世界油頁巖原位開采技術(shù)進(jìn)展

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1、世界油頁巖原位開采技術(shù)1前言在能源日趨緊張的今天，我國有必要在完善傳統(tǒng)的地面干餾工藝的基礎(chǔ)上，著力發(fā)展原位開采技術(shù)，國內(nèi)外許多大公司及研有殼牌公司的ICP技術(shù)進(jìn)行了中等規(guī)模的工業(yè)性試驗(yàn)，尚未進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。我國具有豐富的油頁巖資源，尤其是不能通過傳統(tǒng)干餾技術(shù)開發(fā)的300m以深的資源占提供理論和技術(shù)究機(jī)構(gòu)在這方面做了大量的研究，已初見成效，但大部分工藝仍處于實(shí)驗(yàn)室及小型試驗(yàn)階段。目前只儲(chǔ)備。地下干餾指埋藏于地下的油頁巖不經(jīng)開采，直接在地下設(shè)法加熱干餾，產(chǎn)出的油氣被導(dǎo)出到地面上來，冷凝獲得頁巖油

2、及不凝氣。地下干餾也稱為原位很大的比例。為未來油頁巖資源開發(fā)開采。原位開采不但不需要進(jìn)行采礦和建設(shè)大型的尾氣處理設(shè)施，而且可開發(fā)深層、高厚度的油頁巖資源，具有產(chǎn)品質(zhì)量好、采油率高、占地面積少和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。2原位開采技術(shù)地下開采油頁巖主要存在三個(gè)問題。第一，干酪根必須轉(zhuǎn)化為成不適當(dāng)?shù)沫h(huán)境或經(jīng)濟(jì)的負(fù)擔(dān)。現(xiàn)在油頁巖原位開采技術(shù)達(dá)數(shù)十可流動(dòng)的石油和天然氣。需要在相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)供給足夠的熱量，以使高溫分解在合理的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，從而完成該轉(zhuǎn)化過程；第二，在包含干酪根、可能具有極低滲透性的油頁巖中，必須增加滲透性

3、；第三，干餾后的油頁巖必須不會(huì)造種，本文只對(duì)一些具有代表性的技術(shù)進(jìn)行闡述。原位開采中向地下油頁巖引入熱量的方式有很多種方法，若按照油頁巖層受熱方式可分為傳導(dǎo)加熱、對(duì)流加熱、輻射加熱三類工藝。2.1傳導(dǎo)加熱技術(shù)目前主要利用傳導(dǎo)加熱方式加熱頁巖層的技術(shù)主要有殼牌的ICP技術(shù)、美孚的ElectrofracTM技術(shù)和IEP公司的GFC技術(shù)。2.1.1殼牌的ICP技術(shù)從1980年，殼牌石油公司HoustonR&D研究中心開始研究ICP技術(shù)，申請(qǐng)了150多項(xiàng)專利，已經(jīng)在美國馬霍干尼進(jìn)行了地下干餾中試試驗(yàn)。目前

4、殼牌的ICP技術(shù)是原位開采中最成熟的技術(shù)。2005年殼牌和吉林光正礦業(yè)有限責(zé)任公司開始聯(lián)合開發(fā)吉林農(nóng)安油頁巖資源。圖1殼牌ICP技術(shù)ICP開采的基本原理是通過熱源井將熱量引入地下的油頁巖層，使油頁巖中的固態(tài)有機(jī)質(zhì)受熱分解形成可在地層孔隙中流動(dòng)的氣、液態(tài)有機(jī)物，通過生產(chǎn)井將這些流體采集到地面。ICP工藝中主要有五類井：冷凍井、疏干井、監(jiān)測(cè)井、熱源井、生產(chǎn)井。冷凍井：向其中注入冷凍液，建立冷凍墻。疏干井：用來抽出冷凍墻內(nèi)部的地下水，防止地下水浸入頁巖層，減少地下干餾的能耗。監(jiān)測(cè)井：用于監(jiān)測(cè)地層溫度和壓

5、力、地下水的pH值、Eh值、水中微生物變化、裂縫尺寸等參數(shù)。熱源井：用于給地下頁巖提供熱量。生產(chǎn)井：即采油井，將地層孔隙中流動(dòng)的油氣采集并輸送到地面。ICP工藝主要包括以下部分：（1）建立冷凍墻為了阻止地下水流入油頁巖開采區(qū)，該工藝?yán)昧死鋬鰤夹g(shù)，即先在開采區(qū)周邊鉆一系列井，建立環(huán)形封閉管道系統(tǒng)，注入-45℃的冷流體，使周圍的地下水冷凍，形成外圍冷凍墻，保護(hù)周圍地下水不受污染。建立冷凍墻之后，將開采區(qū)的地下水全部抽走，以減少加熱過程中能量的消耗。（2）加熱頁巖層鉆加熱井，安裝加熱棒進(jìn)行傳導(dǎo)加熱和

6、裂解油頁巖，促使其內(nèi)部的干酪根轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的油或氣（3）采出干餾油氣按照常規(guī)油氣開采的方法，將地下干餾的高品質(zhì)的油氣采集到地面進(jìn)行加工，生產(chǎn)石腦油、煤油等成品油（4）鉆探監(jiān)測(cè)井用來監(jiān)測(cè)水文，地質(zhì)，溫度，壓力和水質(zhì)等參數(shù)該工藝的突出優(yōu)點(diǎn)是：提高了資源開發(fā)利用效率；減少了開采過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，即少占地、無尾渣廢料、無空氣污染、少地下水污染及最大限度地減少有害副產(chǎn)品的產(chǎn)生?？砷_發(fā)厚度大于30m，基本不滲透且層內(nèi)無可流動(dòng)水，并且平均含油率與厚度乘積大于900的油頁巖層。另外，該工藝也存在一些缺點(diǎn)：（

7、1）電加熱工藝復(fù)雜，故障多，難排除；（2）加熱元件及功率小，耗電多，波及面積小，成本高；（3）溫度場(chǎng)呈球狀分布，損失大；（4）油氣遷移動(dòng)力小，難以采出，導(dǎo)致回收率較低。據(jù)說，由于電加熱能耗太大，在工業(yè)應(yīng)用階段，擬改用氣體加熱。2.1.2美孚的ElectrofracTM技術(shù)?？松梨谧詮?960年就進(jìn)行油頁巖地下干餾工藝的研究、開發(fā)。1990年通過對(duì)30多種工藝的調(diào)研，開發(fā)了ElectrofracTM工藝，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模的試驗(yàn)及數(shù)值模擬，試驗(yàn)結(jié)果令人滿意，目前正在計(jì)劃進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，使其商業(yè)化生

8、產(chǎn)。ElectrofracTM工藝先利用平行井對(duì)頁巖層進(jìn)行水力壓裂，填充導(dǎo)電介質(zhì)，形成加熱單元。導(dǎo)電介質(zhì)通過熱傳導(dǎo)把熱量傳遞給頁巖，使頁巖內(nèi)的干酪根熱解產(chǎn)生油氣。產(chǎn)生的油氣通過采油井采到地面上來。同時(shí)，伴生礦--碳酸氫鈉也遇熱反應(yīng)生成碳酸鈉，用水抽提出來，作為副產(chǎn)品。圖2美孚ElectrofracTM技術(shù)該工藝的特點(diǎn)：1.采用了壓裂技術(shù)增加了頁巖層的滲透性，提高了經(jīng)濟(jì)效益；2.生產(chǎn)副產(chǎn)品碳酸鈉，可開采致密性油頁巖資源；3.沒有保護(hù)地下水，容易造成水污染；4.采用平面熱源的線性導(dǎo)熱方