碳捕获与油藏封存CO2气源途径经济性比较方法分析

0 引言

中国油田大多数处于三次采油阶段，由于水驱采收☠率递减及其他提高采收率方法的适用限制与效果有限，CO2驱油方法逐渐进入人们视野。使用CO2驱油始于1952 年whorton 等人申请的第一项CO2开采原油专利。经过二十世纪五六十年代美国与苏联尝试，20 世纪70 年代CO2驱油项目开始商业化运作。20 世纪80 年代后该技术日趋成熟，并得到广泛应用。2008 年CO2-EOR 项目产量达到全球总提高采收率产量的15. 1%，2009 年CฒO2驱油项目数量占全球提高采收率项目数量的33. 79%。其中，美国是使用该技术最多、最成功的国家，其CO2驱油项目产量在2008 年是美国EOR 总产量的38%。中国CO2驱油研究起步较晚，至今仍处于矿场试验和扩大试验阶段。

近年来，迫于国内能源需求与CO2减排的双重压力，CO2驱油逐渐受到国家及各大油田重视，开始积极开展国家层面的科学研究及企业层面的技术实践。然而，由于我国没有大型CO2气田投入开发，只能依靠从工业副产物中捕获取得，气源受到严重限制[7]。而从工业副产物中捕获CO2成本高昂，使CO2-EOR 项目经济性受到公众的广泛质疑。因此，本文对CO2-EOR 项目中CO2获得途径进行了考察，对同一项目不同气源途径选择时需考虑的因素进行了分析，研究了不同CO2获取途径的经济性比较方法，构建了比较指标及其计算模型，对不同途径公式中经济要素的构成进行讨论，然后采用上述方法对中国现运行的3 个CO2捕集项目进行了实例分析，最后给出结论及推动中国CO2-EOR 发展的规划建议。

1 CO2气源途径

国内一直有小型CO2气源供应，主要为制氢和化肥厂尾气，以满足我国生产碳酸饮料、焊接、化工和制冷等行业需求。制氢装置与化肥厂尾气CO2浓度高，提纯工艺成熟且经济，但规模不大，无法满足油田注气要求。因而，实施CO2驱油项目必须寻找更为庞大的CO2气源。可能的CO2大型气源主要有: CO2气田、高含CO2天然气处理装置尾气和大型高能耗企业废气。

1. 1 CO2气藏

我国10 多个省市的30 多个地区发现了CO2气田，多数纯度达95% 以上，最高达99. 88%。戴金星院士认为气藏中CO2含量达60% 以上，即可以称为CO2气藏。

1. 2 含CO2天然气藏

中国存在大量高含CO2天然气田，气田产出的天然气中含有大量CO2。CO2等杂质的存在会影响天然气燃烧，在销售天然气之前，必须将CO2等杂质分离出来。由于CO2含量高，所以分离出的气体杂质几乎是纯的CO2气。这部分气体没有很好的用途，基本都被排放到유大气中，不仅造成对环境的污染，也是对CO2资源的浪费。如果这类气田附近恰好有油田存在，可将分离出的CO2注入到附近油藏中，不仅可以驱动原油的流动，提高采收率，还可以减少CO2向大气中的排放。

1. 3 工业废气中捕获

工业废气是全球温室气体排放量增加的主导因素。对CO2驱油项目来说，它也是巨大的CO2气源。2006 年，白冰等人对中国8 类企业CO2排放量进行了调查分析，发现中国CO2排放量最多的行业依次是火力发电 、水泥制造业 和钢铁制造业。Hendriks C 等人建立了世界9 类企业的CO2排放源数据库，这9 类企业的排放量构成。中国CO2排放构成与世界基本一致。对CO2捕获应从火电、水泥、钢铁、合成氨和炼油等CO2排放比例较大行业入手，不仅可以减少大量CO2排放，也可以为CO2-EOR 项目提供充足的气源。

2 不同气源途径经济性比较方法

本部分构建了比较不同途径经济性的指标及其计算模型，对计算方法中不同途径所涉及到的经济要素构成进行了分析。

2. 1 经济性比较方法

不同获得途径产出物均是CO2，不同的是为了获取CO2发生的投入，所以对不同途径的比较只需对不同途径投入要素进行分析比较。其中，投入主要包括项目投资与运营成本。因此，本文提出了单位气费用现值和单位气费用年值两个指标，作为衡量不同途径经济效果的判断标准。通过这两个指标可以比较不同寿命期、不同规模CO2捕获项目的经济可行性。

ย不同途径投入要素进行分析比较。其中，投入主要包括项目投资与运营成本。因此，本文提出了单位气费用现值和单位气费用年值两个指标，作为衡量不同途径经济效果的判断标准。通过这两个指标可以比较不同寿命期、不同规模CO2

3 结论与建议

1) 文中构建的CO2气源途径经济性比较指标P1、P2和其经济要素的计算方法，可以为计划实施的CO2-EOR 项目气源途径选择决策提供方法支持和指导。其中，P2指标可以与购买CO2市场价格直接进行比较，从而判断捕获项目开展与购买哪个更加经济。

2) 对不同CO2气源途径投入要素分析发现，在CO2-EOR 项目各种气源途径中，从已开发天然气藏天然气处理尾气中捕获CO2最经济。在CO2-EOR 技术发展尚不成熟，中国推广CO2-EOR 技术初期，应首先从该种途径气源着手。其他气源途径经济性无法通过简单分析 ☻取得，需利用文中研究方法进行具体分析比较。

3) 通过对中国现行捕获示范装置采用上述方法进行分析比较发现，当假设项目寿命期为20 年，折现率为10%时，重庆合川电厂和上海石洞口第二电厂的单位气费用年值分别为556 元/t 和573 元/t，比中国重庆地区600 元/t 的售价略低，有一定利润空间。华能北京热电厂CO2捕获项目单位气费用年值为1397 元/t，远远高于重庆CO2市场价格。但中国不同地区CO2售价有很大区别，所以捕获项目与购买相比的经济情况需要根据项目所在地区CO2市场价格确定。

4) 对三个捕集示范项目敏感性分析显示，华能北京热电厂项目对投资更加敏感，说明项目投资超出了正常范围，这也是该项目不经济的主要原因。重庆合川电厂和上海石洞口第二电厂CO2捕集示范工程投资与成本处于正常范围，其对成本更为敏感。说明在CO2捕集项目中，成本是决定项目经济效果的关键，技术条件限制和运营成本的居高不下是制约CO2捕集项目商业化推广的重要因素。因此，中国应认识到CO2气体减排迫切需要，加大CO2捕集技术研发投入，从而降低CO2捕集成本，为CO2捕获与减排提供技术和经济基础。