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油页岩原位开采技术初探

2018-11-23 9:14:47 来源:中国矿业报 作者:张家强 徐银波

油页岩是一种尚未生成油的富含有机质页岩,尚需人工加热干馏,使有机质热解形成“人造”石油,因而也是一种非常规油气资源。全世界油页岩资源量巨大,油页岩蕴藏的油资源量大体有4110亿吨,相当于目前已探明石油剩余可采储量的3倍。我国油页岩分布广,资源潜力巨大,在全国20个省(市、区)的47个盆地的油页岩蕴藏的油约有476亿吨,相当于常规石油探明储量的一半。

据了解,目前,世界油页岩资源的主要开发利用方式是地面干馏炼油和地面燃烧发电。地面干馏利用方式是先将油页岩矿石挖出来,运输至特殊的炉子里加热到500℃至600℃,干馏出“石油”。我国油页岩地面干馏工业历史悠久,目前干馏出的“人造”石油产量每年在七八十万吨左右。地面干馏利用方式不仅需要大量水资源,而且环保压力大,难以大规模发展。

为推动油页岩大规模绿色开发利用,国际各大石油公司不断加强油页岩地下原位干馏开采技术研究,经过近30年的发展,探索形成了多种油页岩原位开发技术。这种技术不开采油页岩矿石,而是通过地下原位加热油页岩,将有机质(干酪根)裂解成“油”和可燃的“烃气”,然后将油气导出地表。目前世界油页岩原位开发技术处于试验阶段,国内外已经通过野外试验成功从地下“拿出”石油还有很长的路要走。油页岩原位开采占地少,几乎不排放废物和废气,具有环境污染小、开采深度适应性强等优点,正成为油页岩开发利用最有前景的一项探索性新技术,国际各大石油公司和科研机构正在加紧科技攻关。

目前国外油页岩原位开采技术主要有四种:一是电导体加热原位转化技术。在地下油页岩地层内,放置加热元件或加热管,将油页岩层加热到340℃~370℃,使其均匀受热干馏出“石油”;同时,通过冷冻墙技术,将加工区与周围地下水隔开,阻止“墙”外水流入被加热地层,使开采井能封闭产出“石油”流体,提高采收率。二是电压裂原位转化技术。采用水力压裂方式压裂油页岩,然后向裂缝填充能导电的支撑剂,从而形成电加热体,热量可以通过支撑剂传递给油页岩,从而使油页岩中的有机质(干酪根)转化为油气。三是临界流射频加热原位转化技术。采用垂直电极阵列加热,即通过钻井将多个射频天线放置到油页岩原位开采作业区,利用无线电波立体加热油页岩,类似“微波炉加热”,使油页岩的有机质达到热解温度并干馏出“石油”。同时,将超临界CO2流体注入地下,把产生的“石油”驱赶、集中到生产井中,并通过生产井将其导出地面。四是注热原位干馏技术。采用碎石化技术将地下油页岩破碎成不连续的岩石块,或将地下油页岩层压裂形成缝网,然后通过注入井注入热流体将其加热,使其中的有机质(干酪根)受热转化为“石油”,通过生产井将“石油”导出地面。

2008年以来,我国也在陆续开展油页岩原位开发技术研发和试验,主要形成了油页岩局部化学反应法原位裂解技术(TS法)、油页岩压裂燃烧法原位转化技术、对流加热原位转化技术、近临界水法油页岩地下原位裂解技术(SCW技术)、油页岩高压-工频电加热原位裂解技术。其中,油页岩压裂燃烧法原位转化技术、油页岩局部化学反应法原位裂解技术的野外试验分别于2014年、2015年在地下生产出了少量“石油”,取得初步成功。□

(作者单位:自然资源部中国地质调查局油气资源调查中心)

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