随着石油和天然气运营商不断寻求减少碳足迹的方法，碳捕集与封存（CCS）正受到越来越多的关注。通过碳捕集与封存技术，二氧化碳（CO₂）排放被捕获，运输到二氧化碳储存地点，并注入地下深处的地质构造中，进行永久封存。
 
CCS作为石油和天然气脱碳工作的关键工具，其发展势头正不断增强，该技术能够捕获二氧化碳并将其永久储存在深层地质构造中。在海上领域，利用废弃油井作为二氧化碳注入点的兴趣日益浓厚，因为这些现有油井为进入合适的储层提供了现成的通道。
 
然而，传统上，油井报废退役是一个成本高昂的过程，对运营商而言，这纯粹被视为一个成本中心——油田停产之后，平台被拆除，油井被封堵废弃，海床恢复也需要付出巨大代价。因此，将成熟的海上油井改造用于二氧化碳储存的前景极具吸引力：这不仅能将一项强制性的负债转变为新的资产，同时还能推动气候目标的实现。
 
重塑成熟油井的价值
 
将现有的海上油井改造用于CCS，蕴含着绝佳的机遇——它能将曾经的成本中心转变为潜在的利润中心。运营商无需承担传统的油井废弃成本，而是可以将其中一部分资金用于油井改造，使其具备二氧化碳注入能力，并有可能向排放企业出售储存容量。
 
这一机遇的规模不容小觑。行业预测显示，未来10至15年，全球将有超过20,000口海上油井需要退役，仅英国大陆架（UKCS）就有2,000多口。这些计划中的油井废弃工作不仅意味着巨额运营支出，更提供了通过提供二氧化碳储存服务创造新收入来源的机会。这使运营商能够利用一部分已无法用于油气生产的老旧基础设施，为新兴的低碳技术提供支持，在助力行业更广泛的脱碳目标的同时，有望创造额外收入。
 
在英国、挪威、荷兰等海上油气枢纽地区，监管机构正通过为海上二氧化碳储存运营提供清晰的指导方针和标准来支持这一转变，为改造油井项目提供了确定性和监管保障。通过将商业激励与减排要务相结合，将成熟油井重新用于碳储存的选择，正日益被视为实现气候目标和延长现有基础设施价值的战略举措。
 
老旧油井改造的考量因素
 
将老旧海上油井改造为安全、长期的二氧化碳储存场所并非毫无挑战。技术障碍尤为显著：许多油井数十年前就已被封堵废弃，当时所采用的方法在当年是可接受的，但已无法满足如今严苛的二氧化碳封存标准。为确保能满足如今所需的数百年储存期限内的二氧化碳密封要求，老旧的封堵装置、水泥以及套管柱都需要进行现代化改造。
 
此外，储层再增压等地质因素可能会威胁油井的完整性。废弃油田往往会重新积聚压力（某些情况下可达约5,000磅/平方英寸），若处理不当，可能会破坏老旧油井的屏障。油井的设计和状况也存在很大差异：老旧油田中的油井拥有多种不同的套管尺寸和结构，这意味着每一口候选油井都需要定制化的工程解决方案，而非“一刀切”的改造方式。
 
定制化方案至关重要，因为改造后的油井必须符合更新后的封存和监测标准。尽管存在这些挑战，但仍可通过一套系统的流程来评估并改造废弃油井，使其适用于CCS。
 
将成熟油井评估并改造为二氧化碳注入井的关键步骤包括：
 
全面的工程审查与规划。必须仔细审查所有可用的油井记录，包括原始建造细节、过往生产历史以及之前的废弃报告。还需评估油井的结构和状况，以确定其是否符合现代CCS的要求。在规划阶段，要明确所需的升级改造内容，并确保符合现行法规。随后制定改造计划，作为油井改造的路线图。
 
井口重建。如果原始井口和导管在废弃过程中被移除或截断，仅在海床下留下短管，就必须安装新的结构基础。这通常需要使用一个锻压系统，将一根管子锻压或扩张到旧套管短管内部，从而有效地形成一个新的井口基座，以支撑更多设备。这一操作重新建立了油井的稳定平台，提供即时的承重能力，使油井能够再次支撑井口、防喷器以及用于二氧化碳注入的硬件设备。锻压连接必须与旧套管形成牢固的金属对金属密封，以确保长期的结构完整性。
 
恢复套管完整性与连接性。接下来，需要对油井的套管柱进行重新连接或升级，以承受注入压力和具有腐蚀性的二氧化碳流体。在许多情况下，套管的部分区段需要回接至新井口，或安装额外的套管悬挂器。专业的高压连接器被用于衔接旧油井套管与新井口基础设施之间的间隙，从而形成一条从储层到地面设施的连续、耐压的流动通道。
 
 
图1 经现场验证的油气技术被证明是推进碳捕集与封存（CCS）计划的关键。
 
在此阶段，若需要立管将海底油井与平台或船舶连接，則需安装高压立管系统，并使用合适的连接器进行对接，确保从海床到顶部注入设备都能实现全面的油井控制。核心目标是实现井筒的完全密封完整性——每一个新的连接和密封都必须能够承受预期的二氧化碳注入压力和温度。
 
若有需要，可采用诸如GEODynamics Connex®之类的射孔技术，以重新连接并延伸穿过储层的受损区域，以及因储层压力较低而导致常规射孔技术难以清理的现有射孔段。
 
测试与验证。在新井口、套管连接及密封装置安装完毕后，需进行严格测试，以验证油井是否已准备好用于二氧化碳储存。每个新连接或封隔器都要按设计极限进行压力测试，确保无泄漏。验证流程通常包括流入/流出测试、压力保持测试，甚至热循环压力测试，以模拟二氧化碳注入及长期储存过程中的工况。
 
油井可能还需要进行完整性测井或监测，以建立基准数据。只有当所有组件都能实现气密性密封时，油井才能获得二氧化碳注入作业的认证。这种全面的验证过程确保改造后的油井符合严苛的封存标准，也让监管机构和运营商对油井的长期储存完整性充满信心。
 
通过精心执行上述每一个步骤，运营商能够克服技术挑战，将废弃油井安全地改造为可用的二氧化碳储存井。这一过程需要在每个阶段都进行细致规划、使用专业工具并实施严格的质量保证，从而为延长老旧油井的使用寿命、助力减排目标开辟一条可行路径。
 
碳捕集与封存（CCS）油井改造的最佳实践
 
 
图2  石油州（Oil States）的HydraLok™系统在碳捕集与封存应用中可能具有特别重要的价值，它能为二氧化碳储存作业提供必要的安全基础。
 
经现场验证的油气技术正帮助运营商为老旧油井赋予新生命（见图1）。在荷兰近期的一个试点项目中，专注于为石油和天然气公司提供服务的美国跨国公司——石油州（Oil States）助力一家运营商将多口成熟的海上油井改造用于二氧化碳储存，成功展示了从传统油田应用到低碳场景的技术转移。石油州原本为海上钻井和基础设施开发的 Hydra-Lok™系统（图2）和 formConnect™系统（图3），在该项目中发挥了关键作用，确保了碳捕集与封存的结构完整性和密封性。
 
Hydra-Lok最初设计用于海上平台的结构连接（例如将平台导管架腿固定到海底桩基），是一种液压锻压工具，能在管件之间形成牢固的金属对金属连接。它可实现无潜水员作业，且安装后能立即提供完整的结构强度，这显著减少了海上作业时间和风险。
 
在碳捕集与封存油井改造中，Hydra-Lok被用于将新套管锻压到现有油井短管中，在先前废弃的油井中有效地形成新的井口基座。这为老旧油井提供了坚固的承重基础，随时可以支撑新的井口和注入设备。这项技术实现的快速、一趟式安装和即时完整性，在将海上油井改造用于二氧化碳相关作业时至关重要。
 
随后，formConnect技术解决了二氧化碳注入所需的套管柱重新连接难题。由于许多废弃油井存在套管段被移除或缺乏现代化完井结构的情况，formConnect被用于安装新的套管回接装置和高容量连接器，以满足当今的二氧化碳储存要求。该系统能在新旧管道之间形成耐压、高强度的连接，即便在原有基础设施缺失的情况下，也能实现新井口组件和套管悬挂器的安装。

图3  石油州（Oil States）的formConnect™系统满足二氧化碳储存的严苛要求。
 
这一技术有效地弥补了传统油井结构与二氧化碳注入井需求之间的差距，确保升级后的油井能够安全地在高压下封存和输送二氧化碳。通过使用formConnect恢复套管的完整完整性，运营商可以为老旧油井配备现代化的完井和监测系统，使其如同新的注入井一般——但成本仅为新井的一小部分，且无需钻新井。
 
这些技术，连同专用井筒清理工具、密封封隔器和高压立管系统等其他技术，共同构成了CCS油井改造的综合工具包。荷兰的试点项目表明，应用成熟的深水油田技术能显著简化老旧油井向碳储存设施的改造过程。
 
未来影响：降低成本，加速部署
 
将成熟的海上油井改造用于碳捕集与封存，有望大幅提升CCS作为全球脱碳路径的规模和成本效益。通过将原本属于退役负债的油井转变为具有生产力的二氧化碳储存资产，运营商不仅能抵消废弃成本，还能通过碳服务创造新收入，同时助力实现气候目标。
 
这一策略充分利用了石油和天然气行业的独特优势——其广泛的基础设施和深厚的技术专长——以促进更高水平的可持续发展。该行业在引领大规模碳储存工作方面具有独特优势：它拥有管理油井和储层的工程技术能力，同时具备部署海上设备的现有供应链。
 
通过应用经现场验证的技术——如先进的锻压连接器、高压密封装置和监测系统，石油天然气行业能够以可控成本打造可靠的二氧化碳储存设施。其成果是一个更具可行性和可扩展性的CCS产业：成熟的油气技术解决方案让碳储存项目更易落地。
 
随着碳捕集与封存需求的增长，将海上油井重新利用并改造为碳汇的能力，有望将油井退役过程从纯粹的成本中心，转变为推动碳捕集与封存运营的关键助力。这不仅延续了老旧基础设施的价值，更让传统能源行业在全球脱碳进程中找到了新的角色与使命。