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可以提高从地下开采石油采收率来应对气候变化

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为了为子孙后代确保稳定的气候,人类将需要永久掩埋数十亿吨的二氧化碳(CO2)。大气中已经有太多气体了-百万分之415的含量,科学家说350 ppm是安全的上限-并且我们每年的排放量越来越多。建立足够规模的碳捕集与封存(CCS)行业意味着立即开始,但至少目前没有这样做的经济动力。公司无法通过埋碳来赚钱,因此多数情况下却没有。

扩大该行业碳捕获方面的一种方法是增加对捕获的CO2的需求,该CO2可用作各种其他工业过程的输入或原料。从工业废物流或环境空气中捕获二氧化碳并在工业中使用它被称为碳捕获和利用(CCU)。这个想法是,CCU可以用作最终CCS的“入口”,从而降低了碳捕集的成本,并铺设了大规模的最终CCS所需的一些基础设施,例如管道。这是CCU的四部分系列文章中的第二篇。在第一个简要介绍,以需要CCS和各类CCU的可能把它弄去。它会给你一块土地。

在第三篇文章中,我将介绍一些更有趣和有希望的CO2用途,例如在混凝土,燃料和塑料中的用途。但是,在这篇文章中,我想着重介绍当前最大的工业用途CO2:提高采收率(EOR),将加压的CO2注入现有的油气储层中,以挤出更多的碳氢化合物。如今,EOR是唯一已达到可观规模的二氧化碳工业用途。正如市场研究公司IHS Markit的这张图片所示,全球88%的二氧化碳使用是“气态”的,这意味着直接使用二氧化碳来促进化石燃料的回收(在美国,这一比例约为75%):

 全球二氧化碳使用IHS MarkitEOR还有另一个区别:它也是目前任何规模的唯一碳固存行业。它使用大量的CO2,并将其中的很多永久性地掩埋。如果周围有CCS的入口,就这样。对于石油和天然气行业来说,提高采收率是一个容易的电话。更多的石油,更多的收入;全部都有好处。但是对于那些对尽快减缓和逆转全球碳排放量增长感兴趣的人来说,情况要复杂得多。苦恼,甚至。

对于提高采收率(EOR)作为降低石油碳强度并隔离大量碳的一种方法,存在着强烈的争论。但是,还有一个令人信服的理由反对,那就是应该减少石油和天然气的产量,而不是更多。我与之交谈的几乎每个人都 至少对此感到矛盾。 资助石油生产真的是开始大规模固碳的唯一途径吗?我们真的要让石油和天然气公司影响气候政策的规模和速度吗?

让我们尝试解决这个问题。首先,我们将审查案件,然后再审查。EOR的气候案例新兴能源集团(BP,雪佛龙,南方公司)和碳捕集联盟(贸易集团,石油和天然气公司以及一些非营利组织)等新兴产业集团如雨后春笋般冒出来,提出了更多开采石油和天然气的论点。脱离地面可以帮助应对气候变化。这似乎违反直觉,但至少在理论上,这是可能的。

让我们回顾一下EOR的基础。石油公司挖井时,生产分为三个阶段。在初级生产过程中,地下油藏中积聚的自然压力将石油推至地表。通过这种方式可以回收储层中约10%的石油。在二次生产过程中,通常是水或天然气的流体被泵送通过储层,以冲洗掉更多的油。可以从20%到40%的石油中回收。

在此之后进行第三次生产,包括注入最初未在储层中发现的任何流体。第三类生产的最常见形式是EOR,即有时与水脉冲交替出现的高压CO2被注入井中,以与油结合并更多地将其带到地面。EOR可以回收储层中高达60%的石油。 采油率NETL(从技术上讲,EOR可能涉及注入多种物质,但是出于本文的目的,我将使用它来表示使用CO2进行EOR。)

自1970年代初以来,美国就开始实行EOR。世界上最活跃的EOR地区是德克萨斯州西部和新墨西哥州东南部的二叠纪盆地。美国EOR公司每天生产45万桶,其中25万桶来自二叠纪。为此目的,修建了数千英里的管道和基础设施。这里需要注意:EOR与水力压裂或“压裂”不同,后者是广为人知的将高压流体泵入地下以释放更多石油和天然气的方法。简而言之,压裂力在岩石中打开了新的裂缝,而EOR“擦洗”了现有的通道。

(对于EOR和CO2减少潜在的最好的技术纲要,看到这个新纸气候前沿,通过凡妮莎·努涅斯·洛佩斯和地质杰克逊学院和德克萨斯大学奥斯汀分别大学的艾米丽Moskal,下称“ 前沿有关更短且更易获得的治疗方法,请参阅研究人员Deepika Nagabhushan为清洁空气任务组撰写的这份简介。

EOR中使用的大部分二氧化碳都留在地下当将CO2注入地下进行EOR时,其中大部分(约90%至95%)停留在那里,被困在曾经被捕集石油的地质构造中。如果二氧化碳来自正确的来源并且被掩埋了足够的二氧化碳,则可能意味着大量的碳固存。但这是重要的警告。

首先,目前美国EOR作业(截至2010年)使用的二氧化碳中,只有不到15%的二氧化碳来自“人为”来源,例如天然气加工和碳氢化合物转化。超过85%的资源来自“地面”资源,即地球表面下的一些大型天然CO2储集层。它已经被隔离;它必须被挖出来。最好的EOR希望做的就是重新埋葬它,这是在整个生命周期中绝对耗碳的做法。(尽管二叠纪有一个大型的DAC示范工厂正在运行,但没有直接的空气捕获产生大量的EOR CO2 。)

其次,由于缺乏政府政策,EOR运营商完全将二氧化碳视为一种成本。他们希望最小化购买量,使用量以及被隔离的剩余量。EOR倡导者在气候界表示,可以通过明智的法规和激励措施改变这两种情况。他们说,提高采收率的公司可以通过政策来指导:a)相比于地面二氧化碳,更喜欢捕集的二氧化碳; b)使用和掩埋尽可能多的二氧化碳。

在理想的世界中,所有EOR操作都将仅依靠人为产生的CO2,并且它们都将尽可能多地隔离。这可能会使它们在生命周期的基础上降低碳排放。即使不足,它们也可以降低所生产石油和天然气的生命周期排放。提倡者说,只要使用石油和天然气,最好使用低碳版本。换句话说,反直觉地,挖掘更多的石油和天然气可能有助于在气候变化方面取得进展。这个愿景有很多建议。

 采收率和盐水储存特遣部队EOR是CCS的诱人入口首先,碳捕集与封存的最大问题是,在没有相当严格的碳价的情况下,没有动力这样做,这意味着很难获得私人资本对其进行投资。EOR是目前唯一可获利的大规模永久性碳固存的形式。在正确的政策体制下,可以利用营利动机来掩埋碳。在此过程中,EOR可以帮助扩大CCS规模并降低成本。

其次,虽然目前尚未详细探讨针对大型CCS讨论过的大多数盐水层(地下深层的多孔,充满盐水的岩石),但对EOR开采所依据的储层却有了更好的了解。有更多的历史记录,它们受到了更多的测试和监视,并且通过将碳氢化合物捕集数百万年的事实证明了它们能够长期安全地存储其内容物的能力。他们是有希望在短期内开始使用CCS的地点。

第三,石油公司拥有管理CCS等庞大行业的设备,经验和资金。他们确切地知道埋在地下的二氧化碳将比开采石油更有利可图的价格点,并在达到该价格点时从一种价格转换为另一种价格。他们已经拥有许多基础设施。只有决策者才能帮助使捕获二氧化碳的价格便宜。最终,有效使用EOR减少碳的能力取决于测量EOR过程的整个生命周期排放的标准化方法。现在非常缺乏这样的标准。关于如何测量以及如何测量存在基本分歧。

在可以量化EOR的碳减排之前,没有办法公平地相信它们。EOR到底是碳负排放还是实际上是负碳排放,是许多争论的主题。正如Frontiers论文所示,在EOR上已进行了许多不同的生命周期分析(LCA),但它们往往会在不同地方划定分析的边界,这使它们难以进行比较。一些人认为,提高采收率的操作是二氧化碳的净贡献者。有些人认为它们是碳净负值。令人困惑。

 EOR的生命周期分析气候前沿前沿论文的作者之一努涅斯-洛佩兹(Nuñez-López)对EOR项目进行了动态 LCA,该方法可测量随着石油产量减少而随时间释放的CO2。研究发现,EOR项目在早期(从6年到18年)的碳净负值,然后随着石油产量的下降而呈碳正值。监管者可以利用这些信息来鼓励最大程度地发挥缓解作用;操作员的决定可能会在最终捕获多少二氧化碳方面产生很大的不同。

业内分析人士认为,借助先进的EOR技术和增加的存储量,每桶石油注入的CO2量可能会从0.40吨增加到0.60吨。在此,清洁空气任务组(CATF)借鉴了国际能源署(IEA)的生命周期分析,该分析表明,考虑到额外的石油供应对全球市场的影响,一桶EOR油比传统方法减少了37%的CO2油。(模型中的CO2是在燃煤和天然气工厂捕获的。)

 EOR的生命周期分析特遣部队但是请记住,这种分析取决于准确地定量多少新的EOR油将取代其他较脏的石油形式,而不是简单地增加所消耗的石油量。那种预测众所周知是狡猾的。没有人真正知道通过提高采收率提高石油供应量会增加世界上的石油成瘾性。

在LCA变得更加标准化和可靠之前,将减排量计入EOR的政策需要大量的希望和信念。在美国,对EOR的主要政策支持是45Q税收抵免正如Frontiers论文所显示的那样,管理EOR的法律和监管制度有些混乱,主要是根据旨在推动更多国内生产的石油和天然气监管制度改编的。

在美国,对CCS的主要政策支持是45Q联邦税收抵免,它是在2018年《两党预算法案》中进行了扩展和改革的。(对石油和天然气行业的税收优惠是美国国会对两党气候政策采取的手段)45Q现在提供:EOR封存的二氧化碳为35美元/吨二氧化碳的其他有益用途(例如合成燃料或塑料)为每吨35美元(我的下一篇文章将对此发表评论)在EOR之外封存的二氧化碳为50美元/吨。从2017年到2026年的十年内,所有这些学分都将逐步增加。)

正如CATF的模型显示的那样,第45季度“导致了CCS的大量部署,到2030年每年捕获和存储约4900万吨的二氧化碳”,而不会取代任何可再生能源。这将使美国实现2030年电力部门所需减排量的三分之二。甚至预期由45Q诱发的CCS量也远不及IEA所说的2度情景所需的量。但是,EOR倡导者说,这是一个开始。

EOR的规模可能足够大,以吸收未来几十年在工业设施中捕获的大部分碳。鉴于政治和政策前景如此不确定,Frontiers论文得出结论:“ CO2-EOR是计划或已经采用CCS的公司在面对政治不确定性时通过其寻求价值的主要渠道。”简而言之,这就是EOR的气候案例。

针对EOR的气候案例反对EOR的案子更为零碎。许多环境团体反对它,因为它对地下水有潜在的影响。许多环境司法团体对此表示反对,因为他们有充分的理由相信通过碳捕获而活着的污染设施将位于他们的社区中。但是,反对EOR的气候案例的核心很简单:气候变化是紧急情况。我们需要掩埋大量的碳,但是让石油和天然气行业设定步伐和条款是疯狂的。在某些稀有情况下,提高采收率可能是负碳,但您知道什么总是负碳?埋入二氧化碳而无需挖出一堆油来燃烧。

迟早,我们埋藏的碳将超过EOR所能处理的。我们将不得不弄清楚如何将其掩埋在盐水层中。从气候的角度来看,尽早解决并开始做是有意义的。与其通过补贴石油和天然气生产来缓慢地吸引私人资本进入企业(一只脚踩在油门上,一只脚踩在刹车上),我们应该像为公共下水道那样,拿出必要的公共资金来大规模进行CCS。处理不同种类废物的系统。

毕竟,就政治经济学而言,赋予石油和天然气公司以新的石油和收入来源的权力并非没有代价。有关化石燃料的使用粉碎了全国范围内的清洁能源投票计划毕竟,石油和天然气公司是不良行为者。几十年来,他们一直在谈论气候变化,与任何迫使他们将污染成本内部化的法规进行激烈斗争,并在联邦和州一级游说反对清洁能源政策,尤其是通过其贸易协会和黑钱集团。他们今天仍然在做所有这些事情。

是的,他们出售我们需要的有需求的产品。但这仅是重点:它们是受利润动机驱动的公司,他们销售尽可能多的产品。人类的长远利益要求使用尽可能少的产品。应对气候变化的斗争在某种程度上将是针对石油和天然气公司的斗争。从理论上讲,可以肯定的是,随着时间的流逝,它们可能会演变成纯碳封存公司,可再生能源公司或管道服务公司。但是,在现实中,现在,它们是数十亿美元的碳氢化合物公司。

任何人都忽略了基本的政治经济学,他们相信石油和天然气公司将在气候紧急情况下成为诚实的伙伴,却沉迷于一种随意的天真行为,这种行为天真地在碳黑社会中普遍存在。EOR为石油公司带来了巨大的生产和收入新来源如今,使用二氧化碳的EOR仅占美国原油产量的5%,但这是该行业扩张计划的关键(注:扩张,而不是逐步淘汰)。

在EOR彩虹的尽头有大量的黄金。市场顾问公司Advanced Resources International 估计,美国EOR可以获取的额外石油总量为2840亿桶。(截至2018年,美国每年消耗约75亿桶。)它表示,其中800亿桶可通过已使用的“下一代EOR”技术进行回收。 可采采收率ARI作为美国主要的EOR公司之一,Denbury Resources 告诉投资者,仅在德克萨斯州,CO2-EOR就能释放10到230亿桶石油。

对“剩余油区”的最新研究表明,有足够的希望使研究人员声称,仅在二叠纪盆地,就可以释放8000亿甚至是一万亿个新桶。那只是在常规油井中。尽管在提高采收率的讨论中并没有提出太多建议,但石油行业的“ 下一个前沿 ”是利用二氧化碳促进非常规页岩油气。(能源部对EOR的4000万美元投资包括在Bakken的一个非常规石油项目。)

绿色和平组织的研究员约翰·诺尔(JohnNoël)告诉我:“如果该行业能够完美地将二氧化碳注入到页岩地层和致密油中,那么它就可以在适当的条件下释放出几乎无穷无尽的石油。”这是追求EOR的巨大动力。但问题是:EOR操作中最大的一笔支出就是二氧化碳。在最近的历史中,EOR的扩张受到二氧化碳供应的限制。有理由相信,未来几年天然油藏的二氧化碳可能无法满足EOR需求。

石油和天然气行业急需更多,更便宜的CO2来扩大EOR操作。现在,它已经意识到,它可以改变其在EOR中使用CO2的方式,以应对气候变化。对于石油和天然气公司而言,这是一个双赢的局面:它们可以扮演气候倡导者的角色,获得良好的PR,而纳税人则为推动其扩张的关键工业投入提供补贴。同时,他们正在组建诸如Advance Energy Center之类的团体,以游说最弱的规则和监督。

大多数EOR操作肮脏,石油和天然气集团游说反对法规让我们记住,今天,大多数EOR作业都没有使用人为的二氧化碳。他们正在使用地面二氧化碳。从气候角度来看,这种EOR是垃圾-如果有的话,比常规的石油生产还要糟糕。石油和天然气公司已经在利用他们的影响力来应对现有的规则。

目前,美国国税局正在更新有关如何实施45Q要求的指南。石油和天然气公司(位于能源推进中心的掩护下)向IRS提交了评论,认为该机构应摆脱严格的EOR封存验证规则(EPA温室气体报告规则下的RR子部分,针对风扇),该规则与扩大了45Q积分。这意味着EOR项目可以根据现场收到的CO2量申请信用额度,而无须证明或验证实际存储量。

在政治层面上,这就是让石油和天然气公司参与气候变化努力的意义。Noël告诉我:“这是他们偷工减料,放松管制,轻装上阵,精简的DNA。” “我相信该行业还有其他十多个领域,它们会利用监管机构及其资源丰富的专业知识,以先进的社区尚未见到的方式使O&G发展正常化。”

 比利时欧盟峰会抗议气候布鲁塞尔的化石燃料抗议活动。 图片EOR的气候案例最终是一个论点,即通往石油和天然气公司的道路是唯一可能的道路。给他们监管上的确定性和足够的补贴,他们最终将建立所需的CCS,同时释放数十亿桶石油。针对EOR的气候案例将促使我们考虑更大。关于EOR和CCS的更大思考如果气候变化是紧急情况,政策制定者应该以这种方式对待。缓慢地诱使石油和天然气公司转向更加碳友好的做法,并注意不要过度地使它们震惊,这还不够。他们必须被震撼。

至少应加强45Q,保护监测和验证标准,并增加对地质存储的补贴。但是,这里列出了一些以雄心勃勃的顺序列出的政策想法,这些想法可能会使脱碳工作更快地完成。不仅需要补贴选择转换为捕获的二氧化碳的EOR操作,还需要所有EOR操作。并且可能需要它们来最大化(并验证)永久地质隔离。在开始时,这些要求可以伴随补贴,以避免石油或汽油价格出现任何令人震惊的跃升,但是随着时间的流逝,补贴可能逐渐消失,它们可以简单地成为监管要求。

EOR作业的社会许可证应视其埋藏所捕获的碳而定,并应承担这些费用。像加利福尼亚州那样,可以制定并逐步降低国家低碳燃料标准(LCFS),这要求所有石油和天然气公司(不仅是那些进行EOR的公司)要抵消越来越多的碳含量。他们的产品,直到最终他们埋葬(或为埋葬提供资金)等于其燃料产生量的碳量。(LCFS也将适用于进口石油。)这也将构成对石油和天然气运营社会许可证的根本性改变。您想开采石油和天然气;您必须付费才能掩埋碳。

可以按照政策将石油和天然气公司国有化,并设定其路径,以逐步淘汰碳氢化合物的生产并稳定扩大碳固存。最终,他们将成为大型的,公共拥有的隔离公司。根本没有理由让私有的,牟利的实体在公众与生存危机的解决方案之间充当中间人的角色,从而放慢脚步,减少收益。我不知道我一定会毫无保留地赞同所有这些想法,我需要做更多的思考,并与人们交谈以包裹住他们的头,但我列举它们是要指出的:眨眼之间的EOR对话决策者的范围非常狭窄。

它是基于这样的假设,即必须让石油和天然气公司感到高兴,并且必须将政治骚扰最小化。将气候变化视为紧急情况意味着要接受这样一个事实,即政治动乱是不可避免的,因此与石油和天然气行业的政治力量进行斗争也是如此。EOR可能在全面的脱碳计划中发挥建设性作用,有助于降低我们无法避免使用的石油的碳含量。但是它的使用和局限性应该由公共利益来决定,而不是由石油和天然气投资者的利益来决定。
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