金正能源咨询事业部：“双碳”背景下油气勘探开发领域节能减排技术发展对策分析！

发布时间：2025-09-07 06:32

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随着气候变化挑战日益严峻，低碳发展成为全社会经济、能源和技术转型的关键词。实现碳中和目标是能源行业一次彻底的革命，加快调整生产方式减少碳排放，已成为大型石油公司的共识。

2022年，全球能源相关的二氧化碳排放量增长了0.9%，比2021年增加3.21亿吨，达到368亿吨。我国二氧化碳年排放量居全球首位，2022年达到114.77亿吨，与2021年相比，下降了0.2%。油气行业全价值链从开采、运输、储存到终端应用产生的碳排放量达到全球总碳排放量的42%。其中，油气使用阶段的碳排放量占33%，勘探开发、储运、炼制等生产阶段的碳排放量占9%；而上游钻完井与生产过程中的二氧化碳排放是实现净零排放的重要阶段，要实现碳达峰和碳中和目标，油气行业上游勘探开发领域的碳减排刻不容缓。我国石油公司如何在勘探开发领域统筹布局也是当下面临的挑战之一。

碳减排是油气行业实现碳中和的重要途径

从宏观角度来看，减少碳排放的主要措施包括碳替代、碳减排、碳封存、碳循环4种（刘长松，2021）。其中，碳减排主要包括节约能源和提高能效，从源头减少“黑碳”的排放量。

节能领域涉及面极其广阔，而且各个细分领域相互交叉，很难形成明确的子行业分类。根据主要的能源的消耗领域，大致可分为工业节能、建筑节能、交通节能三大类：其中油气产业链主要属于工业节能领域，而工业节能关键在于余热的回收利用、节电。此外，虽然工业节能与油气碳减排有着较高的重合度，但二者之间并不能完全等同，因此除了工业节能中依靠电机用电节能、余热利用外，油气行业的碳减排还包括提高系统效率、完善优化生产工艺等其他措施。

油气勘探开发领域节能技术发展形势

（1）油气开发生产工艺优化节能技术

油气勘探开发过程中温室气体的来源主要有7个部分，按碳排放量由大至小依次为油气处理、油气生产、甲烷泄漏、天然气液化、火炬放空、钻井排放和直接排放，相关研究表明，其中油气处理和生产环节的碳排放占比超过了50%。

在钻采环节，石油钻探企业在开发能源中消耗了大量的能量和成本，因此有必要引进节能减排技术，降低石油钻井过程中的消耗。2022年，NOV公司利用平滑峰值和降低峰值技术降低钻井设备的功率。通过将发电机容量减半，发动机在更高的负载下运行，与此同时关闭其他单元，从而从根本上提高燃料效率，据估计，此技术可以将总的燃料和排放减少25%以上。注采环节中，目前存在注水系统能耗过高，传统泵存在抽油杆与油管偏心磨损、电力成本高，当油井产量下降到临界流速以下如何减少气举设备的停机时间等问题。

此外，储运作为高耗能环节，能源消耗巨大，能源浪费现象普遍。面对较严峻的能源形势，节能降耗任务艰巨，因此，采取针对性的节能措施开展能效提升项目，可有效降低能耗，减少污染，提高效率。伴生气中的甲烷是大气中主要的温室气体之一，当前很多油田存在伴生气用量不足、井口与增压点伴生气放空的不合理状况，既浪费资源又污染环境。

（2）油气开发生产余热利用技术

余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。其包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。在油气生产中，若能将这些余热资源科学合理利用，则能够大幅度降低燃气、燃油消耗，满足绿色低碳工业发展要求。

例如，含油污水中蕴藏着大量热能，这些低品位热能可以通过热泵技术辅以少量天然气或电力资源，提取转化为70～80℃的高品位热能，然后以换热的方式把热能传递给各种被加热介质，从而替代油田联合站中由传统加热炉提供的外输、脱水、采暖、保温等热负荷，实现油田含油污水余热回收利用。

（3）油气开发生产清洁能源技术

使用清洁、可再生能源是上游减碳的最佳解决方案之一，围绕能源转型趋势，油气公司积极布局风能、地热、氢能等新能源领域，并与油气开发工程协同，实现油气绿色低碳开发。油气公司在为自身油气业务减碳的同时，将新能源技术与自身工程技术进行整合，成为未来能源转型的推动者。

①太阳能光热技术即利用光热效应，把太阳光的辐射能转换为热能，用于生活用热、工业用热和太阳能热发电。现有太阳能光热技术在油气上游主要用于输油管线伴热、储油罐维温等集输系统以及稠油热采等。

②随着风电资源优化配置加速和布局调整，风电正成为应对能源和环境挑战、实施低碳能源战略的重要组成部分。近年来，风电的装备研发和制造技术快速提升，成本不断下降，为油气田企业进入风电行业带来了机遇。

③地热资源的开发利用与油气田企业的传统优势相吻合，企业在数十年的勘探开发中积累了大量相关经验。在明确热储有利区域的基础上，大力拓展地热开发利用空间，加快实施地热供暖、地热发电、地热制冷、“地热＋”综合梯级利用，为改善城市人居环境、促进节能减排、推进能源结构调整、加快经济绿色发展做出积极贡献。

油气勘探开发领域节能技术发展建议

①钻井环节：建议可分别从提高发电机组的性能；平滑/降低峰值，提高系统的整体效率；通过节能添加剂提高机械效率；循环利用混合油基泥浆；真空、低工艺温度和氮气覆盖提高能源利用效率；数字化管理以更好地规划发动机需求，降低温室气体排放等方面开展节能减排技术。

②注采环节：通过将电压缩技术与先进的过程控制相结合，可实现自动和远程启动功能，消除高排放事件，将压缩机停机时间降至最低；使用新型环保人工举升系统，提高泵效率；此外，基于云的数据库，通过机器主动学习分析解决间歇关井，从而减少液体负荷和排放。

③输油环节：可通过提高换热效率相关的技术，包括重新设计换热网络；采用两级换热器换热和两级高效三相分离器进行分离；真空相变加热炉取代传统的水套炉，不加热集输等方面，提高换热效率，降低能耗。

④伴生气回收利用：为实现站场伴生气有效回收利用，可采用相关的技术主要包括：投用三级洗涤压缩冷却压缩机设备、伴生气接收罐和新增工艺流程；对区块来气进行计量、增压、脱水、脱烃等工艺；从储层顶部通过直井注入非混相或混相气体，利用不同的储层流体密度导致的重力分离，提供重力稳定的驱油效果等技术。

⑤余热利用：可参考的余热利用及节能减排的相关技术包括：超临界二氧化碳系统的余热发电技术—基于西门子先进的朗肯循环工艺，使用超临界状态的工业级CO2作为工作流体，将余热转化为可用电力；冷热电三联供系统—由卡琳娜循环、LNG循环和低温制冷循环三部分构成的基于SAGD稠油开采余热利用系统；稠油开发余热利用技术工艺—采用高效隔热和蒸汽干度控制技术，提高注入地层的蒸汽干度；海上平台透平烟气余热循环技术—将透平高温烟气余热与水进行热交换，产生的高温低压饱和蒸汽加热含聚原油；余热蓄热技术—利用污水余热结合高温水源热泵技术和峰谷电价政策进行原油加热和掺水加热等。

⑥清洁能源融合发展：利用光伏系统取代化石燃料供应电能，应用于人工举升作业；以及通过太阳能集热系统生产蒸汽加热油层提高石油采收率。通过风能利用，减少发电对能源的消耗。此外，除了风、光、地热外，锂离子电池与钻井设备或新能源耦合，以及光伏和波浪能的组合，产生的节能减排效果也是值得关注的领域。

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