作為非常規(guī)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(guī)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(fā)技術(shù)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(guī)油氣資源勘探開發(fā)程度高,剩余資源日益減少,以致密油氣、頁巖油氣為代表的非常規(guī)油氣資源快速興起,已成為油氣資源的重要接替領(lǐng)域。而油頁巖是一種重要的能源礦產(chǎn)資源,不僅可以提取油頁巖油及相關(guān)石油化工產(chǎn)品,而且可作為燃料用來發(fā)電、取暖和運輸,還可生產(chǎn)建筑材料和化肥等。它既屬于固體礦產(chǎn)資源,又屬于非常規(guī)油氣資源,含油率大于3.5%,可用于生產(chǎn)油頁巖油,直接燃燒發(fā)電。

據(jù)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、俄三國油頁巖油資源占全世界的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(fā)改委、財政部聯(lián)合啟動。該項目由國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心承擔(dān),吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院教授劉招君負責(zé)實施了“全國油頁巖資源評價”工作,歷經(jīng)4年對全國80個油頁巖含礦區(qū)進行了系統(tǒng)的評價工作。

評價結(jié)果表明,中國油頁巖分布范圍廣泛,覆蓋了22個省和自治區(qū)、47個盆地。其中,松遼盆地是最大的含油頁巖盆地,其分布面積可達5萬平方公里,約占全國的45%。

據(jù)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(guī)石油資源量的62%。其中,東北三省油頁巖資源量就占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,約占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(fā)現(xiàn)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(fā)前景。”劉招君說。

傳統(tǒng)開采方式趨于停止地下原位開采深受關(guān)注

油頁巖的開發(fā)利用可以追溯到17世紀(jì),目前世界上幾乎所有的油頁巖都是通過開采到地面進行利用的。就像采煤一樣,通過傳統(tǒng)露天開采或礦井開采,將油頁巖礦石運輸?shù)降乇砗?再經(jīng)過低溫干餾,制取油頁巖油或燃燒發(fā)電。

油頁巖地面干餾存在環(huán)保方面的局限性。不僅露天開采對地表生態(tài)及水質(zhì)破壞較嚴重,而且地面干餾過程中會產(chǎn)生大量的廢棄物,每提煉一噸油頁巖油平均產(chǎn)生15噸至30噸廢渣,堆放占用土地。生產(chǎn)過程中大量的廢水、廢氣處理難度也較大。

受環(huán)保問題和廢渣綜合利用技術(shù)制約,油頁巖傳統(tǒng)開發(fā)行業(yè)發(fā)展比較緩慢,在世界范圍內(nèi)油頁巖地面干餾規(guī)模較小,僅在愛沙尼亞、中國和巴西有一定應(yīng)用,地面干餾油頁巖油年產(chǎn)量約200萬噸,與常規(guī)油氣相比產(chǎn)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(fā)利用。美國土地管理局于2005年6月和2009年11月先后兩次在科羅拉多試驗區(qū)進行地面干餾研發(fā)示范,多家公司在此處進行地面干餾試驗,目前處于技術(shù)研發(fā)和儲備階段,受環(huán)保要求限制尚未進行商業(yè)化開發(fā)。

在我國,油頁巖的開采主要是傳統(tǒng)的地面干餾工藝。由于我國油頁巖平均含油率僅在5%至10%左右,因此會產(chǎn)生超過90%的廢渣,廢氣、廢水和廢渣無疑會造成對環(huán)境的影響。20世紀(jì)五六十年代,我國油頁巖在提供動力燃料和熱電等方面發(fā)揮了重要作用,但隨著大慶等大油田的相繼發(fā)現(xiàn),開發(fā)利用趨于停止。

近些年,發(fā)達國家對油頁巖開發(fā)利用主要關(guān)注的是地下原位開采技術(shù),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,生產(chǎn)出油頁巖油,并傳輸至地面。國際著名石油公司——荷蘭殼牌公司持續(xù)開展相關(guān)研究30多年,總計投入近30億美元,研發(fā)了一套電加熱油頁巖原位轉(zhuǎn)化技術(shù),相對于傳統(tǒng)地面干餾,具有對環(huán)境污染少、耗水量少、產(chǎn)物品質(zhì)好、可開采較深層油頁巖等優(yōu)勢。

據(jù)專家介紹,殼牌的電加熱原位開采技術(shù)相對成熟,技術(shù)可行性得到了驗證,但對于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用仍具有一定局限性,主要表現(xiàn)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?shù)姿畬拥扔晚搸r儲層。

我國油頁巖原位轉(zhuǎn)化技術(shù)取得突破性進展

據(jù)國家能源頁巖油研發(fā)中心主任、中國科學(xué)院院士金之鈞教授介紹,油氣資源包括常規(guī)油氣資源和非常規(guī)油氣資源。而非常規(guī)油氣資源類型主要包括:致密油氣、頁巖油氣、煤層氣、油砂、油頁巖和天然氣水合物等,從前到后開發(fā)難度越來越大,對技術(shù)要求越來越高,開發(fā)成本與資源豐度、技術(shù)水平、環(huán)境保護的關(guān)聯(lián)度越來越大。

有關(guān)專家指出,與其他能源資源相比,油頁巖埋深淺、分布廣且穩(wěn)定,探明成本低,資源易于落實。若開采技術(shù)攻關(guān)突破,國家能源急需時可隨時發(fā)揮作用,是現(xiàn)實的油氣戰(zhàn)略儲備資源。

據(jù)介紹,我國適合露天開采(埋深小于100米左右)和井工開采(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(fā)依賴于原位轉(zhuǎn)化開采技術(shù)的突破。

記者從有關(guān)方面了解到,我國近年來已經(jīng)探索和推進油頁巖原位轉(zhuǎn)化開采技術(shù)的相關(guān)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(zhuǎn)化開采技術(shù)研究,民營企業(yè)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(nèi)多家大學(xué)一直積極開展油頁巖原位轉(zhuǎn)化開采技術(shù)研究。吉林大學(xué)依托國家級工程實驗室開展了基礎(chǔ)理論研究,通過小井組試驗成功采出了油頁巖油。太原理工大學(xué)針對原位注蒸汽技術(shù)進行了深入研究,并與大同煤礦集團合作完成了室內(nèi)中試試驗。中國石油大學(xué)開展了大量室內(nèi)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(zhuǎn)化開采機理研究、技術(shù)裝備研發(fā)和室內(nèi)模擬實驗等技術(shù)攻關(guān)。中石化立足于資源整合,研究了國內(nèi)外油頁巖原位轉(zhuǎn)化開采技術(shù)的特點,在此基礎(chǔ)上,聚焦電加熱和流體加熱兩種方法,開展了大量室內(nèi)實驗研究和數(shù)值模擬研究,形成了兩套現(xiàn)場先導(dǎo)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(yè),自2008年起進入油頁巖領(lǐng)域,自主研發(fā)了“地下原位裂解技術(shù)”,并在松遼平原開展了小井組試驗,成功實現(xiàn)了地下300米處點燃油頁巖,于2014年7月生產(chǎn)出了我國第一桶原位技術(shù)油頁巖油,相關(guān)技術(shù)獲得了1項國際專利、2項國家發(fā)明專利和7項實用新型專利。有關(guān)專家認為,這標(biāo)志著中國油頁巖原位開采技術(shù)有了突破性進展,具有里程碑意義。

業(yè)內(nèi)專家認為,盡管我國油頁巖原位開采技術(shù)和工藝尚未成熟,基礎(chǔ)研究比較薄弱,亟待加強后才能進行技術(shù)經(jīng)濟性評價和工業(yè)化應(yīng)用,但其應(yīng)用前景廣闊。此外,原位轉(zhuǎn)化技術(shù)還可以用于稠油、致密油、頁巖油和油砂等油資源的開采,改善重油或低成熟度油的品質(zhì)及流動性,以常規(guī)采油方法將改質(zhì)后的油氣產(chǎn)出,提高重油或低成熟度油的采收率,具有廣泛的應(yīng)用范圍。

有關(guān)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(xù)攀升,石油安全是我國能源安全得到切實保障的關(guān)鍵。資源豐富的油頁巖作為我國潛在的戰(zhàn)略儲備資源和重要補充能源,應(yīng)該將其開發(fā)利用列入國家能源戰(zhàn)略。他們建議,開展全國油頁巖資源勘查,加強油頁巖開發(fā)利用技術(shù)攻關(guān),擴大原位轉(zhuǎn)化先導(dǎo)試驗規(guī)模,研究制定油頁巖勘探開發(fā)規(guī)劃,研究制定油頁巖開發(fā)利用支持政策。

據(jù)了解,油頁巖的重要性已引起高層領(lǐng)導(dǎo)的重視,油頁巖的相關(guān)工作正呈現(xiàn)“提速”之態(tài)。在國家發(fā)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(fā)項目已被列入國家能源技術(shù)革命創(chuàng)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(shè)”項目。此外,油頁巖資源評價和高效開發(fā)技術(shù)已納入“地球深部探測”國家重大科技項目的一個子任務(wù)。