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中國“提速”油頁岩勘探與開發 原位轉化技術取得突破性進展
2017-09-18 07:16:53 來源: 經濟參考報
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  作為非常規能源,全球油頁岩資源豐富。中國油頁岩資源總量位居世界第二位,折合成油頁岩油,約為全國常規石油資源量的62%。目前,中國正在“提速”油頁岩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。

  油頁岩資源: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,剩余資源日益減少,以致密油氣、頁岩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。而油頁岩是一種重要的能源礦産資源,不僅可以提取油頁岩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。它既屬于固體礦産資源,又屬于非常規油氣資源,含油率大于3.5%,可用于生産油頁岩油,直接燃燒發電。

  據了解,全球油頁岩資源豐富,折合油頁岩油資源約4400多億噸,主要分布在美國、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、俄三國油頁岩油資源佔全世界的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“全國油頁岩資源評價”工作,歷經4年對全國80個油頁岩含礦區進行了係統的評價工作。

  評價結果表明,中國油頁岩分布范圍廣泛,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岩盆地,其分布面積可達5萬平方公裏,約佔全國的45%。

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

  吉林省是全國油頁岩資源最豐富的省份,約佔全國油頁岩總資源量的30%。2006年以來,吉林省油頁岩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岩礦床。目前,全省查明油頁岩資源量1071億噸,折合成油頁岩油查明資源量52億噸;探明油頁岩資源量4.4億噸,折合成油頁岩油探明資源量0.36億噸。“吉林省扶余—長春嶺是油頁岩資源達453億噸的大型油頁岩礦床,具有很好的開發前景。”劉招君説。

  傳統開採方式趨于停止地下原位開採深受關注

  油頁岩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岩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,將油頁岩礦石運輸到地表後,再經過低溫幹餾,制取油頁岩油或燃燒發電。

  油頁岩地面幹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,而且地面幹餾過程中會産生大量的廢棄物,每提煉一噸油頁岩油平均産生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,油頁岩傳統開發行業發展比較緩慢,在世界范圍內油頁岩地面幹餾規模較小,僅在愛沙尼亞、中國和巴西有一定應用,地面幹餾油頁岩油年産量約200萬噸,與常規油氣相比産量很低。

  美國作為油頁岩資源最豐富的國家,從未放棄油頁岩的開發利用。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幹餾研發示范,多家公司在此處進行地面幹餾試驗,目前處于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,油頁岩的開採主要是傳統的地面幹餾工藝。由于我國油頁岩平均含油率僅在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,我國油頁岩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,開發利用趨于停止。

  近些年,發達國家對油頁岩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岩層通過多種方法加熱,使它在地下裂解,生産出油頁岩油,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岩原位轉化技術,相對于傳統地面幹餾,具有對環境污染少、耗水量少、産物品質好、可開採較深層油頁岩等優勢。

  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,但對于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、有頂底水層等油頁岩儲層。

  我國油頁岩原位轉化技術取得突破性進展

  據國家能源頁岩油研發中心主任、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:致密油氣、頁岩油氣、煤層氣、油砂、油頁岩和天然氣水合物等,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、技術水平、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,油頁岩埋深淺、分布廣且穩定,探明成本低,資源易于落實。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)的油頁岩資源較少,大部分油頁岩資源的開發依賴于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岩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岩原位轉化開採技術研究。吉林大學依托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岩油。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,針對油頁岩熱解機理取得了一係列認識突破。

  中石油開展了油頁岩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。中石化立足于資源整合,研究了國內外油頁岩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。

  總部位于吉林省長春市的眾誠集團是一家以石油煉制、銷售為一體的大型民營股份制企業,自2008年起進入油頁岩領域,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米處點燃油頁岩,于2014年7月生産出了我國第一桶原位技術油頁岩油,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,這標志著中國油頁岩原位開採技術有了突破性進展,具有裏程碑意義。

  業內專家認為,盡管我國油頁岩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于稠油、致密油、頁岩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採收率,具有廣泛的應用范圍。

  有關專家認為,由于我國“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。資源豐富的油頁岩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,開展全國油頁岩資源勘查,加強油頁岩開發利用技術攻關,擴大原位轉化先導試驗規模,研究制定油頁岩勘探開發規劃,研究制定油頁岩開發利用支持政策。

  據了解,油頁岩的重要性已引起高層領導的重視,油頁岩的相關工作正呈現“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,油頁岩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“推進吉林油頁岩綜合利用基地建設”項目。此外,油頁岩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。(記者 周長慶 張穎)

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