这主要是因为稠油黏度极高。
普通轻质原油的黏度只有几个毫帕·秒,像水一样可以自由流动;而稠油的黏度动辄几千、几万甚至几十万毫帕·秒,更接近蜂蜜或者沥青。这种黏度下,原油其实是趴在地层孔隙里,靠常规抽油根本采不出来。
好在稠油对温度极其敏感,升温可以显著降低黏度。加热之后,原本凝固的石油才会开始流动。
所以石油人只能把天然气或煤炭送进锅炉,烧出高温高压蒸汽灌入地下,把凝固的石油烫热再抽上来。
这个过程中就本身需要持续消耗大量能源。这就使得单位原油生产对应的能源消耗和碳排放显著高于普通油藏。
辽河油田也有相似的情况,热采产量占全油田产量的50%以上,能耗却占到了81%。
这就意味着当油田开始绿色转型,稠油区就是那块最难啃的骨头。降碳,这里降不动。节能,这里也耗不起。
新疆油田的困境更具体。
新疆本身是冬季天然气保供的重点区域,工业用气和民生用气需要统筹平衡。
与此同时,新疆风光资源丰富,绿电装机增长很快,新疆油田定了年度3.5亿千瓦时的绿电消纳目标。
稠油热采本是最理想的消纳场景,可它偏偏只能烧天然气才能稳定运转。
一边是绿电富余需要消纳,一边是天然气紧张需要替代,两边都在挤压,中间却隔着一道技术鸿沟。
面对资源劣质化、油田老龄化、生产能耗高、清洁替代成本高这四大挑战,转型压力可想而知。
目前,新疆油田已牵头承担国家科技重大专项“低碳零碳油气田示范”,联合15家高校、科研院所及企业开展技术攻关,项目计划于2030年前完成。稠油低碳油田技术集成示范正是其中一个课题。
当烧气采油同时撞上天然气保供压力、碳排放天花板和绿电消纳三座大山,稠油转型已经从能不能做的选择题,变成了不做就过不了关的生存题。
02
沙子变成热电池
新疆油田这次搞了一套新装置。装置里装的是石英砂。
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图片来源:克拉玛依网
工作的时候,用风电、光伏发的电通过电磁加热,把砂子烧得滚烫。烧热的砂子连续流动,把热量输送到换热器。在换热器里,滚烫的砂子把水变成高温高压蒸汽,灌入地下烫热稠油,油流动了就能抽上来。
石英砂在这里相当于一块热电池。
可能有人会说,这个流程环节过于复杂,每个环节都有能量损耗,为什么不直接用电锅炉产蒸汽,非得先把热量存进沙子里。
这就触及了新能源与工业生产之间最深的矛盾。
风光发电看天吃饭,但稠油热采对蒸汽的要求是连续稳定,一刻不能停。一旦供汽中断,地下蒸汽腔温度骤降,腔体塌陷,前期注入的巨额热量全部散失,重新启动成本极高。
如果电磁直接加热产汽,没有储热缓冲,就等于是把稠油生产的生命线交给了天气,这在工程上根本不可接受。
而且电磁直接加热蒸汽的设备主要用于二次加热,把饱和蒸汽再加热成过热蒸汽,而不是从零开始把水烧成蒸汽。从零开始大规模产汽,功率冲击太大,对电网稳定性和设备运行提出更高要求。设备频繁启停,寿命也会大幅缩短。
固体颗粒储热的价值就在这里。风光大发时,电磁加热全力运行,把热量存入高温石英砂。风光不足时,高温石英砂通过换热器持续放热产汽,保证蒸汽供应不中断。
更关键的是形态创新。
这套装置是100千瓦橇装式设计,像集装箱一样可以吊装运输,哪里需要就搬到哪里。传统燃气锅炉体积庞大、固定安装,无法跟随井场迁移。很多稠油井采不了多久就得换地方,可移动性直接解决了跟井走的需求。
此前新疆油田投用的清洁替代技术,无论是110千伏固体蓄热式电注汽锅炉,还是塔式光热项目,都是大型固定式设备。固体颗粒储热补上了分散井场移动式清洁供汽这块空白。
03
200亿吨稠油开采,有了新可能
新疆油田这次试验,意义远超一口井。
相关研究显示,我国稠油资源规模约198亿吨,在全球稠油资源中占有重要地位,已在12个盆地发现几十个稠油油田。
这些油田大多有个共性,井场分散,单井作业周期短,采不了多久就得挪地方。
过去的主力清洁技术,都是为大场面设计的。
塔式光热是零碳前锋,新疆风城油田的全球首个超稠油光热项目,年产5.2万吨零碳蒸汽,替代天然气392万立方米;110千伏固体蓄热式电注汽锅炉是绿色中心,年供汽16万吨,替代天然气1300万方;辽河油田还有世界首座电热熔盐储能注汽站。
这些设备个头大,都是集中式的,本来就是给固定井场用的,无法适配分散的小井场。
固体颗粒储热补上了这个缺口。它像集装箱一样能拉着走,哪里需要搬哪里,让主力技术够不到的分散井场终于有了清洁供汽的方案。
实际上,通过这件事还可以看到的是,稠油油田的角色正在发生转变。这为油田探索自产绿电、储热供能、支撑生产的能源协同模式提供了一种可能。
当然,100千瓦的橇装试验只是起步。从百千瓦到兆瓦级,颗粒磨损、换热器耐久性、全生命周期成本等都需要验证。
但行业发展的大趋势已经很明朗了。零碳油田的建设目标像一根鞭子,倒逼着石油人不断创造出更新的技术。
固体颗粒储热这类创新,看似只是换了个产气方式,实际上是在改变延续了几十年的开采逻辑。而它瞄准的,恰恰是油田绿色转型中最难的一环。
未来,随着新能源成本下降、储能技术进步以及油气企业持续推进绿色低碳生产,类似探索可能会在更多高耗能生产场景中出现。
但无论技术路线如何变化,能源转型最终要落到生产现场的基本判断不会改变。
当戈壁滩上的风机能为地下的稠油供热,200亿吨凝固的石油也等来了新的流动方式。
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