吉林油田页岩油的开发利用前景研究

崔雷 李盈 宋国强 雷正军（大庆钻探工程公司试油测试公司）

吉林油田位于松辽盆地腹地吉林省，是我国页岩油储量最大油田之一，拥有储量丰富的低熟页岩油，开发应用前景十分广阔，对促进吉林油田的可持续发展具有重要意义。页岩油是蕴藏在具有较低孔隙度和较低渗透率的致密含油层中的一种石油资源，包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油、泥页岩层系中的致密碳酸盐或碎屑岩临层和夹层中的石油储藏资源，通常采用水平井和水力压裂技术进行开采。随着社会经济发展对石油能源需求的不断增多以及石油资源的日趋枯竭，页岩油的开发利用将成为油气勘探开发增储减产的新领域，意义非常重大。

1 开发利用现状

1.1 资源储藏量

国土资源部于2013 年对松辽盆地页岩油资源储量评估结果显示，松辽盆地及外围区域页岩油的地质资源储量潜力巨大，初步估算地质资源储量在131.93×108t，而吉林油田占有地质资源储量的三分之二以上，页岩油是未来相当长的一段时间内油气勘探开发利用的重要接替领域，是实现吉林油田可持续发展的有利条件[1]。

1.2 勘探试产

目前，吉林油田已经完成了中深层页岩油及低熟页岩油的开发试产，取得了成功的经验，为大面积开发页岩油奠定了坚实的基础。

查34-7 井为中深层页岩油储层，其压裂井段位于2 260～2 382.8 m，成功压裂后经过30 天的试产，已经取得1 800 m3的工业油流，生产状况良好，开发前景明朗。

大83 井属于低熟页岩油地质储藏区，低成熟页岩油的密度和黏度都比较高，油质偏向于重质油，其密度在0.88～0.96 g/cm3，平均值高达9.1 g/cm3；其黏度变化范围在25～2 650 mPa·s，以中质稠油为主，常规手段开发难度较大。所以在开发过程中需要将地层温度加热至200～600 ℃进行原位开发，因此极易造成套管受热伸长及井口抬升而引发安全事故，固井技术和固井质量极其重要。吉林油田在大83 试验井采用目前比较先进的预应力固井技术，较好的解决了上述问题，为吉林油田低熟页岩油地质储藏全面开发积累了成功经验[2]。

1.3 页岩油开发的技术分析

1.3.1 地质条件分析

吉林油田地处松辽盆地腹地，地质结构十分复杂，泥页岩主要生成于中生界断层和塌陷湖盆中，页岩油储层的埋深度和储层跨度都比较大，其纵向和横向的非均质性非常强，液相变化比较快。虽然该地域富有机质泥页岩的总体发育良好，但是总有机碳的含量普遍高于2%，整体成熟度偏低，属低成熟页岩油地质储层，油品的密度和黏度都比较高，常规开发技术具有一定的局限性。

1.3.2 开发技术分析

吉林油田的陆相页岩油的石英、碳酸盐矿物质主要以无机成因为主，黏土矿物的含量非常高，如大83井段区域的粘土矿物含量27.7%～54.8%，平均值达到47.3%，以伊利石和伊利-蒙皂混合石为主要成分，其中伊利石的含量高达18%～52%，平均在39%，水敏性非常强，传统的水基压裂改造技术难以适应工业生产需求，而对于后期的压裂改造技术难度更大，因此适用于低熟页岩油地质储层开发条件下的二氧化碳压裂开发技术亟需进行试验性技术攻关，以适应低熟页岩油地质资源的开发需求[3]。

1.3.3 油体性质分析

吉林油田页岩油地质储藏资源，由于受油的流体性质决定，使页岩油储层受到有机质热成熟度范围的控制，使低成熟页岩油具有很高的黏度和密度，流动性非常差，大大降低了低成熟页岩油的工业性开发。在页岩油的构成中，石油分子比天然气分子大，其扩散能力比较弱，因此常规开采技术难以形成较高的产能。因此，维持地层具有较高的压力和一定的石油天然气比值以改善页岩油的流动性，是果提高页岩油产能的前提条件。

2 开发利用前景分析

2.1 页岩油的组成和性质

页岩油的成分组成与天然石油基本相同，但与天然石油相比较，组分中含有更多的不饱和烃及氧、氮、硫等非烃类有机化合物，而这些物质是页岩油密度和黏度增大的主要原因，目前页岩油已经成为天然石油的重要补充。吉林油田的页岩油除含有天然石油的所有成分外，不饱和烃和非烃类化合物要明显高于天然石油。其中烯烃是页岩油中的重要成分，是天然石油所没有的，含氮化合物及含氧化合物也是页岩油的主要成分，其含量要比天然石油高。

常温下页岩油呈褐色膏状，其黏度和密度都比较高，带有强烈的刺激性气味。在页岩油中轻馏分的含量相对比较低，其中汽油馏分通常仅占2.6%～2.8% ， 360 ℃以 下 馏 分 含 量 大 约 占40%～50%，渣油含量大约占20%～30%，含蜡重油馏分大约占25%～30%。页岩油属于含氮量较高的石蜡基油类型，其中含有大量石蜡和较高的含氮量，但所含沥青组分较低，页岩油的凝固点比较高[4]。页岩油由于产地不同，其成分构成及性质不同，其密度、黏度、凝固点、含蜡比重、沥青质、组成元素等方面的差异较大，但是碳氢重量的比值平均都在7～8范围内，与天然石油非常近似，是最佳的天然石油替代产品。

2.2 页岩油的加工处理技术

由于页岩油与天然石油的性质基本相同，因此天然石油的冶炼加工技术都是用于对页岩油的冶炼加工。目前，页岩油的冶炼加工技术包括加氢冶炼加工处理技术与非加氢冶炼加工处理技术两种。

2.2.1 加氢工艺处理技术

页岩油通过加氢冶炼加工处理技术，可以分解出包括柴油、汽油、石脑油等液体燃料产品，其中所生产的柴油具有质量非常稳定、产品回收率高、没有“废水、废弃、固体废弃物”排放等优点。加氢工艺处理技术要点在于，通过加氢预处理脱离出氧、硫、氮等杂原子化合物，再按照天然石油的冶炼加工处理技术进行成品油加工。页岩油的加氢工艺处理技术主要包括：

1）热加工-加氢精制工艺技术流程。页岩油的全馏分通过焦化和热裂化后获得的直馏轻油使用纯MoS2加氢精制，可提取出性能稳定的1#航空煤油，并使液体的回收率有所提高。页岩油全馏分通过焦化后可分馏出油用W-Mo-Ni-Al系列催化剂并进行加氢精制，可分流出大约33%～35%的宽馏分航空煤油（对应加氢油），约67%～69%的轻质发动机燃料（对应全馏分）以及13%～14%的页岩焦（对应全馏分）。

2）加氢精制-加氢裂化工艺技术流程。加氢精制-加氢裂化工艺技术流程是使用MoS2做催化剂在26 MPa的氢压力下进行加氢精制，在不考虑制氢用原料的前提下，液体的回收率可达到96.5%～98.0%，成品柴油的收率可达到64%～65%，所生成的成品柴油氮含量约为0.05%；分馏后的重油馏分经过脱蜡后可以制取润滑油及石蜡产品；使用MoS2-WS2做催化剂一段串联进行加氢裂化处理，轻质油产品回收率可达78%～79%，其中1#航空煤油产品约40%，所生成的轻质成品油氮含量约为0.01%，质量较高[5]。

3）加氢精制-催化裂化工艺技术流程。页岩油全馏分经过高压固定床精制后获得含氮量约在0.08%的油品，用低硅铝做催化剂通过实验室催化裂化技术实验，取得汽油回收率34.5%～35.5%、柴油回收率30.5%～31.5%，液体总产率73.5%～74.5%的理想实验结果。

4）加氢组合工艺处理技术。加氢组合工艺处理技术是指采用加氢裂化催化剂、加氢精制催化剂及加氢裂化-加氢处理反序串联组合，以全馏分页岩油为原料制取清洁燃料油的工艺技术，该项技术可达到欧Ⅴ清洁柴油技术标准，并可分馏出低硫、质量优良的石脑油。通过该项技术可以使柴油的回收率高达81.0%以上，液体的总回收率达到97.0%，化学氢的消耗量为2.90%～2.95%，应用效果比较明显。

2.2.2 非加氢工艺处理技术

1）酸碱处理工艺技术。页岩油的非加氢工艺处理技术，是指在对页岩油工业化冶炼建工过程中，利用酸洗、碱洗以及酸碱联合清洗精制工艺技术。酸洗的目的是使页岩油组分中的胶质成分，硫酚类、硫醇类、烷基二硫化物、硫醚、噻吩及砜类等韩流化合物，含氮化合物中的碱性氮从页岩油中脱出，同时也可脱出部分非碱性化合物、芳烃及烯烃，通常情况下，酸洗采用磷酸、盐酸及浓硫酸等强酸，以达到酸洗效果。对页岩油进行碱洗的目的是脱出其组分中的硫酚、硫醇等酸性物质，碱洗通常采用低浓度碱液即可达到技术要求。

2）溶剂精制工艺技术。工业生产中，用于页岩油精制的化学溶剂主要包括：甲醇、糠醛、乙醇、二甲基亚砜、二甲基酰胺、酚以及有机酸等，其精致原理是利用某些化学溶剂对油品的理想组分和非理想组分的溶解度之间的差异性，能够有选择性的从油品中将不安定组分脱出，使油品的稳定性得到明显改善，对于化学溶剂的选择，应充分考虑溶剂对油品的溶解能力及选择能力，以达到理想的精制效果。

3）吸附精制工艺技术。吸附剂对碱性化合物的吸附作用比较明显，通过吸附工艺技术可以将页岩油油品中的含硫化合物、含氮化合物以及含氧化合物吸附掉，从而达到油品精致的目的。在页岩油冶炼加工过程中，常用的吸附剂主要包括硅胶、硅藻土、氧化铝、分子筛和白土等，吸附效果完全可以满足工艺技术要求。

4）添加稳定剂工艺技术。在页岩油液量加工过程中，添加稳定剂的主要目的是有效防止页岩油中的芳烃及烯烃组分在冶炼加工过程中发生缩合和聚合反应形成胶质和沥青质，降低油品的回收率。通常情况下，所使用的稳定剂是由包括分散剂、抗氧剂、金属钝化剂及防腐剂等一种或几种共同组成的复合剂，以提高有效性。其中：分散剂能够迅速有效的将沉渣颗粒进行分散，防止沉渣颗粒堵塞喷油嘴和滤清器；抗氧剂能够将页岩油中的过氧化物进行分解，使自由基无法生成，实现降低胶质生成率和延长诱导期的作用；金属钝化剂能够有效降低油品中溶解性金属离子的活性，抑制溶解性金属离子对油品氧化反应的催化作用，提高油品的稳定性[6]。抗氧剂、分散剂、金属钝化剂共同作用，相互补充，对提高页岩油柴油馏分的稳定性和质量具有十分重要作用。

2.3 页岩油的开发利用前景

1）页岩油中含有极其丰富的烷烃和烯烃类物质，可以生产出高附加值的化工产品，如利用C6-10馏分生产优质增塑剂；C11-13通过生物降解其组分中的线形十二烷基苯后所得到的产品是生产清洁剂的重要原材料；C14-18馏分是生产脂肪醇以及烷基硫化盐产品的优质原材料；而页岩油中的重质烷烃馏分可通过裂化生产工艺技术生产多种低分子质量的烯烃，同时也能够获得工业沥青以及碳纤维产品。

2）页岩油中含有较高的含硫化合物组分，包括：硫化氢、硫醇类、硫茚、噻吩类等有机硫及二硫化物。硫的资源比较广泛，而硫以及硫的化合物在工业生产、农业生产、医药生产、染织工业以及合成材料工业等方面都具有非常广泛的用途。硫的主要用途是生产硫酸，是众多生产领域极其重要的原料。

3）含氮化合物是页岩油的重要组分之一，包括碱性含氮化合物、弱碱性含氮化合物、中性含氮化合物三类。碱性含氮化合物主要有叔胺类吡啶系、喹啉系以及异喹啉系化合物；弱碱性含氮化合物则以吡啶系化合物为主体；中性化合物则以腈类R-CN 为主。其中吡啶系含氮化合物在页岩油含氮类化合物中所占比重最高，吡啶类含氮化合物是以吡啶碱的形式存在于页岩油中，吡啶碱能够溶解一般溶剂所无法溶解的有机化合物，是一种用途非常广的化工原料[7]。吡啶类化合物偶可细分为轻质吡啶和重质吡啶两种，轻质吡啶是制药工业的重要原料，而重质吡啶既可以通过氧化法制取菸碱酸，又可以作为浮选剂用于有色金属选矿，尤其是对硫化物矿藏具有非常有量的富集性能。同时，吡啶碱以及硫酸吡啶络合物具有比较明显的抑制烯酸对钢铁的侵蚀作用，可以用于钢铁产品的腐蚀抑制剂，以防止酸类物质对钢铁的侵蚀而生锈[8]。

4）页岩油中的含氧化合物主要有酚类、酸性及中性含氧化合物[9]，对页岩油中含氧化合物的有效利用则主要是分类化合物。在工业生产中，酚类化合物主要应用于合成纤维、塑料、染料、电气绝缘材料、防腐剂以及医药等产品，是非常重要的和用途非常广的化工原料。重质酚可用作铅、铜、锌磁铁有色金属矿物的浮选剂[10]，同时也是生产农药杀虫剂、木材粘合剂的重要原材料。

3 结语

吉林油田拥有丰富的页岩油地质资源，前景比较广阔，页岩油通过冶炼加工可以分馏出高质量的适合于寒冷地区的1#航空煤油、优质汽油、柴油及石脑油。页岩油的馏分中含有大量的含硫、含氮、含氧有机化合物，能够分馏出许多种高品质的医药化工等有机工业原料，应用前景非常太广阔。目前，勘探开发技术和冶炼加工工艺技术都比较成熟，规模化开发利用已经成为现实。随着社会经济的快速发展以及对石油能源需求的不断增加，作为天然石油的有效补充和医药化学工业原材料的资源，加快页岩油的开发和综合利用，对增加我国石油和医药化工等工业原材料的供给量，促进吉林油田的可持续发展，都具有重要意义。