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中國“提速”油頁巖勘探與開發

發佈時間:2017-09-19 15:37:45  |  來源:經濟參考報  |  作者:周長慶 張穎  |  責任編輯:王東海

 

作為非常規能源,全球油頁巖資源豐富。中國油頁巖資源總量位居世界第二位,折合成油頁巖油,約為全國常規石油資源量的62%。目前,中國正在“提速”油頁巖資源勘探與開發技術研究,以提高油氣能源自給率,增強未來保障國家能源安全能力。

油頁巖資源:中國居世界第二 吉林居全國第一

近年來,世界常規油氣資源勘探開發程度高,剩餘資源日益減少,以緻密油氣、頁巖油氣為代表的非常規油氣資源快速興起,已成為油氣資源的重要接替領域。而油頁巖是一種重要的能源礦産資源,不僅可以提取油頁巖油及相關石油化工産品,而且可作為燃料用來發電、取暖和運輸,還可生産建築材料和化肥等。它既屬於固體礦産資源,又屬於非常規油氣資源,含油率大於3.5%,可用於生産油頁巖油,直接燃燒發電。

據了解,全球油頁巖資源豐富,折合油頁巖油資源約4400多億噸,主要分佈在美國、中國、俄羅斯、約旦、摩洛哥、澳大利亞、愛沙尼亞、加拿大等國家。其中,美、中、俄三國油頁巖油資源佔全世界的90%左右。

2003年至2006年,我國“新一輪全國油氣資源評價”項目由國土資源部、國家發改委、財政部聯合啟動。該項目由國土資源部油氣資源戰略研究中心承擔,吉林大學地球科學學院教授劉招君負責實施了“全國油頁巖資源評價”工作,歷經4年對全國80個油頁巖含礦區進行了系統的評價工作。

評價結果表明,中國油頁巖分佈範圍廣泛,覆蓋了22個省和自治區、47個盆地。其中,松遼盆地是最大的含油頁巖盆地,其分佈面積可達5萬平方公里,約佔全國的45%。

據劉招君介紹,我國油頁巖資源量巨大。目前已評價的1000米以淺(埋深小于1000米)的油頁巖資源達7199億噸,平均含油率約6.6%,折合成油頁巖油476億噸,約為全國常規石油資源量的62%。其中,東北三省油頁巖資源量就佔了全國油頁巖總資源量的47%,折合成油頁巖油為162億噸。

吉林省是全國油頁巖資源最豐富的省份,約佔全國油頁巖總資源量的30%。2006年以來,吉林省油頁巖資源勘探取得了重大進展,截至2014年,在松遼盆地發現了4處超百億噸的大型油頁巖礦床。目前,全省查明油頁巖資源量1071億噸,折合成油頁巖油查明資源量52億噸;探明油頁巖資源量4.4億噸,折合成油頁巖油探明資源量0.36億噸。“吉林省扶余—長春嶺是油頁巖資源達453億噸的大型油頁巖礦床,具有很好的開發前景。”劉招君説。

傳統開採方式趨於停止 地下原位開採深受關注

油頁巖的開發利用可以追溯到17世紀,目前世界上幾乎所有的油頁巖都是通過開採到地面進行利用的。就像採煤一樣,通過傳統露天開採或礦井開採,將油頁巖礦石運輸到地表後,再經過低溫乾餾,制取油頁巖油或燃燒發電。

油頁巖地面乾餾存在環保方面的局限性。不僅露天開採對地表生態及水質破壞較嚴重,而且地面乾餾過程中會産生大量的廢棄物,每提煉一噸油頁巖油平均産生15噸至30噸廢渣,堆放佔用土地。生産過程中大量的廢水、廢氣處理難度也較大。

受環保問題和廢渣綜合利用技術制約,油頁巖傳統開發行業發展比較緩慢,在世界範圍內油頁巖地面乾餾規模較小,僅在愛沙尼亞、中國和巴西有一定應用,地面乾餾油頁巖油年産量約200萬噸,與常規油氣相比産量很低。

美國作為油頁巖資源最豐富的國家,從未放棄油頁巖的開發利用。美國土地管理局于2005年6月和2009年11月先後兩次在科羅拉多試驗區進行地面乾餾研發示範,多家公司在此處進行地面乾餾試驗,目前處於技術研發和儲備階段,受環保要求限制尚未進行商業化開發。

在我國,油頁巖的開採主要是傳統的地面乾餾工藝。由於我國油頁巖平均含油率僅在5%至10%左右,因此會産生超過90%的廢渣,廢氣、廢水和廢渣無疑會造成對環境的影響。20世紀五六十年代,我國油頁巖在提供動力燃料和熱電等方面發揮了重要作用,但隨著大慶等大油田的相繼發現,開發利用趨於停止。

近些年,發達國家對油頁巖開發利用主要關注的是地下原位開採技術,即直接給地下的油頁巖層通過多種方法加熱,使它在地下裂解,生産出油頁巖油,並傳輸至地面。國際著名石油公司——荷蘭殼牌公司持續開展相關研究30多年,總計投入近30億美元,研發了一套電加熱油頁巖原位轉化技術,相對於傳統地面乾餾,具有對環境污染少、耗水量少、産物品質好、可開採較深層油頁巖等優勢。

據專家介紹,殼牌的電加熱原位開採技術相對成熟,技術可行性得到了驗證,但對於大規模工業應用仍具有一定局限性,主要表現在加熱井距小、加熱時間長,不適合層薄、含油率低、有斷層、有頂底水層等油頁巖儲層。

我國油頁巖原位轉化技術取得突破性進展

據國家能源頁巖油研發中心主任、中國科學院院士金之鈞教授介紹,油氣資源包括常規油氣資源和非常規油氣資源。而非常規油氣資源類型主要包括:緻密油氣、頁巖油氣、煤層氣、油砂、油頁巖和天然氣水合物等,從前到後開發難度越來越大,對技術要求越來越高,開發成本與資源豐度、技術水準、環境保護的關聯度越來越大。

有關專家指出,與其他能源資源相比,油頁巖埋深淺、分佈廣且穩定,探明成本低,資源易於落實。若開採技術攻關突破,國家能源急需時可隨時發揮作用,是現實的油氣戰略儲備資源。

據介紹,我國適合露天開採(埋深小于100米左右)和井工開採(埋深100米到300米左右)的油頁巖資源較少,大部分油頁巖資源的開發依賴於原位轉化開採技術的突破。

記者從有關方面了解到,我國近年來已經探索和推進油頁巖原位轉化開採技術的相關研究,教育部、科技部、吉林省、中石油、中石化等投入了約4億元開展原位轉化開採技術研究,民營企業眾誠集團也投入近2億元開展研究。他們均取得了不同程度的進展。

國內多家大學一直積極開展油頁巖原位轉化開採技術研究。吉林大學依託國家級工程實驗室開展了基礎理論研究,通過小井組試驗成功採出了油頁巖油。太原理工大學針對原位注蒸汽技術進行了深入研究,並與大同煤礦集團合作完成了室內中試試驗。中國石油大學開展了大量室內實驗分析,針對油頁巖熱解機理取得了一系列認識突破。

中石油開展了油頁巖原位轉化開採機理研究、技術裝備研發和室內模擬實驗等技術攻關。中石化立足於資源整合,研究了國內外油頁巖原位轉化開採技術的特點,在此基礎上,聚焦電加熱和流體加熱兩種方法,開展了大量室內實驗研究和數值模擬研究,形成了兩套現場先導試驗方案。

總部位於吉林省長春市的眾誠集團是一家以石油煉製、銷售為一體的大型民營股份制企業,自2008年起進入油頁巖領域,自主研發了“地下原位裂解技術”,並在松遼平原開展了小井組試驗,成功實現了地下300米處點燃油頁巖,于2014年7月生産出了我國第一桶原位技術油頁巖油,相關技術獲得了1項國際專利、2項國家發明專利和7項實用新型專利。有關專家認為,這標誌著中國油頁巖原位開採技術有了突破性進展,具有里程碑意義。

業內專家認為,儘管我國油頁巖原位開採技術和工藝尚未成熟,基礎研究比較薄弱,亟待加強後才能進行技術經濟性評價和工業化應用,但其應用前景廣闊。此外,原位轉化技術還可以用於稠油、緻密油、頁巖油和油砂等油資源的開採,改善重油或低成熟度油的品質及流動性,以常規採油方法將改質後的油氣産出,提高重油或低成熟度油的采收率,具有廣泛的應用範圍。

有關專家認為,由於我國“富煤貧油少氣”的資源稟賦,油氣對外依存度持續攀升,石油安全是我國能源安全得到切實保障的關鍵。資源豐富的油頁巖作為我國潛在的戰略儲備資源和重要補充能源,應該將其開發利用列入國家能源戰略。他們建議,開展全國油頁巖資源勘查,加強油頁巖開發利用技術攻關,擴大原位轉化先導試驗規模,研究制定油頁巖勘探開發規劃,研究制定油頁巖開發利用支援政策。

據了解,油頁巖的重要性已引起高層領導的重視,油頁巖的相關工作正呈現“提速”之態。在國家發改委、能源局等部門和吉林省的大力推動下,目前,油頁巖原位開發項目已被列入國家能源技術革命創新行動計劃,特別是振興東北“推進吉林油頁巖綜合利用基地建設”項目。此外,油頁巖資源評價和高效開發技術已納入“地球深部探測”國家重大科技項目的一個子任務。