趙改善

(中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103)

近年來,全球氣候變暖問題的治理成為全世界的焦點(diǎn)議題,“碳達(dá)峰、碳中和”成為熱門概念和話題,氣候變化應(yīng)對(duì)問題更成為世界各國合作和對(duì)抗的重要博弈工具和紐帶。為應(yīng)對(duì)氣候變化,世界各國政府發(fā)布了相應(yīng)的法律、政策和行動(dòng)計(jì)劃,這將對(duì)未來世界經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響,人類社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展將面臨新的變革,綠色低碳發(fā)展成為時(shí)代主題,也將對(duì)能源等諸多行業(yè)的生存和發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)多年來連續(xù)發(fā)表氣候變化評(píng)估報(bào)告,最新報(bào)告確認(rèn)了以下主要結(jié)論[1]:全球變暖是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí),人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放對(duì)于氣候變化貢獻(xiàn)最大,工業(yè)革命以來全球地表平均溫度升高1.1～1.2℃,人類貢獻(xiàn)0.5～1.3℃,而自然界貢獻(xiàn)僅為-0.1～0.1℃。從未來20年預(yù)測(cè)平均溫度變化來看,全球溫升預(yù)計(jì)將達(dá)到或超過1.5℃。除非立即、迅速和大規(guī)模地減少溫室氣體排放,否則將升溫限制在接近1.5℃甚至是2℃將無法實(shí)現(xiàn)。IPCC報(bào)告還確認(rèn)了累積人為二氧化碳排放和由其導(dǎo)致的全球變暖之間存在準(zhǔn)線性關(guān)系,每萬億噸累積二氧化碳排放能夠使全球表面溫度升高0.27～0.63℃。

人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放導(dǎo)致全球變暖,已經(jīng)成為世界科技界和各國政府的共識(shí),因此國際社會(huì)多年來一直在努力推動(dòng)全球氣候變暖問題的解決。1992年聯(lián)合國通過了世界上第一個(gè)為全面控制二氧化碳等溫室氣體排放、應(yīng)對(duì)全球氣候變暖給人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)帶來不利影響的國際公約《聯(lián)合國氣候變化框架公約》,1997年通過了《京都議定書》,2015年通過了《巴黎協(xié)定》。2020年世界各國政府根據(jù)《巴黎協(xié)定》安排紛紛宣布相關(guān)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)?！栋屠鑵f(xié)定》的長期目標(biāo)是將全球平均氣溫較前工業(yè)化時(shí)期上升幅度控制在2℃以內(nèi),并努力將溫度上升幅度控制在1.5℃以內(nèi)。全球已有130多個(gè)國家和地區(qū)公布了碳中和目標(biāo),減碳成為全球共識(shí)。我國政府高度重視應(yīng)對(duì)氣候變暖,2020年9月中國在第75屆聯(lián)合國大會(huì)上莊嚴(yán)提出了“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的承諾目標(biāo),到2030年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%,森林蓄積量將比2005年增加60×108m3。這一承諾標(biāo)志著我國以退煤為重點(diǎn)的能源轉(zhuǎn)型正在悄悄拉開帷幕,對(duì)能源轉(zhuǎn)型提出了更加迫切的要求。作為服務(wù)于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的地球物理行業(yè),更應(yīng)深刻分析和研判碳達(dá)峰碳中和對(duì)行業(yè)生存和發(fā)展帶來的嚴(yán)重影響,探索、超前規(guī)劃和部署未來的生存和發(fā)展路線。

概括來說,實(shí)現(xiàn)低碳化發(fā)展與碳中和目標(biāo)的途徑主要有3條[1-4],一是在能源需求消費(fèi)側(cè)提高能源效率、轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化消費(fèi)方式、降低溫室氣體排放,即通過節(jié)能減排方式實(shí)現(xiàn)低碳化發(fā)展;二是在能源供給側(cè)實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,發(fā)展綠色低碳可再生能源,即通過綠色能源供給實(shí)現(xiàn)低碳化發(fā)展;三是將無法減排的二氧化碳等溫室氣體捕捉轉(zhuǎn)化和封存,通過“碳轉(zhuǎn)移、碳轉(zhuǎn)化”實(shí)現(xiàn)“碳減排”,利用人工碳匯消減碳源方式實(shí)現(xiàn)零碳排放甚至負(fù)碳排放。

1 碳中和目標(biāo)促進(jìn)石油工業(yè)加快轉(zhuǎn)型發(fā)展

毫無疑問,碳中和目標(biāo)對(duì)煤炭和石油這樣的傳統(tǒng)化石能源工業(yè)具有巨大的負(fù)面影響,碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑就是減少以煤炭和石油為代表的化石能源的利用。實(shí)際上,油氣開發(fā)過程中的二氧化碳排放約占化石能源相關(guān)二氧化碳總排放量的4%以下,大部分碳排放(約90%)集中在油氣最終產(chǎn)物的燃燒過程中,如交通運(yùn)輸與工業(yè)生產(chǎn)中的油氣燃燒。

國際能源署表示[5],如果全球2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放,那么石油需求將減少75%,在這種假設(shè)下就不再需要開發(fā)新的油氣項(xiàng)目,油氣需求的大幅收縮將對(duì)全球現(xiàn)有的油氣生產(chǎn)國和公司產(chǎn)生重大影響。全球不再需要新油氣田,油氣供應(yīng)將集中在少數(shù)低成本生產(chǎn)商手中。但有專家認(rèn)為,即使不再開發(fā)新的油氣項(xiàng)目,在未來十年對(duì)已有石油天然氣項(xiàng)目的投資額仍將達(dá)到每年3000×108USD,2030年后將下降到每年1700×108USD。

2021年,我國正在謀劃落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和決策部署,研究制定相關(guān)能源戰(zhàn)略,石油石化行業(yè)將推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,加快研究確定碳達(dá)峰碳中和發(fā)展目標(biāo)、實(shí)施路徑和行動(dòng)方案,并著手付諸實(shí)施。碳達(dá)峰碳中和將引發(fā)油氣供需兩側(cè)的深度結(jié)構(gòu)性變革,促進(jìn)石油石化行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展,油氣企業(yè)必須順應(yīng)形勢(shì)、主動(dòng)作為,要注重根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型中的發(fā)展。

根據(jù)清華大學(xué)氣候研究院的研究方案[3],中國要在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和,化石能源消費(fèi)必須大幅下降,大規(guī)模發(fā)展非化石能源是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重中之重。其中,控制升溫2℃目標(biāo)情景下,能源消費(fèi)總量2035年左右基本達(dá)峰;2050年能源消費(fèi)量52×108t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中煤炭占9%、石油占8%、天然氣占10%、非化石能源占73%。1.5℃目標(biāo)情景下,能源消費(fèi)總量2030年左右基本達(dá)峰;2050年能源消費(fèi)量50×108t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中煤炭占5%、石油占3%、天然氣占5%、非化石能源占87%。

國家能源局油氣戰(zhàn)略研究中心也提出了預(yù)測(cè)方案[4],核心內(nèi)涵為:在2030年碳達(dá)峰條件下,石油消費(fèi)7.1×108t,天然氣消費(fèi)6500×108m3;2040年石油消費(fèi)5.3×108t,天然氣消費(fèi)8750×108m3;2050年石油消費(fèi)4.3×108t,天然氣消費(fèi)7000×108m3;2060年石油消費(fèi)3.0×108t,天然氣消費(fèi)5875×108m3。

無論哪種方案,低碳化發(fā)展必然將大幅度降低化石能源的消費(fèi)需求量,能源向低碳化的非化石能源、可再生能源等新能源轉(zhuǎn)型,這無疑將給石油工業(yè)的生存與發(fā)展帶來致命打擊。但世界低碳化發(fā)展趨勢(shì)需要逐漸告別油氣時(shí)代,未來10～20年油氣仍然是不可或缺的重要能源,石油工業(yè)仍然存在一定的轉(zhuǎn)型發(fā)展過渡期。

盡管2020年的新冠疫情導(dǎo)致能源消費(fèi)較大幅度的下降,但是,目前全球能源消費(fèi)總體上處在上升期。據(jù)BP世界能源統(tǒng)計(jì)評(píng)論(2021)報(bào)告統(tǒng)計(jì)[6],2019年和2020年全球石油消費(fèi)量分別為44.23×108t和40.07×108t,天然氣消費(fèi)量分別為39039×108m3和38228×108m3。而2019年和2020年中國的石油消費(fèi)量分別為6.54×108t和6.69×108t,天然氣消費(fèi)量分別為3084×108m3和3306×108m3。而且中國的化石能源占比高達(dá)84.4%(圖1),中國能源消費(fèi)產(chǎn)生了占全球30.9%的二氧化碳排放,約99×108t(圖2),這些都決定了中國的碳中和征程異常艱難。

圖1 2020年中國(a)與全球(b)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)比較(單位:EJ)[6]

圖2 中國和全球二氧化碳排放量比較[6]

為應(yīng)對(duì)碳中和所帶來的挑戰(zhàn),歐美石油公司在能源低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展方面走在了前列,國內(nèi)主要石油企業(yè)也在積極制定應(yīng)對(duì)方案并推進(jìn)由石油公司向能源公司的轉(zhuǎn)型。世界石油公司低碳化發(fā)展有兩種模式,一是歐洲公司的“轉(zhuǎn)型發(fā)展”模式,二是美國公司的“融入發(fā)展”模式。

歐洲公司的“轉(zhuǎn)型發(fā)展”模式,主張大幅度削減油氣產(chǎn)量和煉廠產(chǎn)能,加大可再生能源發(fā)展,規(guī)?；M(jìn)入碳減排市場(chǎng),實(shí)現(xiàn)由油公司向綜合能源公司轉(zhuǎn)變。殼牌、道達(dá)爾、BP等歐洲石油公司紛紛宣布碳中和目標(biāo),采取的戰(zhàn)略為加大低碳投資,拓展低碳產(chǎn)業(yè)鏈。具體舉措包括加大風(fēng)能、光伏、天然氣等發(fā)電業(yè)務(wù),加快布局碳匯業(yè)務(wù),降低桶油碳排放量,開展碳捕集和封存項(xiàng)目等。

美國公司的“融入發(fā)展”模式,認(rèn)為油氣在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)仍具有較大發(fā)展空間和盈利能力。新能源還不夠成熟,必須先從自身減碳做起,逐步進(jìn)入新能源領(lǐng)域?qū)で髷U(kuò)張發(fā)展。雪佛龍、?？松梨诘让绹凸揪贫藨?zhàn)略目標(biāo):專注油氣業(yè)務(wù),構(gòu)建低碳油氣資產(chǎn)組合;具體舉措包括加大常規(guī)油氣+CCUS(二氧化碳捕集、利用和封存)、風(fēng)能、生物燃料等領(lǐng)域投資。

石油和天然氣公司必須轉(zhuǎn)型成為能源公司,并降低碳足跡,而氫能將成為良好的商業(yè)和環(huán)境解決方案,多家油氣公司相信氫能時(shí)代即將來臨。石油公司普遍加快向綠色低碳轉(zhuǎn)型的步伐,布局新能源,加大低碳業(yè)務(wù),積極發(fā)展氫能,并大力開展CCUS技術(shù)的研發(fā)。在油氣業(yè)務(wù)上,一方面通過技術(shù)創(chuàng)新,努力減少溫室氣體排放;另一方面加快數(shù)字化智能化技術(shù)應(yīng)用。新冠疫情倒逼許多公司加快了數(shù)字化進(jìn)程,居家遠(yuǎn)程辦公、無人機(jī)、機(jī)器人、數(shù)字模擬等智能化系統(tǒng)的應(yīng)用顯著降低了人員的碳足跡。在新能源方面,嘗試風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電、天然氣燃料加注等業(yè)務(wù)。

國際大石油公司大多在積極籌劃低碳轉(zhuǎn)型。?？松梨诠静捎玫氖欠€(wěn)妥的“大石油”戰(zhàn)略,通過淘汰落后產(chǎn)能、優(yōu)化能源利用效率、提升節(jié)能減排能力、通過碳捕集和封存(CCS)技術(shù)發(fā)展負(fù)碳產(chǎn)業(yè)、涉獵低碳能源利用、加強(qiáng)科技創(chuàng)新等方式,溫室氣體排放量逐年減少,近10年溫室氣體排放量減少了5%。2000年以來低碳排放研發(fā)和實(shí)施投入達(dá)100×108USD,累計(jì)消除或避免溫室氣體排放5.2×108t。?？松梨诠?019年的溫室氣體排放量為1.2×108t二氧化碳當(dāng)量,其中范圍1(直接排放量:主要來源于燃燒、化學(xué)或生產(chǎn)過程,非故意排放)為1.11×108t二氧化碳當(dāng)量,范圍2(間接排放量:來源于耗電所產(chǎn)生的排放)為0.09×108t二氧化碳當(dāng)量。范圍3(石油產(chǎn)品在銷售中的其它間接排放,如涉及生產(chǎn)的產(chǎn)品、員工通勤、差旅等產(chǎn)生的排放)為7.3×108t二氧化碳當(dāng)量尚未納入公司溫室氣體排放量。?？松梨诠具€是全球第一個(gè)二氧化碳捕集量超過1.2×108t的公司,這相當(dāng)于2500×104輛汽車一年的碳排放量,每年的碳捕集能力達(dá)900×104t。BP公司更是致力于成為低碳領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,制定了較為激進(jìn)的能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。BP公司剝離傳統(tǒng)石化資產(chǎn)、優(yōu)化油氣業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)、熱衷可再生能源、開展終端負(fù)碳業(yè)務(wù),積極助力碳中和、重視科技部署強(qiáng)化能源管理,尤其在可再生電力、氫能、生物質(zhì)能源、實(shí)施CCS和CCUS、儲(chǔ)備碳匯等領(lǐng)域投資活躍,并積極應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)推行“綠色辦公室”,提升能源管理和利用效率。BP公司始終堅(jiān)持節(jié)能降耗發(fā)展戰(zhàn)略,2010年以來溫室氣體排放量持續(xù)下降,2020年溫室氣體排放總量為4550×104t二氧化碳當(dāng)量,其中范圍1為4170×104t二氧化碳當(dāng)量,范圍2為380×104t二氧化碳當(dāng)量。據(jù)稱,全球油氣行業(yè)每年放空燃燒的天然氣約1500×108m3,BP曾是最大的放空燃燒現(xiàn)象制造者,但近年來開始治理這種現(xiàn)象,計(jì)劃投資13×108USD結(jié)束伴生氣放空燃燒現(xiàn)象。

全球最大的石油生產(chǎn)商沙特阿美公司也在實(shí)施新的戰(zhàn)略以應(yīng)對(duì)國際低碳減排大勢(shì),但偏向于保守型。面向低碳未來,其主要策略是增加天然氣儲(chǔ)產(chǎn)量,利用天然氣制氫,在確保油氣龍頭地位的同時(shí)減少碳排放;開發(fā)原油直接制化學(xué)品等自有技術(shù),尋求多元化發(fā)展,布局化工、新能源發(fā)展;開發(fā)超級(jí)計(jì)算機(jī)、智能機(jī)器人等降低能耗、提高能源利用效率,實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。沙特阿美公司已經(jīng)躋身于油氣行業(yè)碳足跡最低的公司行列,致力于發(fā)展氫能、可再生能源發(fā)電、碳捕集及利用等新業(yè)務(wù)。沙特阿美公司認(rèn)為,碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)是在全球減少碳排放的同時(shí)確保經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的最佳體系。

2021年6月16日,挪威的倫丁能源公司宣布,該公司的Johan Sverdrup海上油田所生產(chǎn)的原油全部實(shí)現(xiàn)碳中和,通過了二氧化碳近零排放標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證,成為世界上第一個(gè)碳中和油田,該公司的其它所有油田到2025年也將成為碳中和油田。該油田采取的低碳化措施包括:采用來自可再生能源發(fā)電廠的岸電進(jìn)行生產(chǎn),每年可減少碳排放62×104t,當(dāng)前的碳排放強(qiáng)度為0.45kg/bbl油當(dāng)量,是世界平均水平(17kg/bbl油當(dāng)量,或124kg/t油當(dāng)量)的1/40,見圖3和圖4;通過自然碳捕集項(xiàng)目的碳信用額度進(jìn)行中和,已獲得碳標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證(VCS);該油田的碳排放核算邊界是生產(chǎn)供應(yīng)鏈部分,包括海上油田的供應(yīng)船與備用船均采用混合電池作為動(dòng)力,所有的商務(wù)飛行均采用碳中和航班等。倫丁能源公司為國際油氣行業(yè)提供了可供借鑒的經(jīng)驗(yàn),其實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑有望成為業(yè)界范例,對(duì)推動(dòng)全球油氣行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)起到積極示范作用。實(shí)際上,在此以前已經(jīng)出現(xiàn)了碳中和液化天然氣(LNG),2019年殼牌公司開始向東京燃?xì)夤镜榷嗉胰毡灸茉雌髽I(yè)出售碳中和LNG。

圖3 全球陸上和海上油氣行業(yè)碳排放強(qiáng)度比較

圖4 全球不同地區(qū)油氣行業(yè)碳排放強(qiáng)度比較

總體而言,油氣企業(yè)要將碳中和愿景目標(biāo)作為腳踏實(shí)地的發(fā)展之路,需要遵循全生命周期的理念,以由內(nèi)及外的原則認(rèn)真謀劃碳中和的實(shí)施途徑。首先,應(yīng)大力推進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)革命,提升油氣勘探生產(chǎn)效率,提高能源投入產(chǎn)出比,降低勘探生產(chǎn)過程中的能源消耗,帶動(dòng)碳排放強(qiáng)度的降低。其次,應(yīng)大力推進(jìn)碳捕集利用與封存技術(shù)的迭代發(fā)展,在企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)鏈上充分挖掘CCUS技術(shù)的利用方式,創(chuàng)新CCUS應(yīng)用場(chǎng)景,通過CCUS的規(guī)?；瘧?yīng)用,推動(dòng)成本降低和技術(shù)更新,從本質(zhì)上降低企業(yè)整體上對(duì)外部的碳排放。再次,應(yīng)大力推進(jìn)具有成本優(yōu)勢(shì)的分布式風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源的應(yīng)用,創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景,推動(dòng)生產(chǎn)方式和生產(chǎn)工藝的電氣化,減少勘探生產(chǎn)運(yùn)輸對(duì)化石能源的依賴,全面提升綠色可再生能源的自給率。最后,應(yīng)大力推進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)和新老業(yè)務(wù)的碳排放評(píng)價(jià)工作,以降低碳排放強(qiáng)度為總體目標(biāo),調(diào)整業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)、布局和生產(chǎn)作業(yè)方式。此外,還應(yīng)大力推進(jìn)國家碳治理機(jī)制和政策的深入研究,全面把握國際上漸趨盛行的碳稅、碳關(guān)稅、碳配額等機(jī)制對(duì)企業(yè)的影響,統(tǒng)籌做好科學(xué)應(yīng)對(duì),特別是注重應(yīng)用碳交易市場(chǎng)發(fā)展成果,穩(wěn)妥積累碳排放額度,降低國家推進(jìn)碳治理對(duì)企業(yè)產(chǎn)生的成本。

對(duì)于我國而言,當(dāng)前油氣安全戰(zhàn)略與碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略仍是并行不悖的國家戰(zhàn)略[4]。碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略下,我國油氣仍有加快發(fā)展空間,應(yīng)積極加大推進(jìn)力度,千方百計(jì)保障我國油氣長期供應(yīng)安全。未來10～20年是碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略推進(jìn)與油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)建設(shè)的契合期,國內(nèi)油氣上游仍應(yīng)毫不動(dòng)搖地加大投入,確保穩(wěn)油增氣,同時(shí)努力追求更低成本、更高效率和效益,確保在未來大概率中低油價(jià)的情況下保持可持續(xù)發(fā)展,未來油氣消費(fèi)的降低也將減少我國油氣對(duì)進(jìn)口的依賴,增強(qiáng)我國能源安全。建設(shè)綠色油田,加強(qiáng)油氣生產(chǎn)全流程能源管理,降低生產(chǎn)過程中的碳排放,盡量使用工業(yè)余熱、低碳零碳電力,實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)過程“風(fēng)、光、熱、儲(chǔ)”多能互補(bǔ)模式的新能源替代,是短期內(nèi)石油公司減碳最現(xiàn)實(shí)的途徑。天然氣在能源轉(zhuǎn)型過程中將扮演重要過渡角色,應(yīng)加快儲(chǔ)氣調(diào)峰能力建設(shè),積極推動(dòng)天然氣發(fā)電和可再生能源融合協(xié)同發(fā)展,打造天然氣互利共贏生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。石油公司在深層地?zé)崂梅矫嬗刑烊粌?yōu)勢(shì),地?zé)嵩跐M足夏熱冬冷地區(qū)人民清爽度夏、溫暖過冬需求方面大有可為。加強(qiáng)CCUS試點(diǎn)示范,推進(jìn)二氧化碳驅(qū)油技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用,也是油氣行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑。

2 能源轉(zhuǎn)型中油服行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)

隨著能源轉(zhuǎn)型大潮的來臨,油服公司正處于戰(zhàn)略選擇的十字路口,是跟隨石油公司的步伐進(jìn)入低碳市場(chǎng),還是提高效率在傳統(tǒng)路線上繼續(xù)走下去。普華永道《處在十字路口:油服的戰(zhàn)略選擇》報(bào)告中指出:無論選擇何種路徑,油服企業(yè)都必須減少碳足跡。對(duì)于油服企業(yè)來說,低碳能力可能成為其明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著石油公司的低碳發(fā)展,油服公司的傳統(tǒng)核心業(yè)務(wù)收入將會(huì)減少。油服公司必須在能源轉(zhuǎn)型過程中明確所扮演的角色,立足其優(yōu)勢(shì)技能,將傳統(tǒng)服務(wù)轉(zhuǎn)化為為清潔能源服務(wù)的技能,為可再生能源市場(chǎng)提供服務(wù),使服務(wù)多元化。同時(shí),油服公司必須展示其優(yōu)越的脫碳能力,繼續(xù)為石油公司提供低碳化供應(yīng)鏈服務(wù)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型是石油公司提高效率、實(shí)現(xiàn)低碳脫碳的重要手段,石油公司通過尋求與大型信息科技公司合作探索數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化應(yīng)用,這有可能導(dǎo)致傳統(tǒng)油服公司被“邊緣化”。

全球三大油服公司中,哈里伯頓公司更注重?cái)?shù)字化技術(shù)的推廣應(yīng)用,貝克休斯公司則多方面發(fā)力低碳技術(shù)發(fā)展,斯倫貝謝公司則在數(shù)字化與低碳業(yè)務(wù)中平衡發(fā)展。斯倫貝謝公司2020年專門成立了新能源業(yè)務(wù)部,專注于研究氫、鋰、地?zé)岬刃履茉匆约疤疾都头獯婕夹g(shù)。斯倫貝謝新能源、雪佛龍和微軟宣布,將在加州門多塔合作開發(fā)一個(gè)具有突破性的生物質(zhì)能源與碳捕集和封存(BECCS)項(xiàng)目,旨在生產(chǎn)負(fù)碳電力。2020年11月,貝克休斯宣布將收購專門從事碳捕集技術(shù)開發(fā)的Compact Carbon Capture公司,進(jìn)一步完善CCUS產(chǎn)品組合,以推進(jìn)工業(yè)脫碳;與兩家公司合作投資FiveT氫基金,以推進(jìn)氫經(jīng)濟(jì)和氫價(jià)值鏈基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè);投資Electrochaea公司以擴(kuò)大CCUS產(chǎn)品組合和提供電解制氫解決方案;貝克休斯將結(jié)合其碳捕集技術(shù)和Electrochaea公司的生物甲烷化技術(shù),將二氧化碳排放轉(zhuǎn)化成低碳合成天然氣。

水力壓裂采油采氣也將逐步被限制,如美國加州2024年后將禁用水力壓裂法采油。而水力壓裂方式的限制將很大程度上影響頁巖油氣開發(fā),也將顯著影響從事相關(guān)服務(wù)的油服公司的市場(chǎng)和收入。

碳排放稅的征收可能對(duì)油氣行業(yè)帶來巨大的挑戰(zhàn),這一挑戰(zhàn)是否會(huì)對(duì)油服公司帶來重大影響尚不清晰,碳排放交易體系中的配額分配、碳稅力度及交易方式都可能對(duì)油氣企業(yè)及油服企業(yè)的營收和盈利能力產(chǎn)生巨大的影響。

3 碳中和給地球物理行業(yè)帶來的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

由前述分析可見,總體上低碳化與碳中和大勢(shì)對(duì)于傳統(tǒng)化石能源的石油工業(yè)而言顯然是挑戰(zhàn)大于機(jī)遇,長期來說會(huì)減少對(duì)油氣能源的消費(fèi)需求,加大碳排放治理的成本,因此石油公司必須通過低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展來解決面臨的生存與發(fā)展挑戰(zhàn)。

作為油服行業(yè)的一部分,面向油氣勘探開發(fā)服務(wù)的地球物理(石油物探)行業(yè),低碳化與碳中和大勢(shì)也是帶來的挑戰(zhàn)多、機(jī)遇少,因此未來長期可持續(xù)健康發(fā)展必需考慮低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展問題。但是,在未來一段時(shí)間內(nèi)油氣仍然是主要能源類型,油服企業(yè)仍然有一段時(shí)期的轉(zhuǎn)型發(fā)展過渡期(10～20年),特別是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,對(duì)能源需求增長性強(qiáng)。

我們可以從碳中和的主要實(shí)施途徑來分析其給地球物理行業(yè)帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。能源轉(zhuǎn)型和電力系統(tǒng)升級(jí)將減少地球物理的傳統(tǒng)服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模,即由于對(duì)油氣需求的減少而減小石油物探的服務(wù)市場(chǎng)和營收,但也存在地?zé)?、水電等清潔能源發(fā)展給地球物理帶來的市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大機(jī)遇。交通領(lǐng)域的電氣化低碳化節(jié)能轉(zhuǎn)型直接結(jié)果是對(duì)油氣需求的減少,而且是大幅度的減少,因而對(duì)地球物理而言只有挑戰(zhàn)、沒有機(jī)遇。傳統(tǒng)工業(yè)的節(jié)能減排總體而言沒有為地球物理提供新的機(jī)遇,但地球物理可以充分利用自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為油氣企業(yè)提供更高效的低碳低成本服務(wù),從而贏得或維護(hù)一定的服務(wù)市場(chǎng),如充分利用地球物理技術(shù)提供精確的地下油藏模型和動(dòng)態(tài)變化以更高效、更經(jīng)濟(jì)、更低碳的方式開采油氣。節(jié)能減排也是對(duì)地球物理行業(yè)的要求,因此節(jié)能減排也對(duì)地球物理技術(shù)進(jìn)步提出了新的更高的要求,低成本、低碳化必將成為未來地球物理行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,全面減少炸藥震源應(yīng)用、減小施工人員隊(duì)伍規(guī)模、提高數(shù)據(jù)處理解釋計(jì)算中心的能效管理、實(shí)現(xiàn)低碳排放和降低碳足跡是我們面臨的重要挑戰(zhàn)。

概括而言,碳中和給地球物理行業(yè)帶來的主要挑戰(zhàn)包括以下3個(gè)方面。

1) 低碳化發(fā)展將大幅度減少對(duì)煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源的消費(fèi)需求。如國際能源署預(yù)測(cè),如果全球2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放,那么石油需求將減少75%,油氣消費(fèi)在能源消費(fèi)中的占比將降低到10%～20%或以下,從而顯著降低地球物理傳統(tǒng)的石油勘探開發(fā)服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模,嚴(yán)重影響地球物理行業(yè)的營收。因此,低碳化發(fā)展對(duì)地球物理行業(yè)的生存帶來了嚴(yán)重威脅,這是碳中和給地球物理行業(yè)帶來的最巨大的挑戰(zhàn)。

2) 低碳化導(dǎo)致對(duì)煤炭、石油等傳統(tǒng)能源消費(fèi)需求的大幅收縮,不再需要開發(fā)新的油氣項(xiàng)目,油氣供應(yīng)將集中在少數(shù)低成本生產(chǎn)商手中。這一結(jié)果也將導(dǎo)致煤炭、油氣勘探開發(fā)中對(duì)地球物理技術(shù)服務(wù)依賴性降低、服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)一步縮小、要求技術(shù)服務(wù)成本進(jìn)一步降低,這樣勢(shì)必對(duì)地球物理行業(yè)的生存帶來進(jìn)一步的威脅,也對(duì)地球物理技術(shù)進(jìn)步需求的必要性和迫切性帶來了嚴(yán)重影響。

3) 低碳化和綠色發(fā)展對(duì)地球物理行業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的低碳化和綠色環(huán)保作業(yè)運(yùn)行提出了更高的要求,對(duì)綠色低碳、低成本地球物理技術(shù)發(fā)展提出了更高的要求,綠色低碳要求可能將增加地球物理數(shù)據(jù)采集的技術(shù)難度和作業(yè)成本,對(duì)地球物理行業(yè)的生存和發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

同時(shí),碳中和也給地球物理行業(yè)帶來一些新的發(fā)展機(jī)遇。

1) 綠色低碳發(fā)展必將帶來清潔能源的快速發(fā)展,其中水利電力、地?zé)崮?、核能等發(fā)展為地球物理行業(yè)的發(fā)展帶來了一定的新機(jī)遇。如地?zé)豳Y源勘探開發(fā)、水電建設(shè)壩址勘探、核能資源勘探與核電站建設(shè)的工程勘探等,這些都是地球物理技術(shù)的服務(wù)領(lǐng)域,可能為地球物理技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模帶來一定的增量,但與石油物探在油氣勘探中發(fā)揮的作用相比,這些增量都不足以彌補(bǔ)石油物探市場(chǎng)萎縮帶來的損失,而太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源和氫能等綠色能源的發(fā)展幾乎不能為地球物理帶來任何新的發(fā)展機(jī)遇。

2) 碳捕集、利用和封存將成為碳中和實(shí)現(xiàn)途徑中的一個(gè)重要手段和托底技術(shù),具有較大的發(fā)展前景,這一領(lǐng)域可能是地球物理技術(shù)服務(wù)的一個(gè)主要新市場(chǎng),具有較大的發(fā)展空間。地球物理技術(shù)可能在地下碳封存空間探測(cè)和封存安全監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì),尤其是在利用二氧化碳驅(qū)油領(lǐng)域,地球物理技術(shù)可以在油氣藏精細(xì)描述、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與建模方面發(fā)揮其傳統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4 碳中和目標(biāo)下地球物理行業(yè)的生存與發(fā)展對(duì)策

碳中和目標(biāo)下,低碳化成為未來世界發(fā)展的潮流,給石油工業(yè)乃至依賴其生存的油服行業(yè)和地球物理行業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn),為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)必須順應(yīng)大勢(shì),走低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展道路。為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)下地球物理行業(yè)的生存與發(fā)展,我們應(yīng)采取如下對(duì)策。

4.1 通過數(shù)智化變革提升地球物理行業(yè)的低碳化服務(wù)能力

通過數(shù)智化變革(即數(shù)字化轉(zhuǎn)型+智能化發(fā)展)[7-8]提升地球物理行業(yè)的低碳化服務(wù)能力,旨在通過技術(shù)進(jìn)步增強(qiáng)為煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源行業(yè)的資源勘探開發(fā)提供滿足綠色低碳要求的技術(shù)服務(wù)能力,最大限度保持地球物理在傳統(tǒng)化石能源行業(yè)的服務(wù)市場(chǎng)。其中既要大力發(fā)展低成本技術(shù)服務(wù)傳統(tǒng)化石能源的勘探與開發(fā),降低傳統(tǒng)化石能源的勘探開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)與成本,支撐傳統(tǒng)化石能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力提升;又要順應(yīng)地球物理業(yè)務(wù)作業(yè)的綠色低碳化發(fā)展要求,有針對(duì)性地發(fā)展綠色低碳地球物理技術(shù),重點(diǎn)發(fā)展頁巖油氣開發(fā)非水力壓裂監(jiān)測(cè)、煤炭與油氣開發(fā)環(huán)境影響監(jiān)測(cè)、廢棄煤炭開采坑道和廢棄油氣藏利用、適應(yīng)不同復(fù)雜地理環(huán)境的節(jié)點(diǎn)地震采集、非炸藥震源激發(fā)高效地震勘探和環(huán)境噪聲地震勘探(包括高鐵地震學(xué)、城市空間地震探測(cè))等環(huán)境友好地球物理技術(shù)。

4.2 積極拓展新能源與自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等領(lǐng)域多元化地球物理技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)

在石油物探市場(chǎng)規(guī)模萎縮的預(yù)期下,我們應(yīng)尋找新的增量服務(wù)市場(chǎng)。首先,應(yīng)抓住機(jī)遇借助新能源快速發(fā)展的東風(fēng),充分發(fā)揮地球物理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)積極拓展地?zé)豳Y源勘探開發(fā)、水電建設(shè)壩址勘探、核能資源勘探與核電站建設(shè)工程勘探等面向新能源的地球物理技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)。其次,應(yīng)面向我國智能城市和城市空間建設(shè)(高鐵、公路、地鐵、橋梁、隧道等)、重大工程建設(shè)、自然地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)和防治等關(guān)系國計(jì)民生的重大需求,積極推進(jìn)環(huán)境噪聲地震勘探和電磁勘探等綜合地球物理技術(shù)進(jìn)步,大力拓展地球物理技術(shù)應(yīng)用多元化新領(lǐng)域和新市場(chǎng),尤其是面向山體滑坡、塌方、泥石流、地震等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)和預(yù)警,面向水庫大壩、橋梁、隧道、高層建筑物等重大工程的安全監(jiān)測(cè),面向城市地下空間建設(shè)的工程勘探和動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)等。再次,我們應(yīng)充分利用地球空間觀測(cè)技術(shù)成果,結(jié)合地球物理觀測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),發(fā)展一系列全局性和區(qū)域性的智能化環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)估技術(shù),服務(wù)于碳排放監(jiān)測(cè)和碳匯資源評(píng)估等市場(chǎng)。

4.3 發(fā)揮優(yōu)勢(shì)完善體系大力開拓碳封存技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)

碳捕集、利用和封存(CCUS)將成為碳中和實(shí)現(xiàn)途徑中的一個(gè)重要手段和托底技術(shù),具有廣闊的發(fā)展前景,而可以發(fā)揮地球物理技術(shù)作用的主要是碳封存領(lǐng)域,具有較大的發(fā)展空間。碳封存需要尋找合適的地下空間,這是地球物理技術(shù)的傳統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域和技術(shù)優(yōu)勢(shì)所在。碳封存還需要進(jìn)行長期而持續(xù)的安全性泄漏監(jiān)測(cè),這同樣需要地球物理技術(shù)的支持。因此,大力發(fā)展與之相適應(yīng)的碳封存地下空間探測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù),是地球物理開拓新市場(chǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是在利用二氧化碳驅(qū)油領(lǐng)域,地球物理技術(shù)可以在油氣藏精細(xì)描述、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與建模方面發(fā)揮其傳統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

5 大力開拓碳捕集與封存服務(wù)新市場(chǎng)

在實(shí)現(xiàn)低碳排放、碳中和目標(biāo)的路徑中,CCUS或CCS被認(rèn)為是一項(xiàng)大規(guī)模溫室氣體減排技術(shù)[9-11],是實(shí)現(xiàn)零碳或負(fù)碳排放必不可少的技術(shù)路徑和關(guān)鍵技術(shù)、托底技術(shù),具備技術(shù)上的可塑性、操作環(huán)節(jié)的靈活性、碳回收空間拓展的持續(xù)性,是構(gòu)建兼具韌性和彈性能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

二氧化碳捕集利用及埋藏封存是碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的最后手段,能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳大規(guī)模減排,是化石能源清潔化利用的配套技術(shù)。國際能源署發(fā)布的《清潔能源過渡中的CCUS》報(bào)告表示[9],如果不廣泛應(yīng)用CCUS技術(shù),各國的近零排放目標(biāo)將無法實(shí)現(xiàn),預(yù)計(jì)到2050年CCUS將貢獻(xiàn)約14%的二氧化碳減排量。目前全球每年二氧化碳捕集量約為4000×104t,按照當(dāng)前各國的減排計(jì)劃估算,2030年須增至8×108t。據(jù)多家機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)[9,12-13],到2050—2060年以后全球需要采用CCUS進(jìn)行減排的二氧化碳每年將達(dá)到(28～76)×108t,中國將達(dá)到(10～20)×108t,這將是一個(gè)巨大的市場(chǎng),市場(chǎng)空間有望達(dá)到數(shù)千億甚至上萬億元,見圖5和表1。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)在《IPCC全球升溫1.5℃特別報(bào)告》中指出,2030年不同路徑CCUS的減排量為(1～4)×108t/a,2050年不同路徑CCUS的減排量為(30～68)×108t/a。在國際能源暑(IEA)2050年全球能源系統(tǒng)凈零排放情景下,2030年全球二氧化碳捕集量為16.7×108t/a,2050年為76×108t/a。在國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)深度脫碳情景下,2050年CCUS將貢獻(xiàn)約6%年減排量,即27.9×108t/a。而全球碳捕集和封存研究院(GCCSI)預(yù)計(jì),2050年全球二氧化碳捕集量為56.35×108t/a。CCUS的規(guī)?；瘧?yīng)用可有力推進(jìn)化石能源潔凈化、潔凈能源規(guī)?；?、生產(chǎn)過程低碳化,為未來化石能源保留一定的市場(chǎng)份額提供了前提條件。但是,一項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用需要時(shí)間周期,只有技術(shù)不斷成熟才能有效降低成本,實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。當(dāng)前,要在提高認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上高度重視、抓緊部署,共同營造有利于CCUS發(fā)展的政策環(huán)境,積極推動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范建設(shè),支持和鼓勵(lì)企業(yè)開展大規(guī)模全流程、具有經(jīng)濟(jì)可行性的CCUS示范工程建設(shè),推動(dòng)相關(guān)國際合作。CCUS的技術(shù)成本是影響其大規(guī)模應(yīng)用的重要因素,目前美國的二氧化碳封存成本約7～13USD/t[11]。CCUS技術(shù)成本未來有較大的下降空間,預(yù)期[12]到2030年我國全流程CCUS(按250km運(yùn)輸計(jì))技術(shù)成本為310～770CNY/t二氧化碳,到2060年將逐步降至140～410CNY/t二氧化碳;其中二氧化碳捕集成本預(yù)計(jì)將于2030年和2060年分別達(dá)到90～390CNY/t和20～130CNY/t,二氧化碳封存成本預(yù)計(jì)將于2030年和2060年分別達(dá)到40～50CNY/t和20～25CNY/t。

圖5 中國CCUS碳減排貢獻(xiàn)需求預(yù)測(cè)[13]

表1 全球與主要國家CCUS碳減排貢獻(xiàn)需求潛力預(yù)測(cè)(單位:×108t)[13]

CCUS將生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳進(jìn)行捕集并提純,繼而投入到新的生產(chǎn)過程中進(jìn)行循環(huán)再利用或封存,當(dāng)然也可以直接從空氣中捕集二氧化碳。二氧化碳捕集后可制成液體形式便于運(yùn)輸和保存,捕集的二氧化碳可以直接進(jìn)行封存,也可被用于其它產(chǎn)品的生產(chǎn),如圖6所示。

圖6 CCUS內(nèi)容示例

根據(jù)二氧化碳濃度、氣流壓力與燃料類型(固體/液體)等因素的不同,可選擇燃燒前脫碳、燃燒后脫碳以及富氧燃燒等技術(shù)路徑進(jìn)行碳捕集。二氧化碳輸送方法多樣,適用場(chǎng)景有所不同,目前二氧化碳輸送主要有管道運(yùn)輸、汽車槽車運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸和船舶運(yùn)輸?shù)?超臨界/密相管道運(yùn)輸或成為未來陸地主流運(yùn)輸方式。

二氧化碳的碳轉(zhuǎn)化利用途徑豐富,用二氧化碳作原料,可以生產(chǎn)尿素、有機(jī)溶劑、可降解塑料等化工產(chǎn)品,發(fā)展富碳農(nóng)業(yè);也可以用可再生能源對(duì)二氧化碳進(jìn)行活化,生產(chǎn)大宗化學(xué)品;或用二氧化碳進(jìn)行驅(qū)替采油提高采收率,或封存于混凝土等建筑材料中以提高混凝土的強(qiáng)度。

大規(guī)模的碳封存是二氧化碳減排的重要途徑,短期油氣井/煤層封存有望成為主流技術(shù)路線,中長期預(yù)計(jì)鹽水層/海水封存將成為主流,遠(yuǎn)期二氧化碳礦石碳化具有較好的商業(yè)化前景,具有油氣田等封存資源的傳統(tǒng)油氣公司在二氧化碳封存方面具有一定優(yōu)勢(shì)。

一般來說,二氧化碳的封存主要包括地質(zhì)封存、海洋封存和礦石碳化等方式,目前主要以地質(zhì)封存為主,特別是在EOR項(xiàng)目中用二氧化碳驅(qū)替采油提高采收率,提高了二氧化碳封存的經(jīng)濟(jì)效益,是當(dāng)前世界上二氧化碳封存的主流方式。據(jù)全球碳捕集和封存研究院(GCCSI)統(tǒng)計(jì)[12],全球主要油氣田二氧化碳的存儲(chǔ)能力約為3108×108t,完全能滿足凈零碳排放的需求,但其地理位置分布相對(duì)有限,二氧化碳運(yùn)輸成本較高;咸水層是另一種可以高效地質(zhì)封存二氧化碳的資源。據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì),我國二氧化碳總封存潛力可達(dá)萬億噸規(guī)模,其中咸水層封存量占98%以上?！吨袊趸疾都门c封存年度報(bào)告(2021):中國CCUS路徑研究》[13]報(bào)告中給出了更為樂觀的估計(jì),深部咸水層和油氣藏都是適合二氧化碳封存的場(chǎng)所,全球二氧化碳的陸上理論封存容量為(6～42)×1012t,海上理論封存容量為(2～13)×1012t,而中國的地質(zhì)封存潛力約為(1.21～4.13)×1012t。我國油田主要集中于松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地,通過二氧化碳強(qiáng)化采油可以封存約51×108t二氧化碳。我國氣藏主要分布于鄂爾多斯盆地、四川盆地、渤海灣盆地和塔里木盆地,利用枯竭氣藏可以封存約153×108t二氧化碳,通過二氧化碳強(qiáng)化采氣可以封存約90×108t二氧化碳。我國深部咸水層的二氧化碳封存容量約為24200×108t,其分布與含油氣盆地分布基本相同,松遼盆地、塔里木盆地和渤海灣盆地是最大的3個(gè)陸上封存區(qū)域,封存容量分別為6945×108,5528×108,4906×108t。

二氧化碳的地質(zhì)封存原理與石油、天然氣和其他碳?xì)浠衔锉环獯嬗诘厍虻叵陆橘|(zhì)中數(shù)千萬年的原理相同。二氧化碳驅(qū)油的首次應(yīng)用是在20世紀(jì)70年代,逐步發(fā)展成為CCUS的主流技術(shù)。二氧化碳驅(qū)油與封存,是通過超臨界二氧化碳與原油混相,增強(qiáng)原油流動(dòng)性,有效驅(qū)替微孔隙中的原油,大幅提高采收率,二氧化碳通過置換油氣、溶解與礦化作用,實(shí)現(xiàn)地下封存。只要存在不可滲透的巖層阻止二氧化碳逸出,任何足夠大的深度(大于800m)且具有足夠的孔隙率和滲透性的地層都是潛在的封存空間。捕集得到的高純度二氧化碳?xì)怏w,經(jīng)過脫水、多級(jí)壓縮、換熱后制成液態(tài)二氧化碳,運(yùn)輸至目標(biāo)封存地,經(jīng)注入井注入目標(biāo)地層。中國已動(dòng)用探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量229×108t,適宜二氧化碳驅(qū)油與封存的儲(chǔ)量約140×108t?？梢栽谒蛇|、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等源匯條件匹配、驅(qū)油提高采收率可行性好且潛力大的盆地,大力開展CCUS二氧化碳驅(qū)采。未來可利用開采油氣后的枯竭油田、氣田和地下“水田”,形成埋藏及封存二氧化碳的“人工二氧化碳?xì)馓铩薄?/p>

當(dāng)前,美國在運(yùn)行的二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目每產(chǎn)出一桶油需要注入300～600kg二氧化碳,按照一桶原油燃燒排放400kg二氧化碳、生產(chǎn)加工運(yùn)輸排放100kg二氧化碳計(jì)算,成熟的二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目為原油全生命周期實(shí)現(xiàn)碳中和甚至負(fù)碳提供了可能。

2019年,油氣行業(yè)氣候倡議組織(OGCI)正式宣布將實(shí)施“碳捕集、利用與封存撬動(dòng)者計(jì)劃”,在全球部署首批共五個(gè)CCUS產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心,并與清潔能源部長級(jí)會(huì)議簽訂了CCUS合作框架協(xié)議。我國新疆準(zhǔn)噶爾盆地二氧化碳資源豐富、混相油層和咸水層分布廣泛,具有建設(shè)超大規(guī)模CCUS工程的條件,因而將新疆作為OGCI首批CCUS中心之一。至2021年中,我國已實(shí)施CCUS示范項(xiàng)目合計(jì)規(guī)模每年310×104t,其中中國石化實(shí)施二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目36個(gè),累計(jì)覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量4150×104t,累計(jì)增油41×104t,封存二氧化碳214×104t。我國有較大石油地質(zhì)儲(chǔ)量適合二氧化碳驅(qū)油,加快CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會(huì)對(duì)保障國家能源安全提供支撐,推動(dòng)化石能源行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型。

2021年7月5日,中國石化宣布將開啟我國首個(gè)百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目建設(shè)(齊魯石化—?jiǎng)倮吞顲CUS項(xiàng)目),該項(xiàng)目預(yù)計(jì)年底投產(chǎn),建成后將成為國內(nèi)最大的CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘?為國家推進(jìn)CCUS規(guī)模化發(fā)展提供應(yīng)用案例。該百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目由齊魯石化二氧化碳捕集和勝利油田二氧化碳驅(qū)油與封存兩部分組成,預(yù)計(jì)未來15年可累計(jì)注入二氧化碳1068×104t,覆蓋地質(zhì)儲(chǔ)量6000×104t,可實(shí)現(xiàn)增油296.5×104t,每年減排二氧化碳100×104t,相當(dāng)于植樹近900×104棵、近60×104輛經(jīng)濟(jì)型轎車停開一年。十四五期間,中國石化華東油氣、江蘇油田還將再建設(shè)一個(gè)百萬噸級(jí)CCUS示范基地。2021年8月,中海油也宣布了啟動(dòng)海上30萬噸級(jí)CCS項(xiàng)目。

據(jù)GCCSI統(tǒng)計(jì)[12],目前全球有數(shù)十個(gè)大型二氧化碳封存項(xiàng)目在運(yùn)行,全球每年捕集和永久封存約4000×104t二氧化碳,其中大多數(shù)是強(qiáng)化采油項(xiàng)目。美國是全世界碳捕集和封存技術(shù)最先進(jìn)的國家,目前美國每年的碳封存量約為3000×104t。但是,美國二氧化碳驅(qū)油項(xiàng)目中有70%的二氧化碳來自于自然環(huán)境即直接從空氣中捕集二氧化碳,經(jīng)濟(jì)性欠佳。2020年美國能源部投入2.7×108USD支持碳捕集利用和封存項(xiàng)目,美國聯(lián)邦政府的45Q稅收抵免政策都在激勵(lì)企業(yè)投資碳捕集與封存項(xiàng)目,二氧化碳地質(zhì)封存的補(bǔ)貼價(jià)格將由2018年的25.7USD/t逐年遞增到2026年的50USD/t[13]。

總而言之,二氧化碳地質(zhì)封存具有存儲(chǔ)容量大、存儲(chǔ)時(shí)間長、成熟技術(shù)可遷移、可與二氧化碳利用相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn),但泄漏監(jiān)測(cè)是難題,面臨著長時(shí)間存儲(chǔ)下封存泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。要使用全新的、準(zhǔn)確可靠、低成本的永久監(jiān)控技術(shù),提高監(jiān)控設(shè)備異常檢測(cè)、事故溯源、泄漏量化的能力,以實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳地質(zhì)封存的風(fēng)險(xiǎn)管理。

大力發(fā)展CCUS或CCS技術(shù)也許是碳中和為地球物理行業(yè)帶來的一個(gè)重要機(jī)遇,地球物理技術(shù)能發(fā)揮作用的主要是碳封存領(lǐng)域。碳封存通常需要尋找合適的地下封存空間,這是地球物理技術(shù)的傳統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域和優(yōu)勢(shì)所在。碳封存需要進(jìn)行持續(xù)的安全性泄漏監(jiān)測(cè),這同樣需要地球物理技術(shù)的支持。因此,大力發(fā)展相適應(yīng)的碳封存地下空間探測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù),是地球物理開拓新市場(chǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。圖7是一個(gè)碳封存項(xiàng)目中用時(shí)延地震進(jìn)行二氧化碳封存監(jiān)測(cè)的應(yīng)用示例,不同年份的三維地震監(jiān)測(cè)結(jié)果較清晰地反映了二氧化碳擴(kuò)散范圍的分布。

圖7 二氧化碳封存監(jiān)測(cè)中的時(shí)延地震應(yīng)用[10]

6 結(jié)束語

全球氣候變暖對(duì)人類生存帶來的威脅已經(jīng)在世界各國之間形成了共識(shí),因此人類第一次為應(yīng)對(duì)氣候變化達(dá)成了碳中和共同行動(dòng)計(jì)劃。為順應(yīng)碳中和目標(biāo)大勢(shì),作為傳統(tǒng)化石能源行業(yè)的石油工業(yè)應(yīng)認(rèn)清形勢(shì)、全面分析、系統(tǒng)規(guī)劃、積極行動(dòng)。我們應(yīng)積極響應(yīng)綠色低碳發(fā)展要求,努力發(fā)展綠色低碳地球物理技術(shù),減少地球物理作業(yè)的碳足跡;應(yīng)認(rèn)真分析碳中和目標(biāo)給石油工業(yè)乃至油服行業(yè)、地球物理行業(yè)帶來的諸多挑戰(zhàn),制定行之有效的低碳化發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施路線;應(yīng)立即行動(dòng)起來迎接挑戰(zhàn),加快行業(yè)的綠色低碳化轉(zhuǎn)型發(fā)展,尋找行業(yè)的有效生存空間和突圍道路;應(yīng)充分利用轉(zhuǎn)型發(fā)展中的一些機(jī)遇點(diǎn)求得發(fā)展優(yōu)勢(shì),大力發(fā)展綠色低碳地球物理技術(shù),開拓新的多元化技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域和市場(chǎng),尋求新的可持續(xù)發(fā)展道路。

總體來說,地球物理行業(yè)可以圍繞綠色能源、綠色技術(shù)、綠色服務(wù)、綠色系統(tǒng)優(yōu)化自身的技術(shù)體系,強(qiáng)化地球物理技術(shù)優(yōu)勢(shì),創(chuàng)新技術(shù)方法、服務(wù)內(nèi)容和應(yīng)用場(chǎng)景,維護(hù)傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng),開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng),提升綠色低碳競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),以保持長期可持續(xù)健康發(fā)展。地球物理行業(yè)重點(diǎn)要以以下三條對(duì)策來應(yīng)對(duì)碳中和挑戰(zhàn):通過數(shù)智化變革提升地球物理行業(yè)的低碳化服務(wù)能力;積極拓展新能源與自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等化石能源以外領(lǐng)域的多元化地球物理技術(shù)服務(wù)市場(chǎng);發(fā)揮優(yōu)勢(shì)完善體系大力開拓碳封存技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)。

注:本文參閱了大量報(bào)刊報(bào)道信息和相關(guān)公司企業(yè)年報(bào)、網(wǎng)站信息,因來源碎片化而未能全部在參考文獻(xiàn)中逐一列出,筆者在此致歉。