世界油页岩资源利用和发展趋势

世界油页岩资源丰富, 其探明储量换算成页岩油,远大于世界原油的探明储量。美国油页岩储量居世界首位, 其次则为俄罗斯、扎伊尔、巴西、加拿大、约旦、澳大利亚和中国。油页岩干馏制取页岩油始于19世纪上半叶的法国、英国、德国、西班牙等西欧国家。而后页岩油生产由于廉价原油的开采而衰落, 又由于世界石油危机而兴起; 100多年来、油页岩工业几经波折; 如今中国、爱沙尼亚和巴西拥有页岩油的工业生产。此外、爱沙尼亚、德国、中国和以色列则拥有油页岩燃烧产蒸汽发电的工业装置。当前、由于世界原油价格上涨,页岩油的生产在不少国家已有利可图, 中国、爱沙尼亚等国家正扩建、新建页岩油工厂; 蒙古、约旦等国正考虑筹建页岩油厂, 美国也计划对其丰富的油页岩资源进行加工利用。     

页岩油化学生热原位转化开采理论与方法

页岩油资源量潜力巨大,作为一种重要的接替能源,寻求页岩油的有效开发与经济利用的途径,对缓解能源供需矛盾具有重大的现实意义。在分析页岩油原位转化/改质各种方法优缺点的基础上,总结了页岩油裂解生烃转化的温度时间条件与结构演化特征,根据物质与能量平衡原理,提出了页岩油化学生热原位转化开采理论与方法,论证了该方法温度水平、热量供给和固相体积变化等技术可行性,提出了关键技术可能突破的工艺路径。得出了如下结论:当前中低成熟度页岩油和油页岩地下原位转化/改质方法主要面临热效率低、污染风险高和储层沉降失稳等瓶颈难题; 提出了页岩油化学生热原位开采理论,采用氧化钙与水反应为有机质原位转化提供热量,通过热量平衡与固相物质平衡分析、高压氧化钙水解试验,证明了该理论方法的技术可行性和经济性; 建立了页岩油化学生热原位转化开采方法,提出了氧化钙粉末表面包覆改性、氧化钙微球、氧化钙羟基注入液、高压空气氧化钙粉末注入等核心技术工艺路径。     

油页岩生产技术研究

总结了世界上从油页岩中制取页岩油的两大类生产技术方法:即地面干馏方法和地下转化方法,并总结了各方法的优缺点。根据我国油页岩资源的特点,认为应在发展和改进目前地面干馏技术的同时着力发展地下转化技术,为开采油页岩油进行技术改进。     

鄂尔多斯盆地何家坊地区三叠系油页岩特征

为了认识陕西省铜川市何家坊地区三叠系延长组长7油页岩矿床特征、品级质量和勘探前景,对何家坊地区三叠系油页岩成矿地质背景和油页岩样品数据进行了研究分析,并对比了井下和地表油页岩参数变化。该区油页岩厚度较大、油页岩段集中、分布稳定、含油率较高,为厚层中品级富-高硫油页岩;地表油页岩由于覆压减小等影响,页理张开、孔隙增加、密度减小。油页岩油气含量更能反映其利用价值,油页岩开发必须考虑含气量的综合利用。     

世界油页岩资源开发利用现状与发展前景

由于世界原油价格的高涨和常规油气资源的短缺,非常规油气资源中的油页岩以资源丰富、经济性和开发利用的可行性成为21 世纪重要的石油补充和替代能源。世界油页岩资源探明储量折算成页岩油约70%分布在美国,其次集中分布在中国、俄罗斯、巴西、加拿大、约旦、澳大利亚和爱沙尼亚等; 中国油页岩资源约85%以上分布在吉林、辽宁和广东省。随着各国重新或开始重视油页岩的开发与利用,油页岩的储量、页岩油的产量和油页岩开发利用的经济价值都呈增长趋势,相应的政策支持力度也在加大。     

一种现实的石油替代能源——油页岩

石油短缺,已成为我国经济发展的“瓶颈”,石油进口不断增多,对外依存度提高带来的风险日益加重。在保证液体燃料供应的诸多办法中,页岩油是一种较现实的石油替代能源。我国有丰富的油页岩资源,是发展油页岩工业的有利条件。油页岩生产页岩油在世界上有悠久的历史,从20世纪以来,很多国家对开发油页岩的研究工作从未停止过,因此生产页岩油并加工成各种产品有一定的技术基础。要爱护、保护好宝贵的油页岩资源,组织力量开发自己的适合国情的技术先进、环境友好的干馏工艺,用好油页岩资源,为国家经济建设做出贡献。     

油页岩低温干馏不同阶段的产物特征

对东北地区典型盆地油页岩样品进行分阶段低温干馏加温实验,分析油页岩的最佳产油区间和最佳加温方式。低温干馏产物(页岩油、半焦、水分、气体损失物)的变化规律表明低品质油页岩在整个低温干馏过程中出油率缓慢递增,因此可以采用传统的低温干馏加温方式。中等、优等品质油页岩在Ⅰ-Ⅱ阶段出油率变化不明显,Ⅲ-Ⅳ阶段出油率增加最快,绝大多数油页岩在Ⅵ阶段出油率几乎不再发生变化,因此中等、优等品质油页岩的低温干馏可以采用Ⅴ阶段加温方式,该加温方式的提出既可获得较高含量的页岩油,又可提高半焦的附加利用值。     

新疆博格达山北麓二叠系油页岩成矿特征及资源潜力

博格达山北麓山前弧形冲断褶皱带上发育强烈变形的二叠系油页岩,产出层位为中二叠统芦草沟组。纵向上芦草沟组上段油页岩较下段发育,而品质下段好于上段,横向上以阜康县三工河地区油页岩最发育,含油率高,由此向东、向西两侧油页岩逐渐减薄,品质降低。芦草沟组油页岩形成于高盐度的半深水-深水陆缘近海湖泊环境,属低熟-成熟优质生油岩。油页岩产状以纸状、层状和砂质油页岩3种类型为主,纸状油页岩品质最好。利用体积法估算博格达山北麓芦草沟组油页岩资源为652.39×10⁸t,技术可采油页岩资源量226.5×10⁸t,页岩油资源量为54×10⁸t,技术可采页岩油资源量18.8×10⁸t,可回收页岩油资源量14.1×10⁸t。三工河地区油页岩品质好,厚度大,埋藏浅,油页岩和页岩油资源量大,是进一步勘查与开发的首选地区。     

吉林省油页岩资源开发利用中BOT融资模式探讨

石油短缺已成为制约中国经济发展的瓶颈,石油进口不断增多、对外依存度提高带来的风险日益加重。在保证液体燃料供应的诸多方法中,使用页岩油这一石油替代资源较为现实。吉林省有丰富的油页岩资源,为发展页岩油工业提供了有利条件,但油页岩开发需要大量资金及先期投入,全部由政府投资会给国家或地方财政造成很大负担,给吉林省油页岩资源开发造成阻碍。BOT项目融资模式作为一种新型的融资模式已广泛应用于国家的基础设施建设中,其独特的新型融资手段和建设方式等优点,将会对解决吉林省油页岩资源开发资金短缺问题起到重要作用。     

桦甸盆地桦甸组与美国犹他盆地绿河组油页岩生物标志化合物特征对比

在野外地质考察、岩心观察和大量测试数据分析的基础上,对我国东北地区桦甸盆地始新统桦甸组和美国犹他盆地始新统绿河组油页岩中类异戊二烯烷烃、甾类和萜类等生物标志化合物特征进行了详细的对比研究,并探讨其对两地油页岩在有机质来源及古沉积环境上的差异指示意义。结果表明:在GC谱图上,桦甸油页岩Pr/Ph为1.47～2.03,具姥鲛烷优势;而绿河油页岩Pr/Ph为0.34～0.44,具植烷优势。GC-MS分析表明:桦甸油页岩规则甾烷C27-C28-C29呈反"L"型分布,∑(C27+C28)/∑C29为0.63～2.52;绿河油页岩规则甾烷C27-C28-C29呈钝角不对称"V"型分布,∑(C27+C28)/∑C29为0.96～1.20。桦甸油页岩萜类化合物中萜烯>ββ构型霍烷>αβ构型霍烷,以C29萜烯占优势;绿河油页岩中五环三萜烷>三环萜烷>四环萜烷,并检出丰富的γ-蜡烷和β-胡萝卜烷。两地油页岩生物标志化合物特征参数的对比分析揭示:桦甸油页岩为水生生物和高等植物双重生源,但细菌及藻类等水生生物的贡献较大,主要形成于弱还原淡水沉积环境;绿河油页岩有机质来源主要为细菌和藻类等水生生物,主要形成于强还原咸水沉积环境。     

油页岩原位开采温度-时间-转化率判识方法及应用

油页岩原位转化开采加热的最终温度、加热时间和最终油气转化率与原位开采的经济成本息息相关。利用Rock-Eval 6型岩石热解分析仪分别获取不同升温速率下的油页岩烃产率-转化率和烃产率-活化能之间的关系,以烃产率为桥梁,建立活化能与转化率的对应关系;在此基础上,依据化学动力学反应原理,将油页岩有机质（干酪根）演化生成油气的过程近似为具一级反应特征的热裂解反应,获取不同转化率条件下温度倒数（1/T）与时间对数（ln t）的关系式,建立油页岩原位转化温度-时间-转化率关系图。以广东茂名盆地油柑窝组油页岩为例,通过上述方法建立了油页岩原位转化开采温度-时间-转化率关系图。由判识关系图可知：加热至350℃开采该区油页岩,转化率达90%需要98 a;加热至200℃开采该区油页岩,在不采取其他措施的情况下即使转化10%也需要147 a。实际情况下,地下油页岩原位受热具有非均质性,加热开采能耗大,通过添加催化剂降低油页岩原位油气转化所需的温度、改善油气产物品质可能是油页岩原位开采技术的一种发展方向。     

不同边界条件对油页岩原位转化开采的影响及启示

借助于烃源岩生排烃模拟技术,开展了加热温度、加热速率、恒温时间、水质量分数等不同边界条件对油页岩原位转化开采影响的模拟实验。结果表明:升高转化温度、降低升温速率、延长恒温时间均有利于提高原位转化出油率和改善油品;流体压力过度升高对油品稍有改善,但出油率有所降低,且过高的流体压力(如超过开采层上覆岩层压力)会对地面工程产生破坏影响;高温地层水可能作为催化剂、反应物和溶剂参加反应,促进非共价键的断裂,提高出油率。在此基础上,提出了在干馏转化过程中加入额外的供氢物质或高温水中加入适量的水溶性催化剂提高油页岩原位转化开采出油率的方法。     

油页岩地下原位转化与钻采技术现状及发展趋势

我国油页岩地质资源量巨大,是保证我国能源安全的重要战略资源。油页岩地下原位转化开采是油页岩工业的发展趋势,在系统收集相关资料、数据和调研的基础上,总结了国内外油页岩原位转化技术的发展历程,提出了高效加热技术、储层改造技术和地下空间封闭技术三个油页岩原位转化核心技术,并对这三大核心技术的主要技术特点和发展现状做出了进一步分析。在明确油页岩地下原位转化开采低成本、高产量和低污染的目标基础上,提出了地表井下协同加热-多阶段物理化学复合加热-自生热驱动链式原位裂解的热流体原位复合加热技术、双水平井小井距电磁测距导向技术、多工艺精确储层改造压裂技术、注浆帷幕和气驱止水地下空间封闭技术等油页岩原位转化核心技术的发展方向,以期对我国油页岩地下原位转化开采技术提供借鉴和参考。     

油页岩试样在循环冻融条件下破裂实验研究

由于油页岩原位破碎研究对于油页岩传热效率的提高具有重要的意义,提出了一种油页岩原位破碎室内研究方法,即循环冻融法。本文主要论述了其实验机理、实验台的设计、实验岩样的制备,实验数据的采集与分析等。此次循环冻融实验主要由工程模拟单孔时循环冻融法研究油页岩试样裂缝扩展情况,根据设计要求完成2组试样的制备以及相关实验台的设计,并采用了超声波检测的手段对完成每一实验阶段油页岩试样进行检测,为油页岩原位破碎研究提供一种可行的实验方案,对油页岩传热效率的研究具有一定的参考意义。     

油页岩原位开采区注浆封闭浆液优化及其防渗效果实验

为提高油页岩原位转化加热效率、减少油气污染,采用注浆技术对油页岩开采区进行封闭止水。基于扶余油页岩开采区地质条件,对优化封闭浆液配方与封闭效果进行实验研究。首先基于正交试验,获得了不同指标下的优化配方,进而通过综合分析法,选出符合此封闭区要求的优化配方;为了验证优化浆液的封闭效果,对比分析了浆液充填前后油页岩试样渗透率的变化。结果表明：浆液优化配方为水灰质量比0.85,w（钠基膨润土）4.0%、w（微硅粉）6.0%、w（聚羧酸减水剂）0.5%;当围压为扶余油页岩开采区地应力时,充填浆液试样的渗透率均约为0.1×10^-3 μm²,远低于未充填的试样,优化浆液封堵试样裂缝效果较好。     

从能耗比论低熟富有机质页岩原位改质转化的经济可行性及增效途径

在原位改质技术开发中,对低熟页岩的巨大的油气资源潜力的技术可行性质疑不多,但由于致热页岩耗能巨大,经济可行性还面临重重质疑,也缺乏有力的定量论证。本文从能量守恒原理出发,对致热页岩过程中生成油气的获能和裂解有机质的耗能、页岩吸热耗能、围岩散热耗能分别进行了定量评价,得到了不同条件下的能耗比及其影响因素,结果表明：能耗比随TOC含量的升高快速增大,对倾油性的页岩,能耗比为3时对应的TOC含量≈4.2%,表明,当TOC含量较高时,有望通过大规模作业摊薄工程成本,使考虑工程成本之后的能耗比>1,即原位加热改质技术可以具有经济效益。从有关因素对能耗比的影响幅度来看,提高经济可行性的增效途径之一是探寻高效致热页岩、减少围岩传导耗热的技术;途径之二是探寻高效转化有机质为油气的技术,即探索具有催化效应/能力的技术,减少页岩吸热和致热时间;途径之三是探寻综合考虑能耗比、时间成本、工程成本的水平井综合布井技术。     

高压-工频电加热裂解油页岩技术室内试验及 氧的驱动效应分析

高压-工频电加热原位裂解油页岩是吉林大学与俄罗斯托木斯克理工大学合作研究的具有占地面积小、污染小、工艺简单等优点的油页岩开采技术。先对油页岩使用高压电击穿,再使用电加热的二步法,可以达到快速裂解油页岩的效果。为了确定裂解油页岩的工艺参数,以及更好地掌握高压-工频电加热裂解油页岩技术,本文对油页岩在有、无氧气条件下的裂解过程进行了热分析试验。试验表明,在有氧与无氧加热条件下,都可完成油页岩的裂解,且裂解过程是相同的,都属于二段式裂解过程。氧在油页岩加热裂解时具有驱动作用,可以降低油页岩的裂解温度、节省能量、提高裂解速度。     

国际油页岩开发技术与研究进展记第33届国际油页岩会议

笔者参加了美国科罗拉多矿业学院于2013年10月14-16日组织召开的第33届国际油页岩会议(33rd Oil Shale Symposium).为了让国内学者了解国际油页岩开发技术与研究的进展情况,笔者选取了会上重要报告,从油页岩资源的地质调查、油页岩化学分析技术、地面干馏技术、地下原位转化技术、国际油页岩项目动态和油页岩资源开发风险评估等方面介绍了国际油页岩研究的新进展.国际上对油页岩资源的开发与利用正向着快速、经济、原位和环保的方向发展,会议上提出的油页岩光谱分析、沸腾油原位转化工艺及其先导试验区的建设、油页岩新项目的设计与发展等相关技术与理念都非常值得我国油页岩行业学习与借鉴.     

全球页岩油形成分布潜力及中国陆相页岩油理论技术进展

全球非常规页岩层系油气资源丰富,富有机质页岩主要沉积在劳亚构造域和特提斯构造域的上侏罗统、渐新统—中新统、白垩系和上泥盆统4套页岩层系内。交汇分析北美典型页岩油区块产量与R_o数据关系,提出R_o为0.7%作为低熟页岩油和中高熟页岩油的界限,系统评价了全球116个盆地157套页岩层系中高熟页岩油、低熟页岩油技术可采资源量约2 512亿t,主要分布在北美洲、南美洲、北非和俄罗斯,以前陆盆地中新界、克拉通盆地古生界、裂谷盆地和被动大陆边缘盆地的中生界为主。海相页岩油受显生宙以来的海侵影响,富集在稳定克拉通和前陆等类型盆地中,具大面积稳定分布、成熟度适中等特征;陆相页岩油受暖室期气候影响,主要在坳陷、断陷等类型盆地中发育,以微纳米级无机孔隙和微页理裂缝为主要储渗空间通道,具有沉积相横向变化大、“甜点区段”局部富集等特征。中国石油工业正经历从“陆相页岩生油”向“陆相页岩产油”转变,初步形成源岩油气“进源找油”地质理论、陆相页岩油高效勘探及低成本开发技术体系,推动中国陆相页岩油取得重要突破。着力加强应用基础理论研究与关键技术攻关,构建地质-工程一体化模式,...