10万吨级CCS及碳封存与矿产资源协同发展模式

——中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司

中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司(以下简称“煤制油公司”)，隶属于国家能源集团投资有限责任公司。公司运营着世界首套、全球唯一的百万吨级煤直接液化生产线、世界首套35万吨/年油渣萃取装置和一条18万吨/年煤间接液化生产线。煤直接液化项目是国家“十五”重点项目之一，是煤炭产业消费转型升级、能源结构调整的有效途径，是煤炭清洁转化利用的重要示范工程，是煤制油化工科技创新的重要转化成果，对保障能源安全具有重大的战略和现实意义。

面对日益变暖的全球气候环境和我国严峻的二氧化碳排放压力，煤制油公司主动担责，积极探索二氧化碳大规模减排的技术手段，研发了煤化工二氧化碳陆上咸水层封存全流程 CCS 成套技术，对促进我国碳减排技术的进步，保障煤化工产业的可持续发展，提升我国气候变化谈判的话语权都具有极为重要的意义。

以煤制油高浓度CO2尾气为碳源，实现了CO2经济捕获。捕集的CO2在满足本项目应用的同时，可以为煤矿灭火、食品等其他行业提供高纯度的CO2。针对示范工程的场地运输条件，优化采用了槽车运输方式，配套形成了压缩、冷却、运输、现场缓存工艺等配套流程，保证了CCS项目平稳运行，捕集成本仅200元/吨。

研究形成了从选址评价到工程建设的地下工程配套技术。发明了裂隙性地层模拟分析技术，配套研究了盆地选址评价，盖层有效性评价、储层可注性评价等选址评价技术，在低渗地区优选出了示范工程场地。创新了CCS地下工程钻完井一体化设计技术，通过取心、测井、测试等技术手段，在建成CCS地下示范工程基础上，全面获取了储盖层相关的各类资料，为生产运行提供了全面的数据。

创新了井筒温度、压力的精确计算模型，结合实际井筒环境与注入速率，优化了注入温度，井口加热能量消耗减少 43%。创新建立了注入与监测数据库，动态记录了注入过程参数与安全参数。研究了盖层安全注入压力，设定了最高控制压力。

首创了陆相超低渗储层规模化实施CCS的地下工程关键技术。长期以来国外虽然低渗储层进行了CCS试验探索，但始终未能实现突破。本项目充分研究了CO2对低渗储层改造作用机理，论证了低渗储层实现CCS的可行性，创新采用了多层统注、分层监测评价技术，结合压裂增渗、系统监测与测试、持续注入等技术的探索与应用，通过持续注入，单层在储层岩心试验渗透率仅0.39mD的条件下实现了单井年注入百万吨注入能力，为我国低渗储层探索了高效注入技术，也为世界CCS技术应用探索了新的领域。

首次建成了系统性的监测评价体系。创建了两口井下监测与地面监测的监测体系，实现了注入CO2在各注入层的扩散运移监测与注入CO2封存安全监测。其中安全监测为工程安全性提供了强有力的基础数据，使本项目运行取得了环境认证，同时也为项目关闭时环境认证创造了条件。扩散运移监测为鄂尔多斯盆地规模化应用CCS技术指明了储层与选址的方向，同时也为其他盆地CCS储盖层优选提供了参考依据。

自主研发了保证CCS地下工程安全的配套技术。研究提出了包括CCS选址安全性评价、地球物理地层完整性详查、安全钻完井、井筒完整性保障、注入控制等系列配套技术。通过系统监测表明，系统运行安全可靠，达到了环评要求。研发了防腐蚀套管、防腐蚀水泥浆、确保固井质量的钻完井配套技术，保证了井筒完整性。创新了盖层有效性保护准则，为压裂选层、压裂工艺控制、注入红线压力控制等提供了依据，保证了注入CO2封存有效性。

煤制油公司建立起了完备的监测系统，对大气、土壤、水化学、地面变形四个方面分四个不同的监测方式，对CO2大量注入后的安全性进行全方位监测，监测方案体现了科学性、系统性与可操作性相结合的原则，并做了许多重要的尝试和探索，展示了各种有价值的监测技术和设备，有力地保障了CCS的安全运行，同时通过监测，也证实了封存的安全性，为同类项目的实施提供了良好的典范。

首次研发了大位移水平井碳封存监测技术，创新了深井多相保真取样系统，集成创新了深井光纤监测系统，解决了上覆矿产资源重叠碳封存有效性实时在线监测问题。构建碳封存储层注入前后岩心分析方法与技术体系。创新了一种线状激发与环状激发结合定期地震采集与解释方法，解决了注入CO2在目的层扩散运移与盖层有效性的监测问题，证实了封存安全性。创新开发了一种保障矿产开采安全的永久封井技术，研发了封井期间对注入层、盖层、水泥环、套管的取样工艺。

解决了CCS项目安全关闭，以及关闭后的持续监测问题，实现了上覆矿产资源的安全开采，同时解决了注入CO2在目的层扩散运移与盖层有效性的监测问题，破解了矿产开发与碳封存协同发展难题，实现了价值二十余亿压覆煤安全开采。

本项目的实施，取得了大量宝贵的科研数据，标志着我国在探索CO2捕集与封存方面取得重大进展，在降低温室气体排放、履行承诺方面已迈出实质性的步伐。

本项目完成后，通过对技术进行的后评估与持续跟踪研究，形成了年注入百万吨规模化实施的技术方案与预可研报告。该项目成功建成并运行，在世界上首次在低渗储层突破了CCS示范工程，不仅为中国找到了可以大量减少CO2的经济技术途径，也为世界CCS应用树立了典范，使CCS应用领域进一步扩大。在中国已成为世界最大的CO2排放国情况下，该项目的成功运行，使得中国提高了减排的话语权，可以为中国经济持续发展争取较好的国际环境。国家发展改革委要求所有大型煤化工项目需要配套建成CCS/CCUS-EOR项目，该项目建成也为我国煤化工发展寻找到了一条较为经济的减少碳排放技术途径，而煤化工项目则可以有效减少我国油气高度对外依存带来的不利影响。