马飞英; 王林; 刘全稳; 吴其林; 鲍祥生; 曾鹏
【期刊名称】《《广东石油化工学院学报》》
【年(卷),期】2019(029)006
【总页数】6页(P5-9,15)
【关键词】茂名; 油页岩; 原位; 注热开采
【作 者】马飞英; 王林; 刘全稳; 吴其林; 鲍祥生; 曾鹏
【作者单位】广东石油化工学院石油工程学院 广东茂名525000; 广东省非常规能源工程技术研究中心 广东茂名525000 【正文语种】中 文
【中图分类】TD83
油页岩(又称油母页岩)是一种高灰分的固体可燃有机矿产，通过干馏可得到页岩油。茂名于1956年开始利用油页岩进行地面干馏炼油，曾是我国重要的“人造石油”生产基地。由于油页岩地面干馏工艺“三废”污染严重[1]，以及干馏后剩下的矿渣占用大量土地，且生产成本远高于常规油井生产石油的成本，因此在20世纪90年代，茂名油页岩炼油工艺全部停产[2]。
油页岩是我国重要的战略资源，其烃类产品主要为航空煤油和柴油，国家高度重视这一战略资源的开发利用。茂名盆地油页岩资源已无法用成熟的地面干馏进行开发，只有通过绿原位开采工艺才能得到有效的开发和利用。近年来，大量学者对该区的资源储量、储层特征、热解特性等方面进行了研究。本文基于前人研究成果，提出了在茂名盆地进行油页岩原位注热开采，建议建立一个“茂名油页岩原位注热开采先导试验基地”，并对其选址进行了初步探讨，以期为油页岩原位开采现场试验研究提供支持。
1 茂名油页岩开发利用存在的问题
茂名油页岩开发利用主要集中在两个方面：干馏制取页岩油和直接作为锅炉燃料进行发电。在地面干馏与发电过程中，其在环保上的问题也凸显出来：(1)水源污染。矿井破坏水
位稳定，矿井采出水污染水源。(2)灰渣污染。油页岩干馏或直接燃烧后产生大量灰渣，需占用大量土地露天堆放，形成粉尘、水体等二次污染。(3)生产环节产生粉尘、废气、废水、废渣等污染环境。在环保压力下，继续进行高能耗、高污染的地面干馏与发电技术是不可行的。
由于油页岩地面干馏以及发电工艺能耗较大，成本高并且污染重，目前已停止茂名油页岩的地面开发利用。因此，有必要寻一种污染少、低排放且利用率高的油页岩开发新工艺——基于环保的绿原位开采技术。
2 国内外原位开采技术
原位开采技术是指不用从地下将油页岩矿石采出地面，而是直接对地下油页岩层进行热裂解，然后将生成的油气产物导出地面，经冷凝得到页岩油气产品的方法。
2.1 国外原位开采技术
国外油页岩原位开采技术种类较多[3-14]，详见表1。表1中部分技术已在野外开展了先导性试验，比如壳牌石油公司的ICP技术、以列亚洲科技有限公司的TS(局部化学反应法)
技术和美国页岩油公司的CCRTM技术等。壳牌石油公司曾报告采出了34°API的产品，该产品有气体(丙烷和丁烷)和液体，液体中挥发油、航空油、柴油的质量分数均为30%，较重油品为10%，液体中硫的质量分数为0.8%[15]。虽然ICP技术所得油品好，但该工艺不仅要消耗大量的能量运行加热器，且加热时间较长，还要冷凝生产层段外围的储层以防止地层水流入生产区，因此该工艺实现商业化发展仍需要改进。
表1 国外油页岩原位开采技术公司技术名称壳牌石油公司ICP埃克森美孚公司ElectrofracTM美国独立能源公司GFCEGL能源公司EGL雪佛龙公司CRUSH美国地球科学探索公司高温空气加热公司技术名称美国MEW能源公司IGE劳伦斯·利弗莫尔国家实验室射频加热斯伦贝谢公司RF/CF怀俄明凤凰公司微波加热以列亚洲科技有限公司TS美国页岩油公司CCRTM
2.2 国内原位开采技术
近年来，我国也在陆续开展油页岩原位开采技术研究和试验，目前有10多家研究机构和大学在开展有关油页岩原位开采的应用基础研究，以下主要介绍3家机构研发的技术及其现场试验情况。
(1)太原理工大学赵阳升团队于2005年发明了“对流加热开采油页岩油气的方法”，简称MTI技术[16]，该方法属于原位注热开采工艺(如图1所示)。该技术已在实验室完成了中试，但至今没有进行现场试验。该方法具体是指利用井致裂，向油页岩层注入高温压力水蒸气，以对流方式加热油页岩层使油页岩原位熟化，生成烃类。原位注热开采工艺可以提高资源开发利用效率，减少开采对生态环境的破坏，无空气污染与地下水污染，是茂名油页岩绿开发利用的首选工艺。
图1 油页岩原位注热开采
(2)吉林省众城油页岩投资开发有限公司自主研发的“油页岩原位压裂化学干馏提取油页岩油技术”，即油页岩压裂燃烧法原位转化技术[17]，于2014年7月27日在“扶余-长春岭野外试验现场”生产出了中国第一桶利用地下原位技术开采的油页岩油，但至今仍没有投入大规模的工业化生产。
(3)吉林大学针对吉林省油页岩资源特点提出的改进型局部化学反应法(TS-A法)、近临界水法(SCW法)和高压工频电加热法(HVF法)[18，19]。其中油页岩改进型局部化学反应法于2013年10月7日在吉林省龙安县永安乡开展先导性试验，2015年6月20日在地下原位裂解
出了第一桶油页岩油，取得了初步成功。
3 茂名油页岩原位注热开采初探
3.1 原位注热工艺选择
烟道气的主要成分为二氧化碳、氮气、水蒸气、二氧化硫等气体和粉尘固体，其中气体成分大于99%(绝大部分为二氧化碳)，粉尘低于1%。美国地球科学探索公司的高温空气加热技术、雪佛龙公司的CRUSH技术(二氧化碳压裂与高温空气加热)以及太原理工大学的MTI技术(高温水蒸气加热)采用的对流传热介质与烟道气成分基本相同，可以借鉴这些技术，利用高温烟道气对茂名油页岩进行原位注热开发。利用烟道气之前，需要将烟道气中的粉尘除去，通过分离器和过滤器可将固体态的粉尘去掉，因此注入油页岩地层的为气体成分；烟道气中的二氧化碳成分易吸附在油页岩上，可以实现烟道气中二氧化碳的永久埋存；二氧化碳易溶于页岩油(页岩中热解产生的液态烃)，可以降低页岩油黏度，有利于流动；二氧化碳与页岩油在地层条件下可以形成混相，有利于页岩油的流动；烟道气作为一种驱替流体，还可以进行驱油。茂名市城内有较多化工企业以及火力发电厂，每年排放大量烟道气，采用烟道气加热油页岩，可以就地取材，变废为宝，不但可节约成本，而且还
可以降低大气污染，实现二氧化碳的永久埋存，产生良好的经济与环保效益。
3.2 资源储量
2004年,“全国油页岩资源评价”发现广东省油页岩资源丰富,其中茂名盆地的油页岩资源探明储量为55.15亿t(见表2),占全国油页岩探明储量的16.72%,居全国第二位[20]。从表2中的参数可以看出,茂名油页岩储量较大,油页岩层厚度与含油率较高，具有开发的物质基础。
表2 茂名盆地油页岩矿床的地质特征盆地类型沉积环境油页岩特征厚度/m含油率/%查明储量/(108 t)油页岩页岩油断陷湖10.00～49.006.00～13.6655.153.63
3.3 地质概况
3.3.1 构造特征
茂名盆地北起高州市，南至茂名市，西至连界，东至羊角；南西以古近系地表露头线为界，北东以高棚岭断裂为界(见图2)。走向长为44 km，宽为4～14 km，面积约400 km2。
图2 广东茂名盆地地质概况
根据图2，可知茂名盆地为一箕状断陷盆地，其形成严格受高棚岭断裂的控制，并直接控制了盆地内油页岩的矿层分布。油柑窝组沉积时期，高棚岭断裂一直处于活动状态，由于北西方向高棚岭断裂南西盘下降速度大于盆地西南边缘区，使湖盆水体明显加深、水域加宽、水流稳定，适宜有机质大量沉积，为油页岩的形成提供了足够的沉积空间[21]。
3.3.2 储层特征
(1)变质程度。茂名油页岩分布于古近系油柑窝组和新近系尚村组地层。通过对茂名油页岩H/C原子比、O/C原子比分析，H/C原子比介于1.3～1.46，O/C原子比介于0.08～0.19，属于高氢碳比、低氧碳比类型，有机质属于Ⅰ～Ⅱ型干酪根类型。干酪根是有机质的主体，因此干酪根的类型基本代表了有机质类型。茂名油页岩有机质类型主要为腐泥型，少部分为腐殖腐泥型；茂名盆地油页岩镜质体反射率一般为0.51%～0.58%，处于未成熟—低成熟阶段[22]。
(2)储层厚度。茂名盆地西部高州矿区油页岩厚度一般在10～25 m，最大厚度达到46.53 m，倾角在4°～8°；盆地中部茂名矿区油页岩的厚度一般在20～30 m，最大厚度为38.01 m；盆地东部油页岩的厚度一般在15.64～36.51 m，平均在28 m[22]。
