中国油页岩原位开采可行性初探

西南石油大学学报（自然科学版）2014年2月第36卷第1期Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition）V ol.36No.1Feb.2014DOI：10.11885/j.issn.1674-5086.2012.07.25.02文章编号：1674-5086（2014）01-0058-07中图分类号：TE122文献标志码：A中国油页岩原位开采可行性初探*李隽1，2，汤达祯1，薛华庆3，4，郑德温3，4，杜东21.中国地质大学（北京）能源学院，北京海淀1000832.中国石油勘探开发研究院，北京海淀1000833.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊0650074.中国石油非常规油气重点实验室，河北廊坊065007摘要：中国油页岩资源量为11602×108t，其中埋藏深度在500∼1500m的油页岩资源量为6813×108t，原位开采技术是开发该部分资源的有效手段。

中国油页岩原位开采技术处于实验阶段，通过对油页岩热分解、热破裂规律、渗透变化规律等方面的研究，初步探索了油页岩原位开采的可行性。

油页岩热分解过程可以分为3个阶段：干燥脱水、热解生油、无机矿物质的分解。

在这3个阶段中，由于油页岩内部物理化学反应的程度不同，导致孔隙和裂缝发生了不同程度的变化，变化最大的是热解生油阶段。

利用非稳态数学模型研究了油页岩电加热原位开采的温度场分布，表明加热5a后可以对页岩油进行开采，产油时间至少可以维持2a。

关键词：油页岩；原位开采；页岩油；热解；数值模拟Discission of Oil Shale In-situ Conversion Process in ChinaLi Jun1，2,Tang Dazhen1,Xue Huaqing3，4,Zheng Dewen3，4,Du Dong21.School of Energy Resources，China University of Geosciences（Beijing），Haidian，Beijing100083，China2.Petrochina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Haidian，Beijing100083，Chinangfang Branch PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Langfang，Hebei065007，China4.Key Lab of Unconventional Oil&Gas，CNPC，Langfang，Hebei065007，ChinaAbstract：The oil shale resources，which buried in500∼1500m，are about6813×108t tones in China.The in-situ conversion process（ICP）is still in its infancy in China and were preliminary studied by oil shale pyrolysis，micropores and permeability experiments in different temperature.The oil shale pyrolysis is classified as3stages：dehydration，pyrolysis and mineral decomposition.During these stages，the physical and chemical reaction occurred in different，micropores and permeability of oil shale were evolved in different extent，of which the major changed is pyrolysis stage.We studied the temperature distribution of ICP with the unsteady mathematical model.It shows that the shale oil productions can begin after5years heating，the duration of productions maintains at least2years.Key words：oil shale；in-situ conversion process；shale oil；pyrolysis；numerical simulation网络出版地址：http：///kcms/detail/51.1718.TE.20131114.0922.011.html李隽，汤达祯，薛华庆，等．中国油页岩原位开采可行性初探[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2014，36（1）：58–64．Li Jun,Tang Dazhen,Xue Huaqing,et al．Discission of Oil Shale In-situ Conversion Process in China[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（1）：58–64．*收稿日期：2012–07–25网络出版时间：2013–11–14基金项目：国家重大科技专项（2008ZX05018）。

第1期李隽，等：中国油页岩原位开采可行性初探59引言油页岩（又称油母页岩）是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，其有机物主要为干酪根。

在隔绝空气或氧气的情况下，油页岩中的干酪根可热解，产生页岩油、干馏气、固体含碳残渣及少量的热解水。

目前油页岩开发主要有两种方式：原位开采和地面干馏。

原位开采是指埋藏于地下的油页岩不经开采，直接在地下设法加热干馏，使地下页岩分解，生产的页岩油气被导至地面。

地面干馏则是指油页岩经露天开采或井下开采，送至地面，经破碎筛分至所需粒度或块度，进入干馏炉内加热干馏，生成页岩油气及页岩半焦或页岩灰渣。

与地面干馏相比，原位开采具有节省露天开采费用、降低地面植被破坏程度和占地面积少等优点[13]。

中国油页岩资源量非常丰富，2004—2006年新一轮全国油气资源评估结果显示，埋深500∼1000m的油页岩资源量占总资源量的36%[45]。

该部分资源无法用成熟的地面干馏工艺进行开发，只有通过原位开采工艺才能得到有效的开发和利用。

目前，国际上油页岩原位开采技术研究大部分都处于实验研究阶段，只有壳牌公司开展了现场试验，目前正处于加热与排采阶段[67]。

中国油页岩原位开采也还处于实验研究阶段，关于油页岩原位开采实验研究的文献报告较少，但已经开展了大量的块状和粉末油页岩热解机理研究和地面干馏技术研究[811]，摸清了油页岩热分解主要受热解温度、热解压力、加热速率等因素影响，尚未开展关于油页岩热解后裂缝发育规律和渗透性变化规律研究，而这两者是影响油页岩原位开采的重要因素。

本文通过简要介绍全国油页岩资源量，揭示油页岩原位开采研究的重要性。

开展了油页岩热解实验、热破裂规律、渗透规律、数值模拟等方面的实验研究，为油页岩原位开采现场试验研究提供了理论依据和技术支持。

1国内外原位开采技术国内外油页岩原位开采技术种类较多，根据热量传递方式不同可分为直接传导加热、对流加热和辐射加热3种方式[7]，详见表1。

表1国内外油页岩原位开采技术Tab.1Oil shale in-situ conversion process technology in China and abroad热量传递方式公司技术名称加热载体直接传导加热壳牌ICP电加热棒埃克森美孚公司Electrofrac TM导电介质美国独立能源公司GFC地热燃料电池EGL能源公司EGL密闭管道对流加热太原理工大学水蒸汽加热高温水蒸汽雪弗龙CRUSH高温CO2美国地球科学探索公司高温空气加热高温空气美国MEW能源公司IGE高温烃类气体辐射加热劳伦斯·利弗莫尔国家实验室射频加热射频斯伦贝谢RF/CF射频怀俄明凤凰公司微波加热微波开展油页岩原位开采直接传导加热研究的单位主要有壳牌、埃克森美孚公司、美国独立能源公司（Independent Energy Partners）、EGL能源公司（EGL Resources），加热载体分别为电加热棒、导电介质、燃料电池等[6，1214]。

壳牌公司的ICP技术（In-situ Conversion Process）是直接将电加热棒插入井内，对地下油页岩矿层进行加热，目前正在进行第二代电热棒（三元复合电加热棒）的现场试验研究。

埃克森美孚公司的Electrofrac TM技术是对地下页岩层进行水力压裂造缝，将导电介质（如煅烧后的石油焦炭）注入裂缝中，通电后导电介质成为加热体，该公司正在考虑进行现场试验。

美国独立能源公司的GFC技术（Geothermic Fuel Cell）是利用地热能持续为燃料电池反应堆提供能量，然后，反应60西南石油大学学报（自然科学版）2014年堆反应产生的热量再来加热页岩层，油页岩热解生产的液态烃类和气体从生产井排出，部分气体和其他剩余的烃类物质返回燃料电池反应堆。

EGL能源公司是将高温空气注入到封闭循环管道中，通过被加热的管道对地下页岩层加热，因此也归属于直接传导加热。

开展油页岩原位开采对流加热研究的单位主要有太原理工大学、雪弗龙、美国地球科学探索公司（Earth Search Sciences）、美国MEW能源公司（Mountain West Energy），加热载体为高温水蒸汽、二氧化碳、空气、烃类气体等[1316]。

太原理工大学的水蒸汽加热技术是通过常规油气开采中的水力压裂对页岩层造缝后，将高温水蒸汽注入页岩层中加热，同时高温流体将热解产生的页岩油和烃类气体携带至生产井。

雪弗龙公司的CRUSH 技术是以二氧化碳为压裂液，利用压裂技术对页岩层进行改造，提高裂缝发育程度，然后将压缩后的高温空气注入加热井中对页岩层加热。

美国地球科学探索公司的方法是将预热后的空气注入井下，对油页岩中的干酪根进行气化。

美国MEW能源公司的IGE技术（In-Situ Gas Extraction）是将高温天然气注入目标页岩层中，通过对流方式来加热页岩层。