國(guó)際油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)技術(shù)與研究進(jìn)展
----記第33屆國(guó)際油頁(yè)巖會(huì)議

孫友宏，鄧孫華，王洪艷

1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 2.吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130012

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國(guó)際油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)技術(shù)與研究進(jìn)展
----記第33屆國(guó)際油頁(yè)巖會(huì)議

孫友宏1，鄧孫華1，王洪艷2

1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026 2.吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130012

筆者參加了美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院于2013年10月14-16日組織召開(kāi)的第33屆國(guó)際油頁(yè)巖會(huì)議(33rd Oil Shale Symposium)。為了讓國(guó)內(nèi)學(xué)者了解國(guó)際油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)技術(shù)與研究的進(jìn)展情況，筆者選取了會(huì)上重要報(bào)告，從油頁(yè)巖資源的地質(zhì)調(diào)查、油頁(yè)巖化學(xué)分析技術(shù)、地面干餾技術(shù)、地下原位轉(zhuǎn)化技術(shù)、國(guó)際油頁(yè)巖項(xiàng)目動(dòng)態(tài)和油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面介紹了國(guó)際油頁(yè)巖研究的新進(jìn)展。國(guó)際上對(duì)油頁(yè)巖資源的開(kāi)發(fā)與利用正向著快速、經(jīng)濟(jì)、原位和環(huán)保的方向發(fā)展，會(huì)議上提出的油頁(yè)巖光譜分析、沸騰油原位轉(zhuǎn)化工藝及其先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的建設(shè)、油頁(yè)巖新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與發(fā)展等相關(guān)技術(shù)與理念都非常值得我國(guó)油頁(yè)巖行業(yè)學(xué)習(xí)與借鑒。

油頁(yè)巖；國(guó)際會(huì)議；地質(zhì)調(diào)查；化學(xué)分析；干餾技術(shù)；原位轉(zhuǎn)化；油頁(yè)巖項(xiàng)目

0 引言

美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院于2013年10月14日至10月16日組織召開(kāi)了第33屆國(guó)際油頁(yè)巖會(huì)議。此次會(huì)議有近三百人參加，分別來(lái)自美國(guó)、英國(guó)、愛(ài)沙尼亞、約旦、澳大利亞、摩洛哥、法國(guó)、加拿大、德國(guó)、俄羅斯、土耳其、以色列、挪威、烏茲別克斯坦、中國(guó)等近20個(gè)國(guó)家的高校、研究機(jī)構(gòu)和能源公司。

本屆會(huì)議設(shè)立了油頁(yè)巖的地質(zhì)與地層學(xué)、干餾技術(shù)模擬、經(jīng)濟(jì)、地球化學(xué)、油頁(yè)巖氣、光譜分析、油頁(yè)巖性質(zhì)、頁(yè)巖油性質(zhì)、干餾技術(shù)、用水與用電、油頁(yè)巖的發(fā)展、環(huán)境危害問(wèn)題、國(guó)際油頁(yè)巖計(jì)劃以及美國(guó)油頁(yè)巖項(xiàng)目等16個(gè)專題。共有57個(gè)報(bào)告，12個(gè)墻報(bào)。在一定程度上向世界展示了油頁(yè)巖領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與最新發(fā)展。

筆者收集了會(huì)議的一些主要報(bào)告，如：油頁(yè)巖資源的地質(zhì)調(diào)查、油頁(yè)巖化學(xué)分析技術(shù)、地面干餾技術(shù)、地下原位轉(zhuǎn)化技術(shù)、國(guó)際油頁(yè)巖研究動(dòng)態(tài)和油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，對(duì)目前國(guó)際油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)技術(shù)的進(jìn)展進(jìn)行概述。

1 油頁(yè)巖資源地質(zhì)調(diào)查

油頁(yè)巖的地質(zhì)調(diào)查工作旨在通過(guò)礦產(chǎn)普查發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)意義的油頁(yè)巖礦床，查明礦產(chǎn)的質(zhì)與量以及開(kāi)采利用的技術(shù)條件，提供礦山建設(shè)所需的礦產(chǎn)儲(chǔ)量和地質(zhì)資料。在油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)熱潮的推動(dòng)下，各油頁(yè)巖資源國(guó)與地區(qū)都開(kāi)展了當(dāng)?shù)赜晚?yè)巖資源的詳細(xì)勘查與評(píng)估工作。

美國(guó)諾威斯特公司(Norwest Corporation)的Doumit介紹了猶他州尤因塔盆地莫哈格尼(Mahogany)地區(qū)詳細(xì)的地質(zhì)情況[1]。通過(guò)綜合近60年以來(lái)對(duì)莫哈格尼地區(qū)的地質(zhì)勘探與油頁(yè)巖資源評(píng)估數(shù)據(jù)，繪制出該地區(qū)的綜合地質(zhì)柱狀圖。分析發(fā)現(xiàn)，尤因塔東部大片區(qū)域內(nèi)的油頁(yè)巖資源分布具有顯著的相似性，因此可利用這一特性在該地區(qū)開(kāi)展單一加工工藝的油頁(yè)巖大規(guī)模生產(chǎn)。

美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的Boak介紹了2010年發(fā)現(xiàn)的具有1.5萬(wàn)億桶頁(yè)巖油儲(chǔ)量的綠河地區(qū)皮申斯(Piceance)盆地的地質(zhì)組成[2]。通過(guò)對(duì)采集的260組樣品主量元素和痕量元素的測(cè)試，分析了巖石中碳鈉鋁石、蘇打石、石英等礦物的含量變化，獲得大量的地質(zhì)數(shù)據(jù)，并推測(cè)部分地區(qū)的巖石形成于中等--高鹽度環(huán)境。

以色列地質(zhì)調(diào)查局考察了油頁(yè)巖中痕量元素與碳酸鹽的結(jié)合情況[3]。痕量元素的遷移率很大程度上取決于它們與無(wú)機(jī)礦物的結(jié)合方式，可以此評(píng)估這些元素潛在的流動(dòng)性。他們選取不同試劑與提取工藝將油頁(yè)巖樣品分成碳酸鹽部分、磷酸鹽部分、有機(jī)質(zhì)和其他黏土礦物，通過(guò)研究各類痕量元素在不同提取工藝中的釋放規(guī)律，分析出了這些元素的遷移特性。

2 化學(xué)分析技術(shù)

目前，用于油頁(yè)巖化學(xué)分析的測(cè)試手段主要有氣相色譜(GC)、質(zhì)譜(MS)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、核磁(NMR)、總有機(jī)碳(TOC)分析、元素分析等。本屆油頁(yè)巖會(huì)議光譜分析專題包括利用光譜測(cè)試技術(shù)便捷、靈敏度高和無(wú)損的特性實(shí)現(xiàn)油頁(yè)巖組分快速、在線檢測(cè)的方法，推動(dòng)與油頁(yè)巖相關(guān)的有機(jī)分析向著快速高效的方向發(fā)展的相關(guān)內(nèi)容。

美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)的Birdwell介紹了一種使用衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)技術(shù)對(duì)油頁(yè)巖樣品進(jìn)行快速篩選的方法[4]。ATR-FTIR與傳統(tǒng)紅外的測(cè)試原理差異如圖1所示。與傳統(tǒng)紅外相比，ATR-FTIR測(cè)試無(wú)需制樣，不破壞樣品就可以直接進(jìn)行紅外分析，操作非常方便，得到的紅外譜圖特征譜帶清晰，質(zhì)量較高。結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)工具，建立校準(zhǔn)模型后可完成對(duì)油頁(yè)巖中礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的定性與定量分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)油頁(yè)巖樣品的快速檢測(cè)。

圖1 傳統(tǒng)紅外(a)與衰減全反射傅里葉變換紅外(b)測(cè)試原理[5]Fig.1 Testing principle of traditional FTIR and ATR-FTIR analyzers[5]

美國(guó)頁(yè)巖技術(shù)國(guó)際服務(wù)公司(STIS)的Rath[6]介紹了一種基于近紅外光譜(NIR)的在線分析技術(shù)，該近紅外光譜儀器分析的波長(zhǎng)范圍為350～2500 nm。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)模型，配合在線運(yùn)算處理技術(shù)，可以較準(zhǔn)確地測(cè)出油頁(yè)巖樣品的干酪根含量。若將此項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到油頁(yè)巖的干餾生產(chǎn)當(dāng)中，將會(huì)有很好的前景。

美國(guó)楊百翰大學(xué)(Brigham Young University)的Fletcher 等[7]運(yùn)用紅外光譜直接分析了綠河油頁(yè)巖在不同溫度下的氣體熱解產(chǎn)物，結(jié)果如圖2所示。從譜圖中可以明顯看到CH4，CO，CO2和H2O等油頁(yè)巖熱解氣的主要組成，而且隨著溫度升高CH4和C3+(碳原子數(shù)大于3的氣體烴類物質(zhì))的含量明顯增加。運(yùn)用紅外光譜技術(shù)進(jìn)行氣體產(chǎn)物檢測(cè)，可以提高檢測(cè)速率，大大降低測(cè)試成本，實(shí)現(xiàn)氣體產(chǎn)物的在線檢測(cè)。

圖2 不同溫度下油頁(yè)巖熱解氣體產(chǎn)物紅外光譜[7]Fig.2 IR spectrograms of gas products from oil shale in different retorting temperature[7]

油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)主要是以干酪根(kerogen)的形式存在，而干酪根是一種由復(fù)雜高分子有機(jī)化合物組成的固態(tài)有機(jī)質(zhì)混合物，不溶于常見(jiàn)的有機(jī)溶劑[8-9]。隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，一些先進(jìn)的分析測(cè)試技術(shù)越來(lái)越多地被用于油頁(yè)巖內(nèi)部大分子的結(jié)構(gòu)以及干酪根化學(xué)方面的研究。

中國(guó)石油大學(xué)李術(shù)元教授科研小組Geng等[10]通過(guò)高分辨的傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜(FT-ICR-MS)對(duì)中國(guó)龍口頁(yè)巖油中含氮化合物組成進(jìn)行了分析。用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)測(cè)出頁(yè)巖油中的含氮化合物主要為吡啶、喹啉、吖啶、吲哚和胺類化合物，而采用FT-ICR-MS則可以精確測(cè)定出頁(yè)巖油所含的N1, N2, N1O1, N1O2, N2O1和N1S1類含氮有機(jī)物組成及分布。這一分析方法將為研究油頁(yè)巖內(nèi)部干酪根等有機(jī)質(zhì)的成因及結(jié)構(gòu)提供有價(jià)值的參考。

美國(guó)斯倫貝謝公司(Schlumberger)的Pomerantz等[11]運(yùn)用激光解吸激光電離質(zhì)譜(L2MS)對(duì)干酪根熱解的瀝青質(zhì)大分子進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：這些瀝青質(zhì)的摩爾質(zhì)量大概為700g/mol，并可能主要以單環(huán)芳香族化合物組成。另外，研究小組結(jié)合核磁共振光譜、X射線吸收光譜、拉曼光譜和激光解吸激光電離質(zhì)譜等多種分析技術(shù)，對(duì)油頁(yè)巖內(nèi)部瀝青和干酪根中非揮發(fā)性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，構(gòu)建出了新的干酪根結(jié)構(gòu)模型。

猶他大學(xué)的等Pugmire[12]對(duì)尤因塔地區(qū)地下500 ft*英尺(ft)為非法定計(jì)量單位，1 ft=0.304 8 m。深度鉆取的綠河油頁(yè)巖巖心進(jìn)行了熱解實(shí)驗(yàn)，通過(guò)固體核磁分析了油頁(yè)巖、干酪根和半焦等不溶有機(jī)物的結(jié)構(gòu)信息。然后用甲醇溶解瀝青進(jìn)行氣質(zhì)分析和液體核磁分析，獲得了可溶有機(jī)質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并測(cè)定了不同熱解溫度下的氣體產(chǎn)物組成。最終，猶他大學(xué)通過(guò)借鑒Siskin在1995年提出的綠河干酪根模型[13]，由計(jì)算機(jī)模擬建立了新的綠河油頁(yè)巖干酪根3D模型[14]。

3 地面干餾技術(shù)

油頁(yè)巖的地面干餾技術(shù)自19世紀(jì)30年代發(fā)展至今已有近200年的歷史[15]。目前工業(yè)使用較多的油頁(yè)巖干餾爐有中國(guó)的撫順式干餾爐、愛(ài)沙尼亞的Kiviter干餾爐和Galoter干餾爐、巴西的Petrosix干餾爐以及澳大利亞的ATP干餾爐等。但為了獲得更高的效率和轉(zhuǎn)化率、更大的生產(chǎn)能力及更加環(huán)保的生產(chǎn)工藝，人們?nèi)栽诓粩噙M(jìn)行著對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的完善以及對(duì)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

中國(guó)石油大學(xué)李術(shù)元教授科研小組Geng等[16]介紹了中國(guó)新建的兩個(gè)新型油頁(yè)巖干餾設(shè)備。中石油首個(gè)頁(yè)巖油示范項(xiàng)目，由大慶油田工程建設(shè)公司承建的牡丹江3萬(wàn)t頁(yè)巖油中試先導(dǎo)基地?zé)拸S部分已順利進(jìn)入試運(yùn)行階段。另外，中煤集團(tuán)在哈爾濱完成了一個(gè)日加工50 t油頁(yè)巖的小規(guī)模新型流化床干餾器項(xiàng)目，該流化床干餾器具有高利用率(95%)、干餾時(shí)間短(2～5 min)、油質(zhì)輕和殘?zhí)可俚膬?yōu)點(diǎn)。

愛(ài)沙尼亞愛(ài)耐飛特能源公司(Enifit)展示了他們新一代的Enefit280型Galoter油頁(yè)巖循環(huán)流化床裝置，并稱此次更新是對(duì)原有技術(shù)修正最顯著的一次，且新裝置現(xiàn)已能夠穩(wěn)定地運(yùn)行[17]。Enefit280被認(rèn)為是目前世界上最好的油頁(yè)巖干餾工藝，其產(chǎn)油率高、能效高、資源利用率高，幾乎對(duì)油頁(yè)巖中的有機(jī)物質(zhì)達(dá)到100%的利用，適合大型頁(yè)巖油廠。

愛(ài)耐飛特公司的Sherritt介紹了一種可以實(shí)現(xiàn)寬粒徑范圍油頁(yè)巖循環(huán)的流化床燃燒器[18]。研究發(fā)現(xiàn)油頁(yè)巖顆粒在流化床不同位置的灰分(底部灰分、循環(huán)灰分和飛粉)粒徑尺寸不同，建立了包含油頁(yè)巖初始粒徑、殘?jiān)?、加熱程序和油?yè)巖損耗程度等參數(shù)的循環(huán)流化床模型。對(duì)流化床中油頁(yè)巖顆粒不同粒徑分布的影響進(jìn)行了分析，并計(jì)劃運(yùn)用這一模型優(yōu)化循環(huán)流化床的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。

道達(dá)爾(Total)公司、紅葉(Red leaf)公司和赫氏(Hatch)公司運(yùn)用循環(huán)流體動(dòng)力學(xué)(CFD)對(duì)伊科頁(yè)巖公司(EcoshaleTM)提出的In-Capsule地面干餾工藝(工藝原理如圖3所示)進(jìn)行了固相、流動(dòng)相提取等不同過(guò)程的模擬，建立的循環(huán)流體動(dòng)力學(xué)模型還可以模擬干酪根轉(zhuǎn)化為油、氣和焦油的過(guò)程[19]。伊科頁(yè)巖公司的In-Capsule干餾工藝是在采出的大塊油頁(yè)巖內(nèi)部通入加熱管，通過(guò)燃燒天然氣或熱解氣加熱油頁(yè)巖，干餾生成的油氣產(chǎn)物再通過(guò)另外的管子導(dǎo)出。紅葉公司對(duì)該工藝進(jìn)行了改進(jìn)，可以十分經(jīng)濟(jì)環(huán)保地利用油頁(yè)巖生產(chǎn)液體燃油。

圖3 伊科頁(yè)巖轉(zhuǎn)化工藝原理[19]Fig.3 EcoShaleTM conversion Technology[19]

美國(guó)頁(yè)巖技術(shù)國(guó)際服務(wù)公司介紹了他們基于派拉霍二代(Paraho Ⅱ)干餾技術(shù)開(kāi)發(fā)的新型干餾裝置----Bench Retort(BERT)[20]。該裝置是一種可進(jìn)行35～50 kg油頁(yè)巖燃燒與加熱試驗(yàn)的間歇式隔熱反應(yīng)器，可以直接在爐內(nèi)燃燒部分油頁(yè)巖以提供干餾所需熱量，也可以在爐外將干餾氣加熱后通入爐內(nèi)加熱干餾油頁(yè)巖。該裝置具有完善的取樣與循環(huán)體系，可用于評(píng)價(jià)不同油頁(yè)巖的干餾性能，正在準(zhǔn)備商業(yè)化使用。

4 地下原位轉(zhuǎn)化技術(shù)

油頁(yè)巖的原位轉(zhuǎn)化技術(shù)可將地下深層、高厚度的油頁(yè)巖資源直接轉(zhuǎn)化成頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣，具有占地面積少、環(huán)境污染低以及油采收率高、品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)際上許多大型能源公司和研究機(jī)構(gòu)都為開(kāi)發(fā)這類技術(shù)投入了大量的精力。盡管到目前為止，油頁(yè)巖的原位轉(zhuǎn)化工藝的很多關(guān)鍵技術(shù)還沒(méi)有攻克，無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)；但從本屆會(huì)議的報(bào)道上看，由于油頁(yè)巖原位轉(zhuǎn)化技術(shù)的優(yōu)越性，很多國(guó)家仍十分熱衷于油頁(yè)巖原位轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，顯示了油頁(yè)巖資源高效綜合開(kāi)發(fā)利用的一大趨勢(shì)。

殼牌公司的Wani等[21]已詳盡地完成了一個(gè)在科羅拉多州地區(qū)5萬(wàn)桶/d頁(yè)巖油產(chǎn)量的商業(yè)油頁(yè)巖原位轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(ICP)的用水需求分析。包括實(shí)地采集、中央處理、氣體處理、氣體轉(zhuǎn)化、原油蒸餾和加氫設(shè)施及發(fā)電設(shè)施的用水情況。他們最新的節(jié)水冷凍墻技術(shù)利用“干式低氮氧化物”系統(tǒng)電廠燃?xì)鉁u輪機(jī)，減少了靠注水控制氮氧化物形成的用水量，將冷卻系統(tǒng)中的水用空氣代替并增加了循環(huán)發(fā)電設(shè)施中的蒸汽冷凝水回收，大大地減少了水的消耗。

美國(guó)頁(yè)巖油公司(AMSO)的Burnham[22]介紹了CCRTM(conduction convection reflux)技術(shù)的進(jìn)展情況。圖4為CCRTM原位轉(zhuǎn)化技術(shù)在科羅拉多州萊弗(Rifle)地區(qū)的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)。CCRTM工藝是一種利用沸騰油作為加熱方式的原位轉(zhuǎn)化技術(shù)。該工藝通過(guò)向油頁(yè)巖層打一口水平加熱井，再以機(jī)械壓裂方式壓裂加熱井上方的油頁(yè)巖層。通過(guò)一個(gè)井下燃燒器使加熱井周圍的干酪根分解，生成的輕質(zhì)烴類物質(zhì)沿著油頁(yè)巖層內(nèi)裂隙向上流動(dòng)并將熱量分散到地層中，回流的油向下流動(dòng)后可以被再次加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流熱傳遞。美國(guó)頁(yè)巖油公司近期研究發(fā)現(xiàn)，這一工藝會(huì)受到地層巖石構(gòu)造應(yīng)力的影響，而巖石的構(gòu)造應(yīng)力又受到油頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)含量、礦物組成和溫度等條件的影響。由于體系在生成瀝青和頁(yè)巖油時(shí)，油頁(yè)巖的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)變小，加熱過(guò)程中油頁(yè)巖要經(jīng)歷彈性--黏彈性--塑性--流體形態(tài)的轉(zhuǎn)變。他們借助楊氏模量建立了油頁(yè)巖力學(xué)性能與油頁(yè)巖含油量和溫度等關(guān)系的函數(shù)。分析結(jié)果表明，該工藝在高品位油頁(yè)巖層實(shí)施會(huì)更有效。

圖4 美國(guó)頁(yè)巖油公司在科羅拉多的CCRTM原位技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)[22]Fig.4 The AMSO’s CCRTM pilot test in Colorado[22]

美國(guó)猶他大學(xué)通過(guò)使用高性能的計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合技術(shù)，對(duì)美國(guó)頁(yè)巖油公司的CCRTM原位轉(zhuǎn)化工藝進(jìn)行了模擬[23]。他們?yōu)镃CRTM原位轉(zhuǎn)化工藝設(shè)定了復(fù)雜的幾何構(gòu)型與界面體系，使用STAR-CCM+和定量與非定量的方法進(jìn)行分析，開(kāi)發(fā)出一套供商業(yè)油頁(yè)巖工程使用的工具軟件，可實(shí)現(xiàn)CCRTM工藝的原位沸騰油加熱過(guò)程的定量預(yù)測(cè)。

斯坦福大學(xué)的李航宇等[24]利用多元回歸模型模擬了殼牌ICP技術(shù)的地下傳熱效果。分析表明，由于受到干酪根類型、反應(yīng)速率以及油氣生成速率的影響，ICP工藝模型的網(wǎng)格解析度存在較大的誤差。他將ICP工藝體系看成一個(gè)非恒溫多相流，考察了油頁(yè)巖原位加熱過(guò)程中單一相、多相流動(dòng)和復(fù)合流動(dòng)的傳熱情況。通過(guò)借用殼牌曾經(jīng)提出的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了不同尺寸顆粒堆積的油頁(yè)巖的傳熱效果。

吉林大學(xué)Wang等[25]提出利用近臨界水的優(yōu)異傳熱傳質(zhì)能力、酸堿催化作用和對(duì)有機(jī)物的溶解性能，加速油頁(yè)巖內(nèi)部干酪根的裂解。在研究近臨界水對(duì)樺甸油頁(yè)巖樣品的恒溫提取實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),近臨界水可以在較低的溫度下裂解并提取出油頁(yè)巖內(nèi)部的干酪根有機(jī)質(zhì)。該方法可獲得較高的油收率，提取出的頁(yè)巖油產(chǎn)品飽和烴含量非常高而硫含量很低。提出了將近臨界水作為傳質(zhì)介質(zhì)用于油頁(yè)巖地下原位轉(zhuǎn)化的思想。

麻省理工大學(xué)的Curtis等[26]提出，將核能運(yùn)用到油頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)中的設(shè)想，并希望能與各大油頁(yè)巖公司及政府單位進(jìn)行合作。核電的成本要比普通電廠低很多，運(yùn)用核能為油頁(yè)巖的生產(chǎn)提供電能和熱能，可以很大程度地節(jié)省開(kāi)支，同時(shí)還可為當(dāng)?shù)鼐用窆┙o生活用電。

5 國(guó)際油頁(yè)巖項(xiàng)目發(fā)展動(dòng)態(tài)

美國(guó)、愛(ài)沙尼亞、中國(guó)等油頁(yè)巖資源大國(guó)在本屆油頁(yè)巖會(huì)議上介紹了近年新啟動(dòng)的油頁(yè)巖商業(yè)項(xiàng)目進(jìn)展情況。

愛(ài)耐飛特能源公司在美國(guó)猶他州5萬(wàn)桶/d的油頁(yè)巖大型項(xiàng)目[27]自2011年獲取開(kāi)礦權(quán)以來(lái)，已經(jīng)完成了該地區(qū)油頁(yè)巖資源分布的勘探，猶他油頁(yè)巖礦的費(fèi)舍爾評(píng)估和化學(xué)、礦物質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)等方面的分析，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的干餾試驗(yàn)。愛(ài)耐飛特能源公司準(zhǔn)備對(duì)該地區(qū)的油頁(yè)巖礦進(jìn)行露天開(kāi)采，運(yùn)用自己最先進(jìn)的Enifet280型干餾設(shè)備進(jìn)行加工生產(chǎn)，再將油頁(yè)巖廢渣回填至采礦區(qū)，實(shí)施對(duì)地貌的恢復(fù)。

愛(ài)沙尼亞化學(xué)集團(tuán)公司(VKG)已獲批在愛(ài)沙尼亞建立其第三個(gè)油頁(yè)巖工廠，預(yù)計(jì)在2015年第二季度開(kāi)始實(shí)施建設(shè)。新工廠將使用其最新的Petroter Ⅲ干餾技術(shù)，基礎(chǔ)設(shè)施及建筑成本投入預(yù)計(jì)達(dá)80億歐元(會(huì)議展版)。

我國(guó)遼寧成大股份有限公司在新疆吉木薩爾縣建設(shè)的新疆寶明礦業(yè)油頁(yè)巖項(xiàng)目首期工程全循環(huán)工藝已取得了初步成功[16]。項(xiàng)目自2011年6月動(dòng)工以來(lái)，經(jīng)過(guò)2年多的建設(shè)，已進(jìn)入聯(lián)合運(yùn)行調(diào)試階段。該項(xiàng)目一期工程總投資43.4億元，預(yù)計(jì)可年產(chǎn)頁(yè)巖油47.8萬(wàn)t，是目前我國(guó)最大的油頁(yè)巖生產(chǎn)項(xiàng)目。

這些油頁(yè)巖新興項(xiàng)目的成功運(yùn)行為整個(gè)油頁(yè)巖行業(yè)的發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。另外，隨著各國(guó)對(duì)油頁(yè)巖資源評(píng)估與勘探工作的開(kāi)展，一些對(duì)油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)較晚的國(guó)家，如加拿大、約旦、烏茲別克斯坦等國(guó)也開(kāi)始對(duì)本土的油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)進(jìn)行了項(xiàng)目規(guī)劃與部署[28]。其中一些國(guó)家為吸引資金或?qū)で蠹夹g(shù)支持，選擇與國(guó)外的能源公司進(jìn)行油頁(yè)巖資源的聯(lián)合開(kāi)發(fā)，這也為我國(guó)的一些能源企業(yè)帶來(lái)了許多合作機(jī)會(huì)。

加拿大頁(yè)巖公司(Canshale)[29]正在著手加拿大的第一個(gè)商業(yè)油頁(yè)巖項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)三年時(shí)間的勘探鉆井、資源劃分、資料整合以及實(shí)驗(yàn)室與工程研究，對(duì)項(xiàng)目礦區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行了詳盡的分析。至2013年底已經(jīng)完成了項(xiàng)目的地質(zhì)資源評(píng)估報(bào)告、工程設(shè)計(jì)和成本估算、產(chǎn)品與市場(chǎng)評(píng)估、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等一系列工作。

約旦政府計(jì)劃和愛(ài)沙尼亞愛(ài)耐飛特能源公司以及中國(guó)、阿聯(lián)酋和約旦的財(cái)團(tuán)合作，在阿爾來(lái)君(Al-Lajjun)和阿塔拉特(Attarat)地區(qū)分別建立電力產(chǎn)能為460 MW和900 MW的油頁(yè)巖發(fā)電廠[30]。

烏茲別克斯坦國(guó)家石油天然氣公司(Uzbekneftegaz)[31]準(zhǔn)備與中國(guó)、俄羅斯、日本和韓國(guó)的一些能源公司合作，于2015年在納沃伊(Navoi)地區(qū)建設(shè)一個(gè)年處理200萬(wàn) t油頁(yè)巖的復(fù)合型加工廠。該工程預(yù)計(jì)耗資6億美元，并計(jì)劃在2018年以前將工廠的加工能力提高到800萬(wàn) t/a。

6 油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

油頁(yè)巖資源的開(kāi)發(fā)前景會(huì)受其相關(guān)的技術(shù)、資源、財(cái)政、市場(chǎng)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及環(huán)境等方面的影響，因此油頁(yè)巖行業(yè)對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與評(píng)估都十分重視。

美國(guó)信息管理部的Cook[32]從近年的能源概述、能源供求模型分析了油頁(yè)巖技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變，并對(duì)世界油頁(yè)巖的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

英國(guó)倫敦調(diào)查部的Argyle闡述了油頁(yè)巖生產(chǎn)商家面臨的挑戰(zhàn)，其中包括地緣政治環(huán)境、工業(yè)伙伴關(guān)系、企業(yè)的獨(dú)特性能等一系列因素[33]。

愛(ài)沙尼亞塔林理工大學(xué)(Tallinn University of Technology)的Kalev[34]分析了適合該國(guó)油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)特性的資源基金模式，并提出最佳的基金模式應(yīng)當(dāng)是財(cái)政撥款和發(fā)展基金的混合模式。

澳大利亞綠色科技公司的Jia[35]介紹了他們的國(guó)際油頁(yè)巖項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。他們將風(fēng)險(xiǎn)量化，并進(jìn)行了分級(jí)，以油的產(chǎn)率、儲(chǔ)量、能源自給能力等因素作為技術(shù)的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)對(duì)油頁(yè)巖項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估。借助這種量化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估鑒定項(xiàng)目的瓶頸之處，使風(fēng)險(xiǎn)最小化，成功最大化。

此外，美國(guó)國(guó)土資源部[36]、愛(ài)沙尼亞塔圖大學(xué)(University of Tartu)[37]、殼牌公司[38]、盧克石油(Lukoil)公司[39]、蒂森克虜伯(Thyssen Krupp)資源科技公司[40]等都提及了油頁(yè)巖行業(yè)發(fā)展過(guò)程中所面臨的環(huán)境方面的問(wèn)題,在此不一一敘述。

7 結(jié)論與展望

人類對(duì)油頁(yè)巖資源的開(kāi)發(fā)與利用正向著快速、經(jīng)濟(jì)、原位和環(huán)保的方向發(fā)展。本屆油頁(yè)巖會(huì)議從多方面向世界展示了國(guó)際油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀以及相關(guān)技術(shù)的進(jìn)展情況，會(huì)上提到的光譜分析、沸騰油原位轉(zhuǎn)化工藝等相關(guān)技術(shù)及其先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)的建設(shè)、油頁(yè)巖新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與發(fā)展理念十分值得我國(guó)油頁(yè)巖行業(yè)同仁們學(xué)習(xí)和借鑒。

光譜測(cè)試技術(shù)由于其高靈敏度、高分析速度和無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)在油頁(yè)巖的分析技術(shù)中越來(lái)越受到人們青睞。而傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜、激光解吸激光電離質(zhì)譜等一些先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)也逐漸地被用于對(duì)油頁(yè)巖內(nèi)部瀝青大分子以及干酪根結(jié)構(gòu)方面的研究。油頁(yè)巖的先進(jìn)、快速與在線分析方法的研究與進(jìn)步，將有力地推動(dòng)油頁(yè)巖產(chǎn)業(yè)快速高效的發(fā)展。

油頁(yè)巖的地面干餾技術(shù)至今仍在不斷地革新與完善。近年來(lái)，愛(ài)耐飛特能源公司的Enefit280工藝、愛(ài)沙尼亞化學(xué)集團(tuán)的Petroter Ⅲ干餾工藝和伊科頁(yè)巖公司的In-Capsule地面干餾工藝都有重大的改進(jìn);也有諸如美國(guó)頁(yè)巖技術(shù)公司基于派拉霍二代技術(shù)開(kāi)發(fā)的BERT新型干餾裝置的研制。干餾技術(shù)繼續(xù)向著更高的效率和轉(zhuǎn)化率、更大的生產(chǎn)能力及更加環(huán)保的方向發(fā)展。

原位轉(zhuǎn)化技術(shù)利用是油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)的一大趨勢(shì)，由于很多關(guān)鍵性技術(shù)沒(méi)有攻克，仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。目前各國(guó)能源公司與研究機(jī)構(gòu)在油頁(yè)巖原位轉(zhuǎn)化技術(shù)方面的研究仍集中在對(duì)工藝的設(shè)計(jì)與修正、加熱方式的改進(jìn)、工程的模擬以及經(jīng)濟(jì)效益等方面。探索與研發(fā)高效、綠色的原位提取技術(shù)將是油頁(yè)巖原位轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

各油頁(yè)巖大國(guó)在近年的油頁(yè)巖研究上都取得了一定的進(jìn)展，一些對(duì)油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)相對(duì)較晚的國(guó)家也開(kāi)始對(duì)本土的油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)進(jìn)行了規(guī)劃與部署。各國(guó)油頁(yè)巖項(xiàng)目的規(guī)劃與發(fā)展為其油頁(yè)巖行業(yè)的進(jìn)步積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也給我國(guó)油頁(yè)巖行業(yè)提供了許多學(xué)習(xí)與合作的機(jī)會(huì)。

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Advances in the Exploitation Technologies and Researches of Oil Shale in the World：Report on 33rd Oil Shale Symposium in US

Sun Yonghong1,Deng Sunhua1, Wang Hongyan2

1.CollegeofConstructionEngineering,JilinUniversity,Changchun130026,China2.CollegeofChemistry,JilinUniversity,Changchun130012,China

The 33rd Oil Shale Symposium sponsored by Colorado School of Mines was held in 14-16 Oct, 2013. The emphasis of the symposium was on the following: geological surveys, chemical analyses, surface retorting technologies, in-situ technologies, international projects and development, and risk assessments of oil shale. A summary is given of the most important facts and views presented in the symposium. It is indicated that the development and utilization of oil shale in the world is evolving toward in-situ, fast, economical and environment friendly direction. Many techniques and ideas presented in the symposium, such as the spectroscopic analysis, boiling oil in situ conversion process and its pilot test, the design, and development of the new oil shale, are worthy of our learning and reference.

oil shale; international symposium; geological survey; chemical analysis; retorting technology; in-situ; oil shale project

10.13278/j.cnki.jjuese.201504109.

2014-02-01

國(guó)家潛在油氣資源(油頁(yè)巖勘探開(kāi)發(fā)利用)產(chǎn)學(xué)研用合作創(chuàng)新項(xiàng)目(2009-09)

孫友宏(1965--)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事新能源鉆采技術(shù)、大陸科學(xué)鉆探技術(shù)與裝備和極地鉆探技術(shù)與裝備等方面的研究，E-mail:syh@jlu.edu.cn

鄧孫華(1985--)，男，講師，主要從事油頁(yè)巖資源的開(kāi)發(fā)與利用、近臨界水提取技術(shù)等方面的研究，E-mail:denghua13@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201504109

P618.12

A

孫友宏，鄧孫華，王洪艷. 國(guó)際油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)技術(shù)與研究進(jìn)展：記第33屆國(guó)際油頁(yè)巖會(huì)議.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(4):1052-1059.

Sun Yonghong,Deng Sunhua, Wang Hongyan. Advances in the Exploitation Technologies and Researches of Oil Shale in the World： Report on 33rd Oil Shale Symposium in US.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(4):1052-1059.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201504109.