非常規(guī)油氣—油頁巖

車長波 朱杰

油頁巖的開發(fā)利用可追溯到17世紀(jì)。到19世紀(jì)時，油頁巖礦石的年開采規(guī)模達(dá)百萬噸。20世紀(jì)70年代，隨著第一次、第二次石油危機(jī)的發(fā)生，油頁巖開采量急劇增加，1980年達(dá)到4540萬噸的歷史高峰。但隨著油價下跌，油頁巖逐漸失去競爭力，開采量一路下滑。自2000年后，油頁巖開采量又逐步增加，目前每年的礦石開采量達(dá)到3500萬噸。我國油頁巖資源總量大，可利用的潛力大，若進(jìn)一步加強(qiáng)開發(fā)利用技術(shù)攻關(guān)，使其生產(chǎn)規(guī)模化、清潔化，有望對石油供應(yīng)形成重要的補(bǔ)充。

油頁巖資源潛力及分布

油頁巖（又稱油母頁巖）是一種高灰分的含可燃有機(jī)質(zhì)的沉積巖，低溫干餾可獲得類似原油的油頁巖油。油頁巖和煤的主要區(qū)別是灰分超過40%，與碳質(zhì)頁巖的主要區(qū)別是含油率大于3.5%。油頁巖在隔絕空氣的情況下加熱到450～600℃，以低溫干餾的方式可以制取油頁巖油，類似于天然石油，通過熱加工和氫精制工藝，獲取汽油、煤油、柴油和蠟等產(chǎn)品。油頁巖由于含有機(jī)質(zhì)，也可以作為燃料進(jìn)行燃燒發(fā)電。

全球油頁巖蘊(yùn)藏資源量巨大，估計有10萬億噸，折算成油頁巖油資源達(dá)到6000億噸。油頁巖資源主要分布于美國、中國、巴西、澳大利亞、俄羅斯、約旦等國家。其中美國的油頁巖資源占全球的70%。目前只有美國、愛沙尼亞、約旦、中國等國的部分油頁巖礦床做了詳細(xì)勘探和評價工作，其他很多礦床的資源潛力有待進(jìn)一步探明。

我國油頁巖資源較為豐富，根據(jù)國土資源部2011年的評價結(jié)果，我國油頁巖資源量約9700億噸，折算成可利用的油頁巖油為165億噸。

就我國的油頁巖礦床類型而言，可分為獨(dú)立的油頁巖礦、與煤共伴生的油頁巖礦。其中前者主要分布在東北的松遼盆地、樺甸等盆地，以及西部的鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等盆地，其資源量占95%以上；與煤共伴生的油頁巖資源較少，主要分布在遼寧的撫順、山東的龍口、甘肅的窯街等地區(qū)，但由于可以與煤共采，國內(nèi)目前超過70%的油頁巖均采自此類地區(qū)。

油頁巖勘查開采技術(shù)

目前，我國的油頁巖勘查通常采用以下步驟：首先采用航磁、地質(zhì)填圖等方法確定盆地的存在及其規(guī)模，編制油頁巖盆地分布圖；其次，采用物探（二維地震）、重力測量確定出盆地輪廓，并根據(jù)地震測線概略劃分出盆地內(nèi)地層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育情況，初步確定目標(biāo)層（油頁巖層）大致特征，如油頁巖層的分布、厚度，編制油頁巖礦層分布圖；最后，有針對性地對目標(biāo)層實施鉆探驗證，并采集大量的測試樣品，對油頁巖含油率及有機(jī)組分等進(jìn)行測試分析，從而完成該地區(qū)油頁巖資源的綜合評價。

迄今為止，全球幾乎所有從油頁巖中提煉出的石油都是先開采出油頁巖，然后在地面設(shè)備中加工出石油。近年來，殼牌、埃克森美孚等石油公司在積極嘗試采用地下加熱干餾油頁巖的方式提煉石油。

油頁巖低溫干餾技術(shù)是開發(fā)較早的一種油頁巖利用方式。一般采用房柱法采煤技術(shù)通過露天采礦或地下采礦開采油頁巖，然后把采出的礦石輸送到加工設(shè)備（干餾器）中，隔絕空氣條件下將油頁巖加熱到450～600℃，使得油頁巖內(nèi)的干酪根（不溶于一般有機(jī)溶劑的沉積有機(jī)質(zhì)）首先轉(zhuǎn)變?yōu)闉r青，接著轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的油頁巖油和燃?xì)?，再通過油氣分離裝置獲得石油。

我國的油頁巖生產(chǎn)企業(yè)正在積極探索油頁巖綜合利用技術(shù)。即：開采出的油頁巖首先煉油、提取燃?xì)猓瑹捰秃蟮膹U料（即油頁巖半焦）作為燃料送入循環(huán)流化床內(nèi)燃燒，生成的頁巖灰渣可用來制磚、生產(chǎn)水泥、微晶玻璃等建筑和化工材料。與傳統(tǒng)的油頁巖低溫干餾煉油技術(shù)和燃燒發(fā)電技術(shù)相比，綜合利用技術(shù)具有資源利用率高、產(chǎn)品種類豐富、污染物排放量少、系統(tǒng)銜接緊密、質(zhì)量損失和能量損失小等眾多優(yōu)點。

除了地面干餾技術(shù)，眾多企業(yè)正在積極嘗試在地下直接對油頁巖進(jìn)行加熱，然后通過常規(guī)方法（即井眼）來收集加熱產(chǎn)生的油。油頁巖原位開采技術(shù)有數(shù)10種，就油頁巖層加熱方式可分為電加熱、流體加熱、輻射加熱三類工藝。

油頁巖開發(fā)利用情況

2013年，全球油頁巖開采量總計約3500萬噸，愛沙尼亞與中國各占45%。通過煉制油頁巖得到的油頁巖油產(chǎn)量為150萬噸左右，中國的產(chǎn)量最高，接近90萬噸。2010～2013年世界油價穩(wěn)定在每桶100美元左右，油頁巖油的生產(chǎn)有較高的利潤。在油頁巖燃燒發(fā)電方面，愛沙尼亞的發(fā)電容量達(dá)2300MW，處于世界領(lǐng)先地位，中國和德國等也有規(guī)模較小的油頁巖發(fā)電項目。

雖然世界上油頁巖尚未大規(guī)模開發(fā)利用，但以美國為代表的西方發(fā)達(dá)國家一直開展持續(xù)性的研究。在美國，殼牌、?？松梨?、道達(dá)爾等公司開展了一系列的油頁巖地下開采試驗，還有約二十幾個研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)在開展油頁巖的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，涵蓋了資源、地質(zhì)、干餾、燃燒、環(huán)保及水供應(yīng)等。德國、加拿大、澳大利亞、以色列等發(fā)達(dá)國家的一些公司，持續(xù)從事開發(fā)油頁巖干餾新工藝，其中以色列的油頁巖開發(fā)企業(yè)宣稱已掌握了低成本地下干餾油頁巖的技術(shù)，但有待進(jìn)一步證實。

近年來，我國油頁巖勘查進(jìn)展迅速，特別是吉林和新疆地區(qū)均有重要的勘查發(fā)現(xiàn)。截至2012年底，我國油頁巖查明資源儲量1183億噸，折合成可提煉的油頁巖油為13～15億噸。2005～2011年，吉林省在松遼盆地東部隆起區(qū)探明4處超大型油頁巖礦床，獲得查明資源儲量1000多億噸，平均含油率5%左右。2012年新疆吉木薩爾地區(qū)獲得油頁巖查明資源儲量2.1億噸，可露天開采的資源儲量達(dá)1.9億噸，平均含油率7%左右，為中型規(guī)模礦床。

我國油頁巖開發(fā)歷史悠久，但開發(fā)成本和環(huán)境污染一直是制約油頁巖工業(yè)快速發(fā)展的兩大因素。我國對油頁巖的利用主要是通過干餾獲得油頁巖油，還有少量用于燃燒發(fā)電。遼寧撫順、山東龍口和甘肅窯街均是在采煤過程中兼采或在煤炭資源逐步枯竭礦山需要轉(zhuǎn)型時期綜合利用油頁巖，開發(fā)利用成本較低。而單純開采油頁巖的北票、樺甸和汪清等地，油頁巖主要分布在地表或200米以淺地區(qū)。2000年以來，我國油頁巖油產(chǎn)量進(jìn)入了快速增長階段，產(chǎn)量由10萬噸增長到2013年的90萬噸，2005年以來產(chǎn)量一直位居世界第一。其中，撫順礦業(yè)集團(tuán)油頁巖油產(chǎn)量占全國的一半左右，年產(chǎn)量超過10萬噸的還有山東能源龍礦集團(tuán)。按照各企業(yè)的設(shè)計生產(chǎn)能力，全國油頁巖油產(chǎn)能在2015年有望接近200萬噸。

油頁巖開發(fā)利用的環(huán)境影響

與煤液化煉油技術(shù)相比，油頁巖低溫干餾技工藝簡單、成本低，所得到的頁巖油與天然石油成分相近，通過煉油廠簡單的凈化、加氫處理后即可得到有價值的油產(chǎn)品。但是，采礦作業(yè)過程中需要處理大量巖石，無論是露天開采還是井工開采，均會存在開鑿占地與擾動地表及生態(tài)環(huán)境問題，開采造成植被耕地破壞、景觀污染、水土流失、生態(tài)退化等。其次，油頁巖開采處理過程需要用水控制礦塵，冷卻頁巖廢渣，改善油頁巖油的質(zhì)量，會消耗大量的水資源，每生產(chǎn)出1桶石油需要消耗2～5桶水；同時，干餾過程還會產(chǎn)生含大量污染物的廢水，對區(qū)域的水體水質(zhì)和土壤質(zhì)量造成影響。此外，油頁巖煉油過程中燃燒會造成粉塵污染、大氣污染、噪音污染等，而且煉油后的廢渣規(guī)模大、難處理，例如年產(chǎn)100萬噸油頁巖油的項目達(dá)產(chǎn)后，每年將產(chǎn)生2000余萬噸矸石和灰渣，建材生產(chǎn)僅能消耗20%，剩余的大量矸石與灰渣很難有效處理，將對周邊環(huán)境造成危害。

因此，應(yīng)根據(jù)國家發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、功能區(qū)劃等約束條件，制定與國土、環(huán)境、生態(tài)以及水資源相匹配的油頁巖開發(fā)利用整體規(guī)劃，確定優(yōu)先開發(fā)的地區(qū)與類型，推進(jìn)低耗水、零排放、少廢渣的規(guī)模化、集約化生產(chǎn)，加強(qiáng)油頁巖資源的綜合利用，做到“吃干榨凈、物盡其用”。

（作者車長波為國土資源部地質(zhì)勘查司副司長，研究員；朱杰為國土資源部油氣中心副研究員）