页岩油先导项目激增

页岩油先导项目激增

编译:李晋(大庆油田工程有限公司)审校:史晶莹(大庆油田工程有限公司)

摘要　油页岩是一种有着细致纹理的沉

积岩。它包含一种地热性的未成熟有机物

质,叫做油母质,当其遭到破坏性蒸馏时,

能够产出大量丰富的精炼进口等级液态烃及

可燃气体。有经济潜力的油页岩沉积一般位

于地表或地表附近,能够采用露天开矿及一

般的地下采矿,或者使用原位法开采。油页

岩一般采用典型蒸馏,即在有氧条件下进行

加热,提取烃类。在地面,此工艺是在一个

大型、密闭容器中进行的。在地下,蒸馏是

在孔隙空间发生的,并且此工艺经常会从油

。世界许多大公司已经研发出多种油页岩原位开采工

艺,这些先进的技术引领着油页岩的开发方

向,为油页岩生产商提供了更大的利润空

间,促进了世界油页岩的开发进程。

关键词　油页岩　原位开采工艺　热力开采　电压裂工艺　原位气体提取　钻孔微波

1　背景

美国自1900年起就开始对油页岩进行研究。政府于1912年开始建立美国海军油页岩储备,此后,共获得了数十亿美元的利润,生产出数百万桶的页岩油。

巴西和中国当前从油页岩中生产出大量的烃类液体,而爱沙尼亚是将其碾碎并且直接燃烧以作为出口日用品及电力工业的能源燃料。

美国在油页岩资源的数量和质量上都是最好的,大约拥有2×1012bbl(1bbl=01159m3)。世界已知最大的油页岩沉积是位于科罗拉多州的绿河盆地,以及怀俄明州和犹他州的部分地区。据估测,其原位储量约为112×1012bbl,是世界上质量最高的油页岩矿藏之一。

2　潜在问题

存在一些显著的开发问题,例如没有足够的资源支持,特别是水资源和电力资源的支持,无法再创建一个拥有成千上万人口的繁荣矿业城市。其他问题并不明显,但同时也很难克服。在已发布的报告中关于壳牌公司原位技术的方面显示,按照该公司的方法每生产100000bbl页岩油就需要大约1200MW的电能。当然,如果这些必需的热量是由除电能外的其他能源提供的,如天然气或该工艺本身所产生的气体,那么所需的电能将会减少许多。

原位工艺中所使用的水量比地面工艺中使用的少,但是每生产1bbl页岩油仍然需要1～3bbl 水。更困难的问题是潜在的地下水污染问题,这将是原位工艺唯一致命的弱点。在原位施工停止后,由于地下水水位回弹至其原始状态,岩石中剩余的烃类及无机物,以及在地下用来提高采收率的化学物质都将被地下水滤取。由于岩石量的减少,这样的滤出会使情况变糟,此时油母质已经被除去,就有可能伴随发生岩层的垂直断裂。这将使地下水的垂直流达到前方的隔离蓄水层之间,形成潜在污染源,影响地下水及与其水文相连的储油层、泉水及地表水体。

3　参与公司

以下公司在技术方面突出,并且有可能在商业上获得成功。它们都使用了原位开采工艺。

311　雪佛龙美国公司

雪佛龙油页岩公司的子公司,获得了由美国土地管理局提供的位于科罗拉多州里约布兰科郡T3S R97W地域的一块160acre(1acre=4046186m2)的R&D租赁土地。利用其油页岩提取技术,该公司计划重新展开原位开发项目。商业化开发的可能性是存在的,但是技术仍需要提高,并且油价需要进一步稳定。雪佛龙油页岩开采及精炼工艺(CRU SH)是纯粹的原位转换工艺,在采用传统压裂工艺的同时使用CO2作为压裂液将页岩碾成碎石。CO2在冷热间交替以提高压裂效果。这样就使暴露出的油母质表面积增大。压裂最好大部分是水平压裂,这样压裂区域就能够保持在最小200 ft(1ft=30148cm)的油页岩层面上。通过热空

11

李晋:页岩油先导项目激增

气或天然气的循环给碎石状油页岩加热,使其产出液态烃类或天然气。烃流体通过钻井回收并且在精炼厂进行精炼。大约要钻20口地下水监测井。312　EG L资源公司

EG L油页岩有限责任公司的子公司,是一家位于得克萨斯州米德兰市的私有独立石油公司。EG L在科罗拉多州里约布兰科郡拥有160acre由美国土地管理局提供的租赁土地。公司正在开发原位油页岩开采工艺并且计划筹备油页岩研究协会来评估其生存能力。该协会的重点是计算机建模、水文研究、环境问题解决(如碳管理及缓解水击)、原位加热页岩的应用及控制,以及为其所积累的知识及数据库提供应用平台。

EG L油页岩工艺(专利申请中)包括经过验证的油田钻井及完井操作的使用以及EG L的原位加热及回收技术。EG L的方法是一种在密闭回路中原位干馏工艺,其优点是能效高并且可以控制环境影响。油页岩的加热是使用过热流或其他热转换装置通过一系列安置在待加热油页岩床层下方的管道对其进行加热。页岩油及天然气是通过从地表垂直钻井以及垂直“结网”保证加热井与生产系统的连通而产出的。

313　Eart h Search Science公司

Pet ro Probe公司的子公司,经授权获得了一项具有巨大潜力的从油页岩沉积中开采原油的新型工艺系统。空气在地表的加热器中加热然后注入井下。随着过热气体在井下穿过,它加热了油页岩,并且将热量和气态烃类带出地面,如封二图所示。然后天然气凝结产出轻烃液体及气体。该工艺达到了可控性以及能够相对迅速地生产出产出物。此项技术不涉及开矿。入口管线的辐射热在井口周围的油页岩可预见的辐射范围前方产生一种非燃烧性热能。高温及适当的压力使油页岩气化,它的气态烃产物作为一种流出气体产出。最后得到的4种产物是:氢气、45°A PI重度的凝析油、1000Bt u (1Bt u=11055kJ)甲烷以及水。

这是一个自持系统:流出气经转移至冷凝器后膨胀并冷却;气态组分与液态组分分离、洗涤后产生高质合成气;该气体的一部分进行循环并与其他循环原料结合,在燃烧室中形成持续燃料,由此能节约巨大的生产成本。

该工艺对环境很敏感:产出的CO2被压缩,然后泵回至油页岩主体部分保存。Eart h Search Science的专利航空超光谱遥感技术能够从高海拔处精确阅读出地球表面的详细化学特性,制作出简单明了的地图并且帮助进行资源定位。

该原位工艺能够气化油页岩并且从至少3000 ft深的油页岩沉积中开采出产品。一旦油母质气化,该地层能保持它原始结构完整性的94%～99%。地面装置的可移动式设计使它们能够移动到下一个现场。所有的地面结构都是模块化设计并且能够自动找平,能够很容易地从一个地方移动至另一个地方,并且不在地表留下永久性伤痕。每一个完整装置占地大约1acre,在减产前能够持续生产10～20年。

314　埃克森美孚公司

从20世纪60年代开始就作为资源拥有者、技术开发商及项目开发商从事油页岩工业。虽然公司在持续进行着先进采矿和蒸馏工艺的评估,但是埃克森美孚公司一直着眼于现场测试和原位技术的开发,其首席候选技术是使用电压裂工艺将原位油页岩转化为可生产的油和天然气。该方法通过水力压裂油页岩,并向裂缝中注入一种导电材料,形成一种加热物质来对油页岩进行原位加热。在水平井中进行纵向垂直压裂,并且在每个加热井中从后向前传导电流,这将产生一个最佳的几何图形。其他几何图形也是可行的。

埃克森美孚在里约布兰科的Piceance盆地和科罗拉多州的Garfield郡拥有土地所有权,面积超过5000acre,它们主要用于采矿和蒸馏的开发研究。埃克森美孚在电压裂方面开展了广泛的实验室研究,其中包括小型实验、数字化建模以及有关临界技术问题的资源描述工作。到目前为止结果是值得肯定的。计划将展开为电压裂工艺元素进行大规模测试所设计的现场试验。复式井场也在考虑当中,其中包括位于科罗拉多州Parachute的埃克森美孚科隆尼油页岩产业。

埃克森美孚计划继续进行研究、开发和验证电压裂工艺的效用,以确定其在商业范围内技术和经济的适用性。

315　Maguire有限公司

这是一家位于俄克拉荷马州诺曼市的小型油气开发公司。它主要从事油气生产及钻井操作。Maguire是作为技术开发商参与到油页岩工业当中来的,并且拥有一项未申请专利的操作,该技术是目前为止原位方法中最为出众的。

Maguire油页岩生产工艺包括钻1口作为“主井眼”的垂直井口,在其上钻6个水平压裂井口

21 国外油田工程第25卷第1期(200911)