克拉玛依融媒记者 王雨萱 通讯员 廖涛 宋学华 吴燕 张海帆 高迎春
7月22日，戈壁热浪翻涌，八区530井区二氧化碳驱先导试验区内，一条条银色管道如“长龙”俯卧大地。管内奔涌的并非甘泉，而是昔日令人头疼的工业“废气”——从电厂烟气、炼厂尾气中捕获的二氧化碳。如今，这些曾被视为负担的气体成了“地下金矿”，正穿越茫茫戈壁，被注入数千米深的油层。
科研人员在二氧化碳混相驱先导试验站讨论站内腐蚀监测方案。[图片由新疆油田公司采油工艺研究院（监理公司）提供]
然而，这条连接排放源与地下封存库的“碳路”，每一步都踏在技术攻坚的荆棘丛中。如何低成本“捕捉”碳？如何建造安全高效的“地下碳轨”实现大规模输送？新疆油田公司采油工艺研究院（监理公司）（以下简称为“采油院”）地面工程研究所的工程师们，正是这条特殊“碳路”的先锋规划师、精密调度员与难题破解者，在戈壁深处打响了一场场无声却关键的技术攻坚战。
药剂革新降能耗
碳捕成本再压缩
在CCUS（碳捕集、利用与封存）技术链条中，地面工程承担着核心任务：将二氧化碳从工业排放源中分离，再安全、高效地运输至利用点或注入点，最终将其永久封存于地下地质构造中。
要让CCUS技术真正打通“高速路”，需突破两大核心瓶颈：捕集环节的高成本与运输环节（尤其是管道输送）的规模化难题。而让二氧化碳“上车”的第一步，便是低成本“抓”住它。
CCUS团队成员在二氧化碳混相驱先导试验站调研站内工艺流程。[图片由新疆油田公司采油工艺研究院（监理公司）提供]
“碳价是关键，低浓度碳捕集成本高达500元/吨，这样算下来会亏损。”采油院地面工程研究所高级工程师吴燕坦言。为保证收益，团队将突破口锁定在碳捕集的药剂与工艺上。
燃煤电厂排放的烟气是重要碳源，但浓度低，传统捕集如同“大网捞小鱼”，能耗高、成本贵。2023年起，团队依托风城燃煤流化床锅炉烟气捕集中试试验，攻坚低浓度碳捕集技术，研发出新型两相吸收剂，并耦合多种节能工艺。
2024年5月，新型“捕碳药水”研发成功，目前已迭代至3.0版本，“它就像给捕集装置换了更高效的‘过滤网’和更省电的‘引擎’——捕集效率高，释放二氧化碳时所需热量低，且不易降解、腐蚀性弱。” 吴燕解释，新型药剂在提升效率的同时，能降低再生能耗，直接压缩成本。
节能工艺的创新则体现在对系统温差的深度利用，即“温差驱动，热尽其用”。团队综合采用了级间冷却、富液分级流以及废热回收等多种节能技术，最大化回收流程中不同温度区间的热量。实践显示，与未采用节能工艺的流程相比，再生能耗降低15%。
目前，这套系统已应用于264万千瓦新能源及配套煤电碳捕集一体化项目（简称“煤电联营”项目）（一期）碳捕集工程设计。待百万吨级碳捕集项目建成后，可为油田节省外购碳成本数亿元。
罐车运输成本高
管道输送破瓶颈
碳成功“抓”到了，如何运到油区？
目前，新疆油田运输二氧化碳的主要方式仍是罐车拉运。“东碳西运三四百公里，仅运费就要增加300-400元/吨。”采油院地面工程研究所工程师张海帆算了一笔账。
面对规模化发展的运输瓶颈，团队把希望寄托于未来的“碳高铁”——超临界二氧化碳输送管道。
“国内二氧化碳管道技术尚处探索期。超临界二氧化碳投产运行经验不足、缺乏管道安全放空控制方案、未形成统一的安全输送标准。” 张海帆坦言，没有现成经验可借鉴，便自己闯。
CCUS团队成员在办公室讨论超临界二氧化碳管输优化方案。[图片由新疆油田公司采油工艺研究院（监理公司）提供]
团队反复模拟管道“停输再启动”“放空”“泄露扩散”等复杂工况，为管道设计、施工和运维积累核心数据。经过上百次模拟与环道试验平台验证后，该研究成果成功应用于《新疆油田千万吨级 CCUS/CCS 发展规划》部署的环准噶尔盆地近千公里二氧化碳管网首条管道——“煤电电厂至百口泉二氧化碳管道”项目设计方案中。
“超临界状态下的二氧化碳像被压成了‘液态水银’，密度大、流动快，既能确保高流量，又能降低管输能耗。”张海帆说，管道一旦建成投用，管道输送成本有望降至罐车输送的1/3到1/4，为规模化运输扫清障碍。
高压深注破岩阻
“量体裁衣”提采收
将二氧化碳注入数千米深的目标油藏，是解锁其驱油与封存价值的关键。
“注入远不是接根管子打进去那么简单”采油院地面工程研究所高级工程师宋学华强调，要实现目标采收率，油藏需要达到混相状态，这要求地面工程提供足够高的注入压力，需要大功率的高压泵组持续工作，能耗和设备的可靠性都是考验。
更复杂的是，不同油田作业区的油藏渗透率、孔隙结构、流体性质差异显著，必须“量体裁衣”。
“我们基于精细三维地质建模和油藏数值模拟参数，为每个区块甚至单井‘定制’注入方案。”宋学华说，目标是让二氧化碳成为“智能钥匙”，优先进入含水高、残余油富集的低渗透区域，既最大限度提高石油采收率，又确保其在目标储层内均匀扩散，为后续长期封存奠定基础。
2023年1月，团队提出“液态二氧化碳多泵集中增压、单干管单井配注”工艺，建立起完善的二氧化碳驱地面工程注入体系。“这套注入系统在八区530井区应用后，集中增压效率提升、能耗降低5%，为区块高效注碳与原油增产筑牢了根基。”宋学华说。
“黑色奶昔”难计量
技术创新斩难题
大规模注入二氧化碳后，地面工程又面临新挑战：采出液中二氧化碳含量骤升且波动剧烈。
“高浓度二氧化碳会形成强腐蚀性碳酸，实验显示，常规碳钢管线、储罐不到半年就会被腐蚀穿孔。”地面工程研究所高级工程师廖涛说。
更棘手的是采出液的形态——二氧化碳注入地下与原油“亲密接触”发挥驱油作用后，会产生一种被称为“泡沫油”的粘稠混合物。“我们现场叫它‘黑色奶昔’。”廖涛介绍，这种泡沫状态能保持两小时不消散，液体里混着大量气泡，导致传统计量方法误差超过15%，根本没法准确统计产油量和采气量。
为保护油田处理系统，团队确立“一除一站”核心策略：在油井产物流向大型处理站的集输前端，建设“二氧化碳预处理站”。“目标很明确，在集输前端就把二氧化碳这个‘危险分子’剔除，绝不让它进入后端。”廖涛强调。
面对“黑色奶昔”导致的计量失真，团队创新研发出“压差式管组计量”技术。实验室测试表明，这项技术能将传统方法计量泡沫油的误差从15-30%大幅降低至10%以下。
“目前该技术已在室内实验成功，正在研制计量橇样机，计划进入油区进行现场试验”廖涛介绍，“如果试验成功，将在一定范围内取代常规的原油计量工艺，不仅可以降低计量投资，还能提升计量精度，为二氧化碳驱‘一井一策’的精细化管理提供准确数据”。
此外，针对“黑色奶昔”分离难题，团队正开发新型高效分离器。“内部设计独特的挡板、波纹板和扰流结构，相当于给分离器装上了强力‘破泡器’和高速‘离心机’，像打蛋器一样打碎顽固泡沫。”廖涛介绍，目前新型分离器对“黑色奶昔”的分离效率已稳定在85%以上，全面推广后，将大幅减少腐蚀危害，降低设备维护成本，也为捕集的二氧化碳循环再利用扫清障碍。
近年来，新疆油田锚定千万吨CCUS规划目标，为国家“双碳”目标的实现持续探索坚实路径。从2019年八区530二氧化碳驱先导试验区的破冰，到2024年注碳50万吨位列中石油首位，新疆油田不仅奠定了全国最大注碳规模CCUS油田之一的地位，更在中石油“四大六小”战略版图上，刻下了属于新疆的坚实印记。这条戈壁深处的“碳路”，正以技术突破为笔，书写着绿色发展的新篇章。
