▲科研人員討論光熱項(xiàng)目定日鏡角度。
▲科研人員校驗(yàn)光伏板發(fā)電效率。
▲科研人員研討生物質(zhì)摻燒方案規(guī)劃。
凌晨零點(diǎn)，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的風(fēng)城油田籠罩在夜色中，但重37光熱項(xiàng)目現(xiàn)場仍然亮著星星點(diǎn)點(diǎn)的燈光。
百米高的吸熱器吊車像鋼鐵巨人般矗立，施工人員們正在加緊調(diào)試各種設(shè)備。
作為國內(nèi)首個(gè)稠油區(qū)塊光熱直接制蒸汽項(xiàng)目，今年8月建成運(yùn)行后，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)年供汽量超5萬噸，二氧化碳減排量約0.8萬噸的目標(biāo)。
至此，新疆油田采油工藝研究院（監(jiān)理公司）（以下簡稱“采油院”）三年攻關(guān)的汗水，終將凝結(jié)成戈壁灘上最耀眼的光斑。
作為我國重要的油氣生產(chǎn)基地，新疆油田公司積極響應(yīng)國家“雙碳”目標(biāo)，提出發(fā)展規(guī)劃：至2030年，新能源產(chǎn)能當(dāng)量突破1000萬噸，實(shí)現(xiàn)“油氣新”三分天下；2035年，這一數(shù)字將躍升至2000萬噸，率先實(shí)現(xiàn)“半壁江山”的新能源產(chǎn)業(yè)格局。
面對這宏偉藍(lán)圖，采油院主動扛起技術(shù)攻關(guān)重任，以敢為人先的勇氣和實(shí)干篤行的作風(fēng)，在高溫光熱、零碳井場、生物質(zhì)摻燒等領(lǐng)域展開了一場場“綠色突圍戰(zhàn)”。
高溫光熱：
給稠油開采裝上“太陽爐”
清晨的第一縷陽光掠過準(zhǔn)噶爾盆地，風(fēng)城油田重37區(qū)的2萬余塊定日鏡齊刷刷轉(zhuǎn)向東方，虔誠地追逐著太陽。
這個(gè)被稱為“鋼鐵向日葵”的方陣，正在書寫中國稠油開發(fā)史上最驚艷的綠色篇章——用陽光煮沸戈壁，讓“流不動的油田”煥發(fā)新生。
故事要從3年前炎熱的夏天說起。
面對50℃時(shí)黏度大于20000mPa·s的超稠油，傳統(tǒng)蒸汽開采就像用開水化蜂蜜，能耗高得令人咋舌。
能不能用這炙熱的陽光造一個(gè)“太陽爐”？
面對這個(gè)大膽的想法，采油院的工程師們進(jìn)行了深度調(diào)研，并牽頭完成了項(xiàng)目建議書與可研設(shè)計(jì)。
隨后，經(jīng)過上百次模擬實(shí)驗(yàn)，最終采油院的技術(shù)團(tuán)隊(duì)確定了“定日鏡聚光+吸熱塔制蒸汽”的技術(shù)路線。
廣袤的土地空間、完善的蒸汽管網(wǎng)……基于以上這些優(yōu)勢，很快“重37光熱項(xiàng)目”的藍(lán)圖落地風(fēng)城油田。
從此，“光熱+稠油”的破冰行動正式拉開序幕。
但把實(shí)驗(yàn)室圖紙變成戈壁現(xiàn)實(shí)，談何容易。
至關(guān)重要的是如何確保溫度和壓力均合格的熱蒸汽持續(xù)供應(yīng)。
傳統(tǒng)光熱發(fā)電是通過熔鹽或者導(dǎo)熱油間接換熱，可以確保熱蒸汽的穩(wěn)定輸出。但“重37光熱項(xiàng)目”作為國內(nèi)首個(gè)稠油區(qū)塊光熱直接制蒸汽項(xiàng)目，是將高溫蒸汽直接用于稠油開采上，這就要求必須要有溫度在305℃以上熱蒸汽持續(xù)穩(wěn)定輸出才行。
但目前這個(gè)核心的參數(shù)，如鏡場光學(xué)效率、吸熱器效率此前并無成熟的檢測方法，很難實(shí)現(xiàn)。
為此，作為該項(xiàng)目全鏈條技術(shù)主導(dǎo)者——采油院的工程師們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定了以吸熱器系統(tǒng)為核心的方案，通過鏡場、除氧給水、蒸汽管道、排污及疏水、工業(yè)水系統(tǒng)等配合吸熱器系統(tǒng)運(yùn)行，最大程度提高吸熱器系統(tǒng)的工作效率。
尤其是啟停時(shí)，工程師們嚴(yán)格遵照冷態(tài)啟動（分離器壓力為零）和熱態(tài)啟動（壓力大于1.4MPa）的不同曲線進(jìn)行操作，確保熱蒸汽的穩(wěn)定性。
最終，該系統(tǒng)蒸汽干度達(dá)到100%，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鍋爐。
戈壁灘上，肆虐的風(fēng)沙對設(shè)備是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)追光成為了采油院工程師們面臨的另一大挑戰(zhàn)。
“每塊鏡子必須將陽光精確反射到百米高的吸熱器上，誤差超過0.1度就會‘失焦’?！必?fù)責(zé)該項(xiàng)目的一位工程師至今記得令人崩潰的調(diào)試過程。
為了抵抗戈壁灘上的狂風(fēng)，他們創(chuàng)新性地采用每塊面積僅為2.1721平方米的小尺寸定日鏡，以降低風(fēng)阻，減少風(fēng)沙對鏡子的破壞。同時(shí)，在鏡場四周砌起一人高的擋風(fēng)墻，減少風(fēng)的影響……
經(jīng)過工程師們幾個(gè)月守在鏡場用激光測距儀反復(fù)調(diào)整，終于將所有光斑完美匯聚到塔頂熾熱的焦點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)了2萬多塊定日鏡像“向日葵方陣”一樣精準(zhǔn)追光。
現(xiàn)如今，站在吸熱塔頂俯瞰，定日鏡組成的半八邊形幾何陣列在戈壁上熠熠生輝。
這個(gè)年均光熱轉(zhuǎn)換效率設(shè)計(jì)值大于53%的項(xiàng)目，不僅標(biāo)志著技術(shù)的成功突破，更點(diǎn)燃了工程師們暢想著用更龐大的光熱集群驅(qū)動整個(gè)稠油開發(fā)區(qū)塊的熱情。
零碳井場：
大漠深處的“光電芭蕾”
清晨7點(diǎn)的瑪湖油田，戈壁的風(fēng)卷著細(xì)沙掠過瑪湖078井。
數(shù)百塊深藍(lán)色光伏板如向日葵般昂首，將晨曦貪婪地轉(zhuǎn)化為電流。
儀表盤數(shù)字輕盈躍動：16.3kW。
而在兩年前，喚醒這座孤井需要每日“喂食”110公斤柴油。
從單井年燃料成本超30萬元，到年節(jié)省燃料成本25萬元，這巨大的落差是新疆油田公司136口“偏遠(yuǎn)井”蛻變的成績單，也意味著在準(zhǔn)噶爾盆地的油田里，高成本的“柴油困局”正在被藍(lán)色矩陣終結(jié)。
時(shí)光倒回2022年初，當(dāng)中國石油集團(tuán)清潔能源的號角吹響，新疆油田公司看到了通過綠電解決邊遠(yuǎn)抽油井用能的希望，率先啟動了“光伏+儲能”供能模式的先導(dǎo)試驗(yàn)。
在過去的幾十年里，邊遠(yuǎn)油井如同被遺忘的孤兒，只能依靠“柴油發(fā)電機(jī)+抽油機(jī)”延續(xù)生產(chǎn)。
通往“綠電”采油的道路并非一帆風(fēng)順。
首先，戈壁寒冬的低溫就給2座試驗(yàn)井上了“生動一課”。
為保障抽油機(jī)啟動電流，需增大光伏裝機(jī)功率、擴(kuò)大儲能容量，這些常規(guī)操作，直接將每口井的投資成本拉高至80萬元，10年才能回本，經(jīng)濟(jì)效益很不理想。
更麻煩的是，常規(guī)蓄電池在零下30℃的嚴(yán)寒里徹底罷工，放電效率暴跌至50%以下。
“只能在扎實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中尋找突破口！”工程師李進(jìn)雅說。
那年寒冬，他帶著科研團(tuán)隊(duì)成員杜宸、姚秀龍蹲守在試驗(yàn)現(xiàn)場，每天裹著棉工服，在寒風(fēng)中記錄下光伏系統(tǒng)運(yùn)行的每條數(shù)據(jù)信息，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
也正是憑借著這股不服輸?shù)膭艃海?022年年底，首批試驗(yàn)的2口井取得了令人矚目的成績——
累計(jì)生產(chǎn)的綠電相當(dāng)于節(jié)約柴油60噸，減少二氧化碳排放近200噸，單井年節(jié)省燃料成本達(dá)20余萬元。
更關(guān)鍵的是，所有試驗(yàn)井的日產(chǎn)油量均保持在試驗(yàn)前水平，達(dá)到了“減碳不減效”的突破性成果，為油氣行業(yè)探索出了“綠色開采+效益穩(wěn)產(chǎn)”的雙贏路徑。
真正的淬煉在2023年盛夏。
隨著《油氣田零碳井場關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用研究》科技項(xiàng)目啟動，團(tuán)隊(duì)面臨的首個(gè)難題就讓工程師們寢食難安：抽油機(jī)上下沖程的負(fù)載波動像“過山車”，而光伏發(fā)電量卻隨陽光強(qiáng)弱呈“拋物線”變化，兩者如同“錯(cuò)頻的齒輪”，始終無法咬合。
“按設(shè)計(jì)規(guī)范，光儲系統(tǒng)規(guī)模需擴(kuò)大3倍，成本陡增。這樣井場光伏板鋪得密密麻麻，活像給戈壁灘貼瓷磚。”李進(jìn)雅回憶道。
為破解這一矛盾，采油院的黨員突擊隊(duì)扎進(jìn)井場，白天記錄光伏發(fā)電曲線，深夜分析抽油機(jī)功率數(shù)據(jù)。
“人干活要?jiǎng)谝萁Y(jié)合，油井也需要‘科學(xué)間抽’。”基于這樣的創(chuàng)新思路，工程師們決定教會鋼鐵巨人“聽懂”陽光的語言，于是創(chuàng)建了基于光伏發(fā)電規(guī)律和油井供液規(guī)律的井場光儲規(guī)模設(shè)計(jì)方法——
根據(jù)油井供液規(guī)律和光伏發(fā)電規(guī)律，動態(tài)調(diào)整抽油機(jī)工作時(shí)段：正午烈日當(dāng)空時(shí)，抽油機(jī)群集體起舞；晨昏微光里，只留半數(shù)油井低吟；星垂平野時(shí)，整片戈壁沉入安眠……
這一改變，使光儲利用率提高到68%，平均降低儲能容量41.3%。
技術(shù)突破后，新的挑戰(zhàn)接踵而至。
傳統(tǒng)儲能電池在戈壁極端溫差下性能驟降。為了解決這一問題，工程師們踏入40℃的滾燙沙海，反復(fù)驗(yàn)證新型鋅溴液流電池的戈壁耐力，最終將電池效率穩(wěn)定在82%以上，比設(shè)計(jì)指標(biāo)高出5個(gè)百分點(diǎn)。
更顛覆性的創(chuàng)新在于供電模式。
技術(shù)團(tuán)隊(duì)摒棄傳統(tǒng)“光伏-逆變器-電網(wǎng)”的復(fù)雜路徑，首創(chuàng)光伏直驅(qū)一體化技術(shù)，讓電流“少繞彎”，系統(tǒng)效率從87%飆升至93%。
“這就像給抽油機(jī)裝了‘綠電直通車’?！崩钸M(jìn)雅比喻道。
這項(xiàng)技術(shù)使單井光儲系統(tǒng)成本降低60%以上，為邊遠(yuǎn)井提產(chǎn)提效按下加速鍵。
截至2024年12月，106口離網(wǎng)分布式光伏電站項(xiàng)目全線鋪開，在“早穿棉襖午穿紗”的茫茫戈壁上，建設(shè)者們用120個(gè)晝夜讓106座光伏電站在沙海中破土而出。
目前，新疆油田公司共建設(shè)的136口零碳井場串起藍(lán)色珠鏈，年減碳6200多噸，相當(dāng)于4.3萬棵大樹的深呼吸。
生物質(zhì)摻燒：
鍋爐房里的綠色“魔法”
在風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，高大的鍋爐房內(nèi)機(jī)器轟鳴，煤炭與生物質(zhì)顆粒在流化床中翻滾共舞，熾熱的火焰映照著工程師們忙碌的身影。
這里正在進(jìn)行一場靜悄悄的能源革命——燃煤循環(huán)流化床注汽鍋爐生物質(zhì)摻燒技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證。
新疆油田公司也是通過該技術(shù)逐漸探索出一條既經(jīng)濟(jì)高效又綠色低碳的稠油熱采新路徑。
通俗地講，生物質(zhì)摻燒就是將廢棄的農(nóng)林木和煤炭“跨界混搭”在一起，燃燒再利用的過程。這既可以促進(jìn)本地生物質(zhì)資源的利用，也能帶動本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
過去，稠油開采需要大量高溫蒸汽，傳統(tǒng)的燃煤鍋爐雖然運(yùn)行穩(wěn)定，但碳排放量居高不下。
面對越來越嚴(yán)的環(huán)保要求和嚴(yán)峻的減排壓力，采油院的工程師們盯上了田間地頭那些沒人要的“廢料”。
“克拉瑪依周邊擁有大量的棉桿、蘆葦桿，這些農(nóng)林廢棄物數(shù)量充足，燒了污染，不燒浪費(fèi)。”采油院的工程師侯秀芹回憶道，“我們就想，能不能讓它們進(jìn)鍋爐？”
通過大量的實(shí)地調(diào)研和資料研究，工程師們發(fā)現(xiàn)，與電加熱、光熱等替代方案相比，生物質(zhì)摻燒只需要對現(xiàn)有鍋爐進(jìn)行適度改造，投資小、見效快，具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢。
但怎么才能讓生物質(zhì)和煤炭“和平共處”呢？
2022年，第一臺循環(huán)流化床鍋爐在風(fēng)城油田開始了摻燒試驗(yàn)。
在風(fēng)城油田的一臺鍋爐里，技術(shù)人員小心翼翼地?fù)饺氲谝淮镔|(zhì)顆粒燃料。
“就像給咖啡加糖，得找到最合適的比例?！焙钚闱鄞蛄藗€(gè)形象的比喻。
最初只敢加5%，后來逐漸加到50%，最后發(fā)現(xiàn)30%是個(gè)“黃金比例”——既不會讓鍋爐“消化不良”，又能最大限度替代燃煤。按照這個(gè)比例計(jì)算，單臺鍋爐全年可減少碳排放約4.5萬噸。
但問題接踵而來。生物質(zhì)里的堿性物質(zhì)會讓鍋爐“上火”——結(jié)渣、積灰，嚴(yán)重時(shí)可能停爐，影響鍋爐壽命。
采油院的工程師們迎難而上，用一系列創(chuàng)新方案化解了這些難題。
工程師們創(chuàng)新給鍋爐做了個(gè)“小手術(shù)”——對原有輸煤系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過新增生物質(zhì)投料口和儲料倉實(shí)現(xiàn)了兩種燃料的動態(tài)混合輸送，大大降低了設(shè)備改造成本。
“就像給老房子加裝電梯，既不能傷筋動骨，又要解決問題。”侯秀芹說。
值得一提的是，為了確保燃料質(zhì)量，工程師們還通過反復(fù)試驗(yàn)，最終制定了新疆油田生物質(zhì)燃料采購技術(shù)規(guī)范——將生物質(zhì)中的氯含量控制在0.045%以下，鉀鈉含量不超過0.64%，低于現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
針對不同種類的生物質(zhì)燃料，采油院的工程師們還專門繪制了詳細(xì)的摻燒比例“圖譜”，就像給鍋爐定制健康食譜。操作工人們笑稱這是他們的“烹飪秘籍”。
變化也是實(shí)實(shí)在在的。
統(tǒng)計(jì)顯示，第一臺鍋爐摻燒試驗(yàn)了25天，共“吃掉”2000噸生物質(zhì)顆粒，成功替代了1400噸的原煤，減少碳排放2000余噸。
從2022年至2024年年底，已有8臺鍋爐用上了這種“綠色配方”，累計(jì)消耗生物質(zhì)14萬噸，相當(dāng)于減排17萬噸二氧化碳。
夜幕下的準(zhǔn)噶爾盆地，吸熱器塔頂?shù)木酃鉄舸唐聘瓯诘某良?，光伏板的藍(lán)色矩陣在星輝下低語，鍋爐房里躍動的火焰正將廢棄的生物質(zhì)顆粒淬煉成綠色的能量。
這三束微光，自匯聚處便勃發(fā)著無窮張力 —— 從最初的星點(diǎn)閃爍，到后來的萬道奔涌，交織成劈開新疆油田新能源建設(shè)壁壘的雷霆之光，更灼灼映照著采油院那群 “追光者” 的鏗鏘足跡：以實(shí)驗(yàn)室為燎原起點(diǎn)，以茫茫戈壁為鏖戰(zhàn)疆場，將 “不可能” 的狂想鍛造成 “中國首個(gè)” 的驚世傳奇！
未來，在“雙碳”目標(biāo)的宏大敘事里，采油院的工程師們將繼續(xù)以破壁之姿，在新的戰(zhàn)場上不斷開疆拓土，讓新能源的星火燎遍準(zhǔn)噶爾盆地。
正如那2萬面定日鏡永不疲倦地追逐太陽一樣，這群能源變革的先行者，正用科技與堅(jiān)守，在瀚海戈壁寫下屬于中國石油人的“雙碳”答卷——既為今日的油田降碳，更為明天的中國蓄能。