馬建國（中國石油勘探與生產(chǎn)分公司）

2020年，中國石油天然氣股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中石油”）一次能源供給量占全國7.8%，油氣田業(yè)務(wù)是中石油主責(zé)主業(yè)的支柱。在面臨當(dāng)前碳達(dá)峰碳中和的國家新形勢(shì)要求下，油氣田業(yè)務(wù)如何支持集團(tuán)公司整體履行碳達(dá)峰成為當(dāng)前的重要課題[1-3]。

自《京都議定書》生效以來，國際國內(nèi)對(duì)能源供給與消費(fèi)都提出了綠色低碳化的更高要求。2020年9月，我國政府承諾中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2021年2月，中石油承諾“十四五”末，化石能源和低碳、零碳能源的發(fā)展格局初步形成；到2050年左右，基本達(dá)到近零排放的目標(biāo)。作為油氣供給主力的油氣田業(yè)務(wù)更需要關(guān)注高效產(chǎn)能與清潔用能。2021年10月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》，提出五方面主要目標(biāo)：構(gòu)建綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費(fèi)比重、降低二氧化碳排放水平、提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力[4-5]。

1 油氣田能源消耗與碳排放特點(diǎn)

油氣田業(yè)務(wù)既是能源生產(chǎn)主體，又是能源消耗主體。主力油氣田在地層能量遞減的情形下，注入水或者蒸汽等外部能量驅(qū)動(dòng)資源開采的形式?jīng)Q定了從井筒到油氣集輸、油氣處理的整個(gè)生產(chǎn)過程中，能源消耗與碳排放同步發(fā)生。2020年，油氣田業(yè)務(wù)能耗占集團(tuán)比例為40%，碳排放占比37%。

“十三五”期間，油氣生產(chǎn)規(guī)模呈現(xiàn)上升趨勢(shì)：與2015年相比，油氣田業(yè)務(wù)2020年開井?dāng)?shù)增加11%、注水量增加1%、油氣當(dāng)量增加12%（超過2×108t）。

油氣生產(chǎn)過程消耗著以天然氣、原油為主的自產(chǎn)能源和以電、煤為主的外購能源。上述能源的終端表現(xiàn)形式為電力和熱力：電力消耗方面以抽油機(jī)、注水泵、輸油泵和壓縮機(jī)等動(dòng)力設(shè)備為主（約占28%）；熱能消耗方面以加熱爐、采暖爐和注汽鍋爐等熱力設(shè)備為主（約占57%），油氣生產(chǎn)消耗與排放見圖1。

圖1 油氣生產(chǎn)消耗與排放

實(shí)施“生產(chǎn)系統(tǒng)提效、降低無效損耗和清潔能源替代”三大工程。能耗強(qiáng)度與碳排放強(qiáng)度曲線見圖2?！笆濉逼陂g，油氣田業(yè)務(wù)綜合能耗下降5.3%、能耗強(qiáng)度下降3.7%、碳排放強(qiáng)度下降2%，綜合能源管理對(duì)操作成本年均降幅達(dá)4.1%，有效支持了中石油高質(zhì)量穩(wěn)健發(fā)展。

圖2 能耗強(qiáng)度與碳排放強(qiáng)度曲線

2 油氣田業(yè)務(wù)節(jié)能低碳艱巨性

油氣田能源管理者應(yīng)客觀認(rèn)識(shí)在資源劣質(zhì)化和多井低產(chǎn)的趨勢(shì)下，油氣田能耗剛性上升的現(xiàn)實(shí)。油氣田業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰面臨著以下三方面的艱巨性：

1）油氣生產(chǎn)特點(diǎn)增加了高能耗依賴性。一是勘探開發(fā)的對(duì)象向復(fù)雜類型、深層+超深層、非常規(guī)油氣藏轉(zhuǎn)變。部分油氣田已全面進(jìn)入巖性地層勘探開發(fā)階段，新發(fā)現(xiàn)資源70%以上屬于低滲透；油田開發(fā)整體進(jìn)入“雙高”階段（如：大慶油田綜合含水已達(dá)到95%）；天然氣增量主要依靠頁巖氣等非常規(guī)資源。二是油氣生產(chǎn)系統(tǒng)不平衡日益明顯。油氣開采過程決定著配套油氣集輸處理等地面生產(chǎn)系統(tǒng)，并形成地面系統(tǒng)負(fù)荷中心偏離、在役設(shè)備裝置負(fù)荷率下降、外加能量增多、多井低產(chǎn)等諸多不利因素。三是多樣龐雜的油氣生產(chǎn)對(duì)象增加了管理難度。油氣生產(chǎn)場(chǎng)所邊遠(yuǎn)分散、油氣水井?dāng)?shù)量巨大且分散、生產(chǎn)過程電能和熱能消耗環(huán)節(jié)眾多、生產(chǎn)處理設(shè)備裝置眾多等客觀因素決定了油氣田能源數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多，能效管理成本高、難度大。

2）能源管理方面依然存在業(yè)務(wù)短板。一是油氣田業(yè)務(wù)內(nèi)部計(jì)量配備率低、精度低，無效損耗環(huán)節(jié)不清晰，天然氣損耗嚴(yán)峻（天然氣商品率徘徊于90%）。二是由于自產(chǎn)能源價(jià)格大幅低于外購能源，自產(chǎn)能源、外購能源與清潔能源的協(xié)同互補(bǔ)機(jī)制尚未形成（自產(chǎn)能源依然是基層用能首選）。三是對(duì)油氣田業(yè)務(wù)的關(guān)注點(diǎn)依然是油氣產(chǎn)量，考核機(jī)制未能有效引導(dǎo)企業(yè)提升油氣商品率。

3）碳排放管理與清潔能源利用亟待加強(qiáng)。一是碳排放核算方法尚需進(jìn)一步規(guī)范，國家尚未建立油氣生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法，目前采用的排放因子（依據(jù)《2005年中國溫室氣體清單研究》測(cè)算）不能客觀反映排放水平。二是油氣生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的清潔能源優(yōu)勢(shì)資源評(píng)價(jià)分析工作滯后，可用地?zé)峒帮L(fēng)光發(fā)電優(yōu)勢(shì)區(qū)位未得到充分識(shí)別與開發(fā)。三是油氣生產(chǎn)企業(yè)分散用能特性與清潔能源優(yōu)勢(shì)資源協(xié)同利用機(jī)制尚未建立，以用電用熱為主的終端用能與可利用的清潔能源匹配技術(shù)亟需突破。

3 油氣田碳達(dá)峰情景分析

為了有效分析油氣田業(yè)務(wù)碳達(dá)峰可能性，在充分兼顧油氣生產(chǎn)、資源品位、注采需求等變化趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，建立了多因素灰色關(guān)聯(lián)模型，開展了多情景的能源消耗與碳排放狀態(tài)分析。

1）情景1下的碳排放預(yù)測(cè)見圖3，稱之為“正常推進(jìn)模式”。主要措施是沿用“十三五”節(jié)能降耗策略，并融合適度清潔能源替代措施。節(jié)能降耗方面主要是在持續(xù)開展能源精細(xì)管理的基礎(chǔ)上，以淘汰低效設(shè)備、生產(chǎn)系統(tǒng)提效為主開展技術(shù)改造，年均節(jié)能32×104t(標(biāo)煤)。清潔能源替代方面主要是在東部油田以地?zé)嵊酂崽娲訜釥t用熱，在西部油田以光伏發(fā)電替代機(jī)泵用電（清潔替代規(guī)模：2025年290×104t(標(biāo)煤)，2030年450×104t(標(biāo)煤)。

圖3 情景1下的碳排放預(yù)測(cè)

能耗年均降低1.0%，碳排放年均下降8.6%，年均投資38億元（其中節(jié)能投資14億元/a），上游企業(yè)碳排放在2030年前無法出現(xiàn)峰值。

2）情景2下的碳排放預(yù)測(cè)見圖4，稱之為“加速降低損耗”。

圖4 情景2下的碳排放預(yù)測(cè)

加強(qiáng)電力損耗、油氣損耗治理力度，天然氣商品率提高1%；清潔替代規(guī)模依然是2025年290×104t(標(biāo)煤)、2030年450×104t(標(biāo)煤)。

能耗年均降低3.8%，碳排放年均下降37%，上游企業(yè)碳排放將在2025年達(dá)到峰值。若采用更加經(jīng)濟(jì)有效的降損技術(shù)，消減當(dāng)前年均63億元的投資規(guī)模（其中降低無效損耗投資25億元/a），將增強(qiáng)該情景的操作性。

3）情景3下的碳排放預(yù)測(cè)見圖5，稱之為“增強(qiáng)清潔替代”。增強(qiáng)清潔能源替代力度（總體清潔替代規(guī)模：2023年290×104t(標(biāo)煤)、2027年450×104t(標(biāo)煤)、2030年550×104t(標(biāo)煤)）。

圖5 情景3下的碳排放預(yù)測(cè)

能耗年均降低1.0%，碳排放年均下降11%，年均投資68億元（其中清潔能源利用投資將達(dá)到30億元/a），上游企業(yè)碳排放在2030年前無法出現(xiàn)峰值。

4）情景4下的碳排放預(yù)測(cè)見圖6，稱之為“耦合推進(jìn)模式”。加強(qiáng)電力損耗、油氣損耗治理力度，天然氣商品率提高1%；增強(qiáng)清潔能源替代力度（總體清潔替代規(guī)模為2023年290×104t(標(biāo)煤)、2027年450×104t(標(biāo)煤)、2030年550×104t(標(biāo)煤)）。

圖6 情景4下的碳排放預(yù)測(cè)

能耗年均降低3.8%，碳排放年均下降39%，上游企業(yè)的碳排放將在2024年達(dá)到峰值。高額投入降低了該情景的操作性：目前年均投資高達(dá)92億元（其中降低無效損耗25億元，清潔替代年投資將達(dá)到30億元）。

綜合分析上述情景，借助不同技術(shù)與投資組合，可以預(yù)判油氣田業(yè)務(wù)碳達(dá)峰時(shí)間拐點(diǎn)。由于油氣田業(yè)務(wù)能耗以自產(chǎn)油氣為主（占68%）、自用油氣的碳排放高（占44%），因此，降低油氣自用對(duì)于節(jié)能低碳具有雙重效應(yīng)。提高清潔能源占比對(duì)能耗下降作用有限，但是對(duì)降低碳排放具有顯著作用。油氣田業(yè)務(wù)碳達(dá)峰時(shí)間與技術(shù)路線選擇、投資承受力具有強(qiáng)相關(guān)性。情景2將是技術(shù)經(jīng)濟(jì)可接受的碳達(dá)峰路徑，即：堅(jiān)持生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化降低用能總量，統(tǒng)籌治理無效損耗，再利用清潔能源替代化石能源[6-7]。

4 關(guān)于油氣田業(yè)務(wù)碳達(dá)峰的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

“十四五”期間，油氣田業(yè)務(wù)在面臨新增儲(chǔ)量品位下降、油氣產(chǎn)量下降、處理液量上升、油氣生產(chǎn)負(fù)荷率下降等諸多不利因素的同時(shí)，也將面臨國家更為嚴(yán)厲的環(huán)保政策、節(jié)能低碳等合規(guī)約束。要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，首先應(yīng)將綠色低碳納入了企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)化石能源和清潔能源進(jìn)行統(tǒng)籌布局，提升低碳和零碳能源比例。實(shí)現(xiàn)油氣田業(yè)務(wù)碳達(dá)峰應(yīng)關(guān)注以下幾方面：

1）碳達(dá)峰應(yīng)立足“先節(jié)能降耗后清潔替代”的思路。節(jié)能降耗是碳達(dá)峰的首選措施，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)淘汰高耗設(shè)備、生產(chǎn)系統(tǒng)提效、降低無效損耗等措施投入；清潔替代應(yīng)關(guān)注油氣田業(yè)務(wù)終端用能的低碳清潔化，東部油田拓寬地?zé)崂?、西部油田深化光伏消納。

2）油田和氣田的低碳敏感因素各有側(cè)重。油田控碳首選消減煤炭、原油的占比，氣田控碳重點(diǎn)在于降低無效損耗。用于熱力和發(fā)電的煤炭和原油的碳排放占直接碳排放的30%。除部分高品位用熱需求無法經(jīng)濟(jì)替代外，現(xiàn)有低碳或者零碳能源可以有效降低油氣田業(yè)務(wù)碳排放量。

3）應(yīng)發(fā)揮綜合能源管理的協(xié)同效應(yīng)。在節(jié)能降耗方面應(yīng)加強(qiáng)節(jié)能審查，深化能效對(duì)標(biāo)，推進(jìn)能源管控；在清潔替代方面應(yīng)開展優(yōu)勢(shì)清潔能源與企業(yè)用能匹配度分析，優(yōu)化企業(yè)用能結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性與低碳平衡點(diǎn)。通過統(tǒng)籌監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、節(jié)能降耗、清潔用能、虛擬碳交易等業(yè)務(wù)措施，配合精準(zhǔn)考核、內(nèi)外部能源價(jià)格趨同等機(jī)制，油氣田業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)更低成本的高效低碳用能[8-10]。

4）應(yīng)加大革命性技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。節(jié)能降耗方面應(yīng)加強(qiáng)能量系統(tǒng)優(yōu)化，推廣井下節(jié)流、井筒絕熱、常溫集輸、密閉輸送、非金屬管道等節(jié)能工藝（技術(shù)），增強(qiáng)多能互補(bǔ)與能源管控，提升油氣商品率；清潔替代方面應(yīng)開展西部光電、稠油光熱、低滲透地?zé)醿?chǔ)層有效改造等技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

5）應(yīng)提前為碳中和進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。加強(qiáng)油氣田業(yè)務(wù)碳排放環(huán)節(jié)分析，研究全生命周期不同開發(fā)方式與生產(chǎn)工藝的碳足跡，應(yīng)用并優(yōu)化碳捕集、封存與驅(qū)油技術(shù)，評(píng)估碳資產(chǎn)潛力與研究碳交易商務(wù)模式，構(gòu)建區(qū)域碳達(dá)峰與碳中和的相關(guān)技術(shù)體系。

通過制定敏感性機(jī)制，推廣革命性技術(shù)，實(shí)施生產(chǎn)系統(tǒng)提效、降低無效損耗、替代化石能源等措施的協(xié)同效應(yīng)，油氣田業(yè)務(wù)可以構(gòu)建更加經(jīng)濟(jì)有效的碳達(dá)峰路徑，實(shí)現(xiàn)從高效用能向清潔用能的轉(zhuǎn)型升級(jí)。