非常规油气—油页岩

车长波 朱杰

油页岩的开发利用可追溯到17世纪。到19世纪时，油页岩矿石的年开采规模达百万吨。20世纪70年代，随着第一次、第二次石油危机的发生，油页岩开采量急剧增加，1980年达到4540万吨的历史高峰。但随着油价下跌，油页岩逐渐失去竞争力，开采量一路下滑。自2000年后，油页岩开采量又逐步增加，目前每年的矿石开采量达到3500万吨。我国油页岩资源总量大，可利用的潜力大，若进一步加强开发利用技术攻关，使其生产规模化、清洁化，有望对石油供应形成重要的补充。

油页岩资源潜力及分布

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，低温干馏可获得类似原油的油页岩油。油页岩和煤的主要区别是灰分超过40%，与碳质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。油页岩在隔绝空气的情况下加热到450～600℃，以低温干馏的方式可以制取油页岩油，类似于天然石油，通过热加工和氢精制工艺，获取汽油、煤油、柴油和蜡等产品。油页岩由于含有机质，也可以作为燃料进行燃烧发电。

全球油页岩蕴藏资源量巨大，估计有10万亿吨，折算成油页岩油资源达到6000亿吨。油页岩资源主要分布于美国、中国、巴西、澳大利亚、俄罗斯、约旦等国家。其中美国的油页岩资源占全球的70%。目前只有美国、爱沙尼亚、约旦、中国等国的部分油页岩矿床做了详细勘探和评价工作，其他很多矿床的资源潜力有待进一步探明。

我国油页岩资源较为丰富，根据国土资源部2011年的评价结果，我国油页岩资源量约9700亿吨，折算成可利用的油页岩油为165亿吨。

就我国的油页岩矿床类型而言，可分为独立的油页岩矿、与煤共伴生的油页岩矿。其中前者主要分布在东北的松辽盆地、桦甸等盆地，以及西部的鄂尔多斯、准噶尔等盆地，其资源量占95%以上；与煤共伴生的油页岩资源较少，主要分布在辽宁的抚顺、山东的龙口、甘肃的窑街等地区，但由于可以与煤共采，国内目前超过70%的油页岩均采自此类地区。

油页岩勘查开采技术

目前，我国的油页岩勘查通常采用以下步骤：首先采用航磁、地质填图等方法确定盆地的存在及其规模，编制油页岩盆地分布图；其次，采用物探（二维地震）、重力测量确定出盆地轮廓，并根据地震测线概略划分出盆地内地层结构及构造发育情况，初步确定目标层（油页岩层）大致特征，如油页岩层的分布、厚度，编制油页岩矿层分布图；最后，有针对性地对目标层实施钻探验证，并采集大量的测试样品，对油页岩含油率及有机组分等进行测试分析，从而完成该地区油页岩资源的综合评价。

迄今为止，全球几乎所有从油页岩中提炼出的石油都是先开采出油页岩，然后在地面设备中加工出石油。近年来，壳牌、埃克森美孚等石油公司在积极尝试采用地下加热干馏油页岩的方式提炼石油。

油页岩低温干馏技术是开发较早的一种油页岩利用方式。一般采用房柱法采煤技术通过露天采矿或地下采矿开采油页岩，然后把采出的矿石输送到加工设备（干馏器）中，隔绝空气条件下将油页岩加热到450～600℃，使得油页岩内的干酪根（不溶于一般有机溶剂的沉积有机质）首先转变为沥青，接着转变为液态的油页岩油和燃气，再通过油气分离装置获得石油。

我国的油页岩生产企业正在积极探索油页岩综合利用技术。即：开采出的油页岩首先炼油、提取燃气，炼油后的废料（即油页岩半焦）作为燃料送入循环流化床内燃烧，生成的页岩灰渣可用来制砖、生产水泥、微晶玻璃等建筑和化工材料。与传统的油页岩低温干馏炼油技术和燃烧发电技术相比，综合利用技术具有资源利用率高、产品种类丰富、污染物排放量少、系统衔接紧密、质量损失和能量损失小等众多优点。

除了地面干馏技术，众多企业正在积极尝试在地下直接对油页岩进行加热，然后通过常规方法（即井眼）来收集加热产生的油。油页岩原位开采技术有数10种，就油页岩层加热方式可分为电加热、流体加热、辐射加热三类工艺。

油页岩开发利用情况

2013年，全球油页岩开采量总计约3500万吨，爱沙尼亚与中国各占45%。通过炼制油页岩得到的油页岩油产量为150万吨左右，中国的产量最高，接近90万吨。2010～2013年世界油价稳定在每桶100美元左右，油页岩油的生产有较高的利润。在油页岩燃烧发电方面，爱沙尼亚的发电容量达2300MW，处于世界领先地位，中国和德国等也有规模较小的油页岩发电项目。

虽然世界上油页岩尚未大规模开发利用，但以美国为代表的西方发达国家一直开展持续性的研究。在美国，壳牌、埃克森美孚、道达尔等公司开展了一系列的油页岩地下开采试验，还有约二十几个研究机构和大学在开展油页岩的基础和应用研究，涵盖了资源、地质、干馏、燃烧、环保及水供应等。德国、加拿大、澳大利亚、以色列等发达国家的一些公司，持续从事开发油页岩干馏新工艺，其中以色列的油页岩开发企业宣称已掌握了低成本地下干馏油页岩的技术，但有待进一步证实。

近年来，我国油页岩勘查进展迅速，特别是吉林和新疆地区均有重要的勘查发现。截至2012年底，我国油页岩查明资源储量1183亿吨，折合成可提炼的油页岩油为13～15亿吨。2005～2011年，吉林省在松辽盆地东部隆起区探明4处超大型油页岩矿床，获得查明资源储量1000多亿吨，平均含油率5%左右。2012年新疆吉木萨尔地区获得油页岩查明资源储量2.1亿吨，可露天开采的资源储量达1.9亿吨，平均含油率7%左右，为中型规模矿床。

我国油页岩开发历史悠久，但开发成本和环境污染一直是制约油页岩工业快速发展的两大因素。我国对油页岩的利用主要是通过干馏获得油页岩油，还有少量用于燃烧发电。辽宁抚顺、山东龙口和甘肃窑街均是在采煤过程中兼采或在煤炭资源逐步枯竭矿山需要转型时期综合利用油页岩，开发利用成本较低。而单纯开采油页岩的北票、桦甸和汪清等地，油页岩主要分布在地表或200米以浅地区。2000年以来，我国油页岩油产量进入了快速增长阶段，产量由10万吨增长到2013年的90万吨，2005年以来产量一直位居世界第一。其中，抚顺矿业集团油页岩油产量占全国的一半左右，年产量超过10万吨的还有山东能源龙矿集团。按照各企业的设计生产能力，全国油页岩油产能在2015年有望接近200万吨。

油页岩开发利用的环境影响

与煤液化炼油技术相比，油页岩低温干馏技工艺简单、成本低，所得到的页岩油与天然石油成分相近，通过炼油厂简单的净化、加氢处理后即可得到有价值的油产品。但是，采矿作业过程中需要处理大量岩石，无论是露天开采还是井工开采，均会存在开凿占地与扰动地表及生态环境问题，开采造成植被耕地破坏、景观污染、水土流失、生态退化等。其次，油页岩开采处理过程需要用水控制矿尘，冷却页岩废渣，改善油页岩油的质量，会消耗大量的水资源，每生产出1桶石油需要消耗2～5桶水；同时，干馏过程还会产生含大量污染物的废水，对区域的水体水质和土壤质量造成影响。此外，油页岩炼油过程中燃烧会造成粉尘污染、大气污染、噪音污染等，而且炼油后的废渣规模大、难处理，例如年产100万吨油页岩油的项目达产后，每年将产生2000余万吨矸石和灰渣，建材生产仅能消耗20%，剩余的大量矸石与灰渣很难有效处理，将对周边环境造成危害。

因此，应根据国家发展规划、产业规划、功能区划等约束条件，制定与国土、环境、生态以及水资源相匹配的油页岩开发利用整体规划，确定优先开发的地区与类型，推进低耗水、零排放、少废渣的规模化、集约化生产，加强油页岩资源的综合利用，做到“吃干榨净、物尽其用”。

（作者车长波为国土资源部地质勘查司副司长，研究员；朱杰为国土资源部油气中心副研究员）