中海油W油田群基于一種碳排模型的分析與計(jì)算

楊明偉(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

2020年9月，國(guó)家主席習(xí)近平在聯(lián)合國(guó)成立75周年紀(jì)念峰會(huì)上宣布，中國(guó)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。隨著社會(huì)發(fā)展，化石燃料的開采和消耗不斷向大氣中釋放溫室氣體，導(dǎo)致全球變暖，產(chǎn)生了一系列的環(huán)境惡化問(wèn)題，中國(guó)作為最大的發(fā)展中國(guó)家，2017年正式啟動(dòng)全國(guó)碳排放交易體系，發(fā)電行業(yè)是首批納入交易管理的行業(yè)。這是中國(guó)利用市場(chǎng)機(jī)制來(lái)控制溫室氣體排放、推動(dòng)綠色低碳發(fā)展的一項(xiàng)重大創(chuàng)新實(shí)踐。中國(guó)海油黨組通過(guò)召開務(wù)虛會(huì)、新能源業(yè)務(wù)研討會(huì)等多種方式，切實(shí)增強(qiáng)加快推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的責(zé)任感、使命感、緊迫感；所屬各單位積極行動(dòng)，扎實(shí)踐行綠色低碳戰(zhàn)略，推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全力推動(dòng)公司能源轉(zhuǎn)型發(fā)展邁上新臺(tái)階。

在《中國(guó)海油2021年領(lǐng)導(dǎo)干部會(huì)議》上，汪東進(jìn)要求“聚焦踐行‘雙碳’目標(biāo)要求，實(shí)施綠色發(fā)展跨越工程”“深化內(nèi)部挖潛，扎實(shí)抓好節(jié)能降耗減碳”。W油田群投產(chǎn)后，會(huì)涉及到CO2排放，通過(guò)分析計(jì)算，年排放量約每年22萬(wàn)噸CO2。W油田群生產(chǎn)準(zhǔn)備組員工為積極響應(yīng)公司要求，充分發(fā)揮在項(xiàng)目階段的作用，梳理油田群存在的碳排放環(huán)節(jié)及設(shè)施，核算整個(gè)油田群的碳排放量，在碳中和的宏偉目標(biāo)下，油田生產(chǎn)追求綠色、零碳發(fā)展。

1 基于碳排模型的分析

1.1 W油田群的簡(jiǎn)介

W油田群位于南海北部灣盆地，其包括1個(gè)陸岸終端(簡(jiǎn)稱“W終端”)和3個(gè)海上井口平臺(tái)(分別為A平臺(tái)、B平臺(tái)、C平臺(tái))，三條油氣輸送海底管線。W油田群采用岸電，岸電經(jīng)W終端向3個(gè)海上平臺(tái)供電。B、C平臺(tái)的生產(chǎn)物流經(jīng)A平臺(tái)匯總后，輸送至W終端處理、儲(chǔ)存和外輸。W油田群生產(chǎn)的特點(diǎn)是A、B、C海上平臺(tái)分布集中，可以互相依托。從地理位置上看，A、B、C海上平臺(tái)之間位置靠近，通過(guò)海底管線和電纜連接，正常生產(chǎn)過(guò)程中互相依托，共同配合完成油氣的開采、處理、輸送，以及動(dòng)力和電力等能源的供應(yīng)。

1.2 W油田群各裝置簡(jiǎn)介

A平臺(tái)為4腿導(dǎo)管架井口平臺(tái)，設(shè)有80人生活樓、模塊鉆機(jī)、井口生產(chǎn)計(jì)量設(shè)施、注水設(shè)施、開排系統(tǒng)、閉排系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)等。平臺(tái)沒(méi)有火炬長(zhǎng)明火，而是設(shè)置冷放空系統(tǒng)，用于緊急和事故工況下伴生氣的釋放。共有48個(gè)井槽(4個(gè)單筒雙井)，先期鉆井49口，其中29口生產(chǎn)井，20口注水井，采用注水開發(fā)方式。平臺(tái)主要耗能設(shè)施為電潛泵、模塊鉆機(jī)、柴油吊機(jī)和消防泵等，消耗能源種類為電力、天然氣和柴油。

B平臺(tái)為4腿導(dǎo)管架井口平臺(tái)，設(shè)有30人生活樓、液壓修井機(jī)、井口生產(chǎn)計(jì)量設(shè)施、注水設(shè)施、開排系統(tǒng)、閉排系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)等。平臺(tái)沒(méi)有火炬長(zhǎng)明火，而是設(shè)置冷放空系統(tǒng)，用于緊急和事故工況下伴生氣的釋放。共有20個(gè)井槽(12個(gè)單筒雙井)，先期鉆井13口，其中9口生產(chǎn)井，4口注水井，1口水源井(與注水井共用井槽)。平臺(tái)主要耗能設(shè)施為電潛泵、液壓修井機(jī)、柴油吊機(jī)和消防泵等，消耗能源種類為電力、天然氣和柴油。

C平臺(tái)為8腿導(dǎo)管架井口平臺(tái)，設(shè)有80人生活樓、模塊鉆機(jī)、井口生產(chǎn)計(jì)量設(shè)施、注水設(shè)施、開排系統(tǒng)、閉排系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)等。平臺(tái)沒(méi)有火炬長(zhǎng)明火，而是設(shè)置冷放空系統(tǒng)，用于緊急和事故工況下伴生氣的釋放。共有48個(gè)井槽(20個(gè)單筒雙井)，先期鉆井30口，其中19口生產(chǎn)井，11口注水井，1口水源井(與注水井共用井槽)。平臺(tái)主要耗能設(shè)施為電潛泵、模塊鉆機(jī)、吊機(jī)(電動(dòng)吊機(jī)和柴油吊機(jī)各一臺(tái))和消防泵等，消耗能源種類為電力、天然氣和柴油。

1.3 W終端工藝流程

A、B、C海上平臺(tái)生產(chǎn)的含水原油、天然氣混輸上岸進(jìn)W終端，利用段塞流捕集器對(duì)海管來(lái)含水原油及段塞流進(jìn)行緩沖及氣液分離，分離出的液體進(jìn)入一級(jí)三相分離器和二級(jí)三相分離器進(jìn)行原油脫水，脫后污水排至采出水處理站處理后達(dá)到注水水質(zhì)要求后，外送至海上平臺(tái)做注水用。

脫水原油含水率合格后進(jìn)原油穩(wěn)定部分。原油穩(wěn)定工藝采用微正壓閃蒸法將原油在儲(chǔ)存溫度下的飽和蒸汽壓控制到小于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?.7倍。脫水、原油穩(wěn)定后合格原油至罐區(qū)儲(chǔ)存后外銷。

原油處理部分脫出的天然氣經(jīng)三級(jí)壓縮后進(jìn)入下游天然氣處理部分。天然氣經(jīng)活化MDEA胺法吸收再生法脫酸后，將CO2含量降低至某一濃度以下，經(jīng)三塔分子篩吸附脫水工藝降低天然氣含水量。輕烴回收工藝采用冷卻分餾法獲取LPG產(chǎn)品。天然氣制冷采用成熟、可靠的單混合制冷工藝得到LNG產(chǎn)品。LNG、LPG至罐區(qū)儲(chǔ)存后裝車外銷。

W終端的燃料氣以LNG儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)產(chǎn)生的BOG和脫碳單元的天然氣為主、段塞流捕集器分離出的氣相作為補(bǔ)充，經(jīng)調(diào)壓計(jì)量后進(jìn)入燃料氣分液罐緩沖分離液相后，送至導(dǎo)熱油爐單元作為導(dǎo)熱油爐燃料。W終端開工階段或者外部管道停輸、工藝裝置停運(yùn)期間，可以取液化氣球罐罐頂?shù)氖蜌饨?jīng)調(diào)壓后作為W終端廠內(nèi)燃料氣氣源。

1.4 W油田群的碳排模型分析

根據(jù)碳排放的環(huán)節(jié)不同，將海上平臺(tái)分為主工藝系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、水工藝系統(tǒng)、生活區(qū)和鉆完井服務(wù)五大部分，將陸上終端分為主工藝系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、水工藝系統(tǒng)、生活區(qū)四大部分。依據(jù)《中國(guó)石油天然氣生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告》，W油田群溫室氣體的排放類別為：化石燃料燃燒CO2排放、火炬燃燒排放、工藝過(guò)程排放(放空及逃逸)、凈購(gòu)入電力產(chǎn)生的 CO2排放［1］四部分。

1.5 依據(jù)碳排放模型分析產(chǎn)生碳排放的設(shè)施

A、B、C海上平臺(tái)是由W終端供電，采用岸電，為方便計(jì)算，將3個(gè)海上平臺(tái)的耗電量計(jì)入W終端。A、B、C海上平臺(tái)的碳排放設(shè)施分為三部分：應(yīng)急發(fā)電機(jī)和柴油吊車、冷放空系統(tǒng)、采油樹和鉆完井期間，對(duì)應(yīng)消耗的能源種類分別是柴油、伴生氣、伴生氣。W終端的碳排放設(shè)施分為五部分：用電設(shè)備、熱媒爐、火炬、脫酸系統(tǒng)、工藝生產(chǎn)過(guò)程中的CH4逃逸等，對(duì)應(yīng)消耗的能源種類分別是岸電、天然氣。

2 預(yù)估油田群的碳排放量

依據(jù)《中國(guó)石油天然氣生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告》，凈購(gòu)入電力隱含的CO2排放量和化石燃料燃燒CO2排放量公式如下。

式中：ECO2-凈電為凈購(gòu)入的電力消耗引起的CO2排放(噸CO2)；AD電力為企業(yè)凈購(gòu)入的電力消費(fèi)(MW·h)；EF電力為電力供應(yīng)的CO2排放因子(噸CO2/MW·h)；

式中：ECO2-燃燒為化石燃料燃燒CO2排放量(噸CO2)；AD燃料為化石燃料消耗量 (t或萬(wàn) Nm3)；CC燃料為化石燃料含碳量(對(duì)固體和液體燃料以t碳/t燃料為單位，對(duì)氣體燃料以 t碳/萬(wàn)Nm3為單位)；OF燃料為燃料的碳氧化率，取值范圍為0～1。其中CC燃料=低位發(fā)熱值×單位熱值含碳量。

海上平臺(tái)CO2排放量估算：化石燃料燃燒消耗柴油，按照單個(gè)海上平臺(tái)年消耗23.22 t柴油計(jì)算，CO2排放量為73.14 tCO2/年。冷放空系統(tǒng)涉及到伴生氣逃逸，按照冷放空系統(tǒng)逃逸甲烷量0.45 tCH4/年·個(gè)計(jì)算，單個(gè)海上平臺(tái)CO2排放量為1.24 tCO2/年。A、B、C海上平臺(tái)生產(chǎn)井個(gè)數(shù)分別為25、9、19，按照工藝逃逸甲烷量0.23 tCH4/年·個(gè)計(jì)算，CO2排放量分別為15.81 tCO2/年、5.69 tCO2/年、12.02 tCO2/年。經(jīng)計(jì)算，在海上平臺(tái)耗電量計(jì)入W終端的情況下，A、B、C海上平臺(tái)CO2排放量分別為90.19 tCO2/年、80.07 tCO2/年、86.40 tCO2/年。

W終端的碳排放設(shè)施具體數(shù)據(jù)如表1所示[2]。

表1 W終端各種排放設(shè)施及排放源的CO2預(yù)估排放量

目前我國(guó)海上平臺(tái)主要采用自發(fā)電形式，發(fā)電機(jī)組以伴生天然氣或者原油作為燃料發(fā)電給生產(chǎn)設(shè)施供電。為了貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，中海油加大國(guó)內(nèi)油氣勘探開發(fā)，開展增儲(chǔ)上產(chǎn)“七年行動(dòng)計(jì)劃”，未來(lái)海上油田發(fā)電機(jī)組數(shù)量還會(huì)增加。雖然自發(fā)電形式有效的保障了海上油田開發(fā)及電力供應(yīng)，但與陸地聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組相比，海上自發(fā)電機(jī)組發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生了大量的溫室氣體和污染物。

為大幅降低海上石油開發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中溫室氣體和氮氧化物的排放，積極響應(yīng)和全面貫徹黨中央關(guān)于“堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)”的工作部署，W油田群采用外購(gòu)電即岸電形式。W終端地理位置位于陸地，設(shè)計(jì)利用岸電，同時(shí)海上平臺(tái)由W終端供電，所以岸電占總用電量的比例較大，溫室氣體排放量較大；反之自發(fā)電量較小，溫室氣體排放量較小。

通過(guò)分析計(jì)算，W油田群碳排放量達(dá)220 588.43 tCO2/年，約為 22 萬(wàn)噸 CO2/年，其中“凈購(gòu)入電力隱含的CO2排放”占比達(dá)91.86%，其次是W終端廠的熱媒爐“化石燃料燃燒溫室氣體排放(鍋爐)”占比達(dá)5.63%，“工藝過(guò)程溫室氣體排放”占比2.45%，“火炬燃燒”和“工藝逃逸”產(chǎn)生的溫室氣體排放占比很小。

3 結(jié)語(yǔ)

中海油油田群在正常生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體排放，主要包括用電產(chǎn)生的排放、化石燃料燃燒排放、火炬燃燒排放、放空與逃逸排放。

本文基于一種碳排模型，對(duì)W油田群生產(chǎn)過(guò)程的碳排放進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，W油田群全部采用岸電，因此凈購(gòu)入電力隱含的CO2排放成為最大的排放源?？赏ㄟ^(guò)電能質(zhì)量治理，節(jié)能設(shè)備引入等間接減少碳排放量。也可以通過(guò)引入新能源，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等，由清潔能源供電，從而減少購(gòu)電量，減少碳排放量。