本文重点为石油和天然气行业如何利用其专业知识助力实现净零目标。
碳捕集和封存(CCS)是经过验证和证明的从工业碳排放源捕集CO2并将其输送到地下地质层进行永久封存的过程。根据能源转型研究，CCS对于实现围绕碳中和的雄心勃勃的社会目标至关重要，如加州到2030年温室气体（GHG）减排40%，到2045年实现净零排放的目标。CCS项目的规模差异很大，尤其是在海上和陆上封存综合体之间。与大规模CCS项目相关的封存综合体的实施、运营和监控需要跨多个学科的专业知识。
对地下复杂性、土地定位、商业模式和广泛利益相关者期许的务实和知情的工作知识，有助于早期有效地采用CCS。
石油和天然气能源行业凭借其独特的定位和技能，处于引领CCS创新以降低与许多工业部门的能源生产相关的碳强度，同时发展基础设施和能力以构建可再生能源和零排放能源综合体的理想位置。
为了促进对立即可用脱碳项目的接受和行动，并利用这一机会，CCS宣传工作应认识并传达三个基本原则，这三个原则是成功实施大规模地下封存的基础。第一个是，短期商业上可行的封存、技术经验和资本投资对将CCS项目推向市场至关重要；其次，现有井眼和废弃井眼是监测CO2运移的宝贵且易于管理的资产；最后，整个价值链和利益相关者领域的广泛利益相关者参与对CCS行业的成功启动至关重要。
1. 所需资源
美国地质调查局和国家能源技术实验室（NETL）等知名机构此前在美国大陆进行的储量评估表明，全国沉积盆地的平均油气储量分别为30000亿吨和86130亿吨。近期可采取行动的封存必须符合地质和储层质量筛选标准，同时还必须满足所需的最低技术和风险阈值，才有资格成为可行的地点。实际上，为了使相关项目具有商业可行性，封存地点应位于合理靠近排放源和运输网络的范围内。
允许美国环保署规定的六级标准的UIC（地下注入控制）井开展CO2注入，是特定于项目的，需要详细的地层和构造制图、地质建模、羽流开发、CO2运移模拟、地下饮用水源的隔离证明以及盖层完整性和增压等地质因素的评估。考虑到这项工作的复杂性，经验丰富的技术团队需要了解相关标准，并确定将研究区域推进到合格和允许的地点所需的适当组合特征。储层压力管理等技术也是每个大型项目要考虑的关键因素。
与石油资源管理系统类似，SPE开发了CO2封存资源管理系统（SRMS），以帮助对封存储量的分类。碳收集国家领导人论坛（CSLF）提出了一个与技术可采储量的碳氢化合物资源金字塔非常类似的CO2封存能力金字塔。图1显示了总容量、封存确定性和封存成本之间的关系。基于对封存潜力的高度确定性的要求，短期可操作的封存仅代表理论封存容量的一小部分。
图1：公司技术经济资源金字塔地质介质中的CO2封存容量。（来源：CSLF）
随着CCS项目的增加，SRMS等工具可用于量化和验证早期封存项目中封存资源的可行性。通过注入阶段的演示，SRMS或其他类似过程将为剩余和最终封存量的评估提供信息。最终，将在项目层面以一致且可量化的形式定义封存容量。可操作的存储容量将由公众和监管机构的接受度来定义，并由项目经济性和预计的投资者回报来实现。此外，正确评估合格的封存资源有助于在CCS价值链上形成互利的伙伴关系，以快速启动和推动CCS行业。
2. 现有井筒价值
选择在枯竭油气田进行注入和封存CO
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，而不是在未开发地区注入和封存CO
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，其优势在于枯竭油气田已建立充分表征的地质描述、已知储层条件、已有生产和注入历史，最重要的是，其储层具备压力耗尽的孔隙空间。现有油井的位置也非常理想，可以安全可靠地充当主动注入和注入后的监测井。
图2. 显示了加州CCS项目的深度。（来源：加州资源委员会）
关于油井水泥与CO
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和盐水相互作用对井筒完整性的影响，国家能源实验室（NETL）开发的大量经验证据支持波特兰水泥的弹性标准，因为波特兰水泥在CO
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和盐水存在的情况下会发生自愈反应。Carey等人（2007年）在30年的主动注入CO2驱油提高采收率后，从SACROC（1972年美国德州开展的世界上第一个大规模CO2驱油项目）油井中提取水泥样品时，首次观察到这种相互作用的现场证据。最近，Carey等人（2019）还提出了经验、实验和数值研究相结合的结果，表明之前认为的泄漏风险和CO2储存持久性的不确定性显着降低。
在储层管理、油井设计和油井完整性方面接受过培训的专家，在油气作业中具有良好的安全记录，最适合评估和管理可用于CCS行业效率和商业性的油井资产。当前和现有的技能和资产直接转化为有影响力的近期推动者，从而启动这一新行业。
3. 早期利益相关者参与
在项目开发过程中，越早地让参与CCS项目的所有利益相关者参与，将有助于提升接受程度并获得支持。利益相关者不仅是员工、投资者、土地所有者和合作伙伴，还包括将通过许可程序推进CCS项目的众多监管机构。民选官员、行业协会、地方规划官员、有影响力的商业领袖、学术界和地方社区成员和领导人有助于项目开发商获得重大项目实施、技术卓越和环境管理的跟踪记录。与CCS项目所在的更广泛社区建立伙伴关系并承担责任，将表明长期致力于为当地居民利益相关者提供增加当地收入并支持教育和就业机会。
由于CCS项目将积极注入10至30年，注入后监测将持续数年至数十年，因此利益相关者将支持可靠、成熟的运营商，这些运营商致力于以负责任的方式成功完成这些项目。
图3. 能源运营发生在加利福尼亚州Elk Hills油田的圣华金盆地。（来源：加州资源委员会）
4. CCS可行性
未来的能源领域和现在的油田是相似的，都具有类似的技能、专业知识和经验。许多未来的可再生能源和燃料来源，将需要捕集和封存CO2以实现净零排放和负排放。
孔隙空间被地质工程和地球科学团队用来评估CO
2项目的地下封存容量。与成熟和枯竭油气田相关的现有井筒是CCS项目的基础，可以利用技术和行业专业知识进行管理。CCS项目的选址和社会接受度还取决于CCS行业与所有利益相关者的规划部署是否成功。目前许多生产石油和天然气的社区欢迎这些项目，他们了解该项目的就业和税收价值，并希望为当地社区、州和国家提供负担得起的、可靠的独立能源。
原文作者：Joe Jephson，是一位石油工程师和能源转型爱好者，在陆上和海上的作业、完井、生产工程、技术考察以及现在的CCS/CCUS碳管理方面拥有20年的行业经验。在加州资源公司，Joe Jephson正在领导Carbon TerraVault CCS地质封存项目。
原文链接：
https://www.hartenergy.com/exclusives/ccs-keys-executing-essential-solution-carbon-neutrality-200457
