新疆页岩油的开发利用和广阔前景

＊张雅茹 陈鲁豪 艾沙·努拉洪*

（1.新疆大学化工学院 新疆 830046 2.新疆大学化工学院煤炭清洁转化与化工过程重点实验室 新疆 830046）

页岩油狭义上作为以页岩为主的页岩层系中所含的原地滞留油气资源，属于一种非常规能源，其包括泥页岩空隙和裂缝中的石油资源，也包括泥页岩层系中的致密碎屑岩或碳酸盐夹层中的石油资源，目前主要通过干馏的方式从油页岩中获取。在美国地区，2013年前将其称为页岩油，2014年至今则称其为致密油。目前，国内尚无权威机构出台一套统一的评价方法，故两者仍存在概念混淆，分类不统一等问题。

1.全国页岩油现状

目前，油气革命已扩散至全球范围，北美页岩油气资源的成功开发利用对全球的能源行业都产生的深刻的影响，同时也为未来能源的发展指明了方向，据2013年美国能源信息署数据，全球可采页岩油总量约467×108t，其中俄罗斯以105×108t位居首位，同时有美国专家认为，俄罗斯页岩油的储备量几乎都蕴含于西西伯利亚巴热诺沃岩系的页岩油沉积层；美国以67.2×108t位居第二，中国以44.8×108t位居第三，而在全球范围内页岩油勘探潜力最大的两个国家一个是澳大利亚，另一个便是中国。

早在20世纪40年代末，高平等人就对准噶尔盆地油页岩的分布、地层和构造进行了论述，50年代中后期，胡厚文、王慎等人更是对油页岩的资源量进行了不同程度的预测，自此至2004年，石油资源火热，国内对油页岩的研究便有所停滞。近些年来，在世界能源消耗巨大，石油资源愈发紧张的背景下，油页岩又重归于研究的视野。与美国以海相为主且沉积环境连续、成熟度较高、脆性矿物含量较高的页岩油相比，我国的陆相页岩油受复杂的地质条件的影响非均质性强、成熟度较低、脆性物质较美国少等成为困扰科学家 的难题。

全国最大的两个油页岩矿为松辽盆地和鄂尔多斯盆地，其中，松辽盆地连同其外围区域油页岩矿床类型为特大型，有机质类型主要以Ⅰ型为主，主要赋存于中生界下白垩统，平均生油率约4.98%最高可达16.47%，油品质量好，油页岩资源约8296.97亿吨，页岩油地质资源潜力达131.93×108t，可采资源量11.61×108t，日产页岩油最高可达3.391t；鄂尔多斯盆地油页岩矿床类型也为特大型，有机质类型主要以Ⅰ-Ⅱ1型为主，主要赋存于中生界上三叠统，平均生油率约7.42%最高约10.56%，油品质量相对较好，油页岩资源约3345.37亿吨，其长7段页岩油资源量可达20×108t，其中2030年该地区有望成为国内页岩油勘探最现实的地区，页岩油产量预计可达500×104t。

渤海湾盆地、朝阳盆地、四川盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地等也属于国内页岩油资源量较为丰富的区域。渤海湾盆地黄骅凹陷、济阳坳陷、东濮凹陷等地油页岩的含油率高，页岩油资源的潜力十分可观；朝阳盆地九佛堂组的油页岩资源量约70亿吨，属于国内中型的矿床规模，同样蕴含丰富的页岩油资源；其中根据夏明等对新疆油页岩资源动态评价的结果可得，新疆页岩油资源量达61.64×108t，查明资源储量3.11×108t探获资源储量5.03×108t，潜在资源量56.61×108t，远景高达75.56×108t，且早在2007年，国外学者卡洛夫便曾预测新疆地区的油页岩资源十分丰富，甚至超过美国绿河，种种数据和观点均表明，新疆地区藏有丰富的页岩油资源，具有广阔前景。但不同机构对页岩油与致密油的界限划分不同，评价技术也有所差异，故最终产生的评价结果差异较大。

2.新疆页岩油的勘探

我国的页岩油资源十分丰富，可与美国、巴西、爱沙尼亚等国家比肩，主要分布在准噶尔盆地二叠系、三塘湖盆地二叠系、鄂尔多斯盆地三叠系、四川盆地侏罗系、松辽盆地白垩系、勃海盆地古近系、苏北盆地古近系、江汉盆地古近系、南襄盆地古近系等地区，其中准噶尔盆地与三塘湖盆地均属于新疆地区，且油页岩资源丰富，资源潜力值大，平均产油率8%，最高可达到28%，是未来国内页岩油的重要采出地区。

目前，中石油已在新疆、长庆、大庆、吉林、大港等页岩油勘探区域展开了相关的研究工作，其中在新疆地区优选出了吉木萨尔凹陷、玛湖凹陷西斜坡以及帐北断褶带的石树沟凹陷作为重点勘探区域。

准噶尔盆地位于阿尔泰山脉与天山山脉之间，准噶尔盆地二叠系页岩油分布带位于盆地南缘博格达山北麓的转换部位，东至白杨沟，西至妖魔山，长达143km，宽约 10～20km，共计矿带5个。该地板块移动频繁，故构造十分复杂，且准噶尔盆地二叠系芦草沟组所在属于大中型盆地凹陷期的深湖环境，属于大规模、水体较为稳定的咸水-半咸水环境，为有机物的富集提供了良好条件。该地盛产腐泥型（Ⅰ型）与腐殖腐泥型（Ⅱ1型）的高品质油页岩，有机质丰度（TOC）约3%～9%，有机质成熟度（Ro）约0.5%～1.5%，孔隙度约5%～16%，脆性指数约75%～95%，储集空间类型属于粒间孔、溶蚀孔、粒内孔、晶间孔、微裂缝。若粗略按照3%的采收率进行计算，该地区的吉木萨尔页岩油可采资源量约为1.1×108t，其中“上甜点段”的含量约为0.51×108t，“下甜点段”约为0.59×108t，在全国页岩油产出量的比重较大，同时，王倩茹等人曾预测，该凹陷即将成为我国第一个页岩油产量达到百万吨级别的产油基地。

三塘湖盆地位于西伯利亚板块南缘增生带上，与准噶尔盆地东北部紧邻，在中二叠系与其有相似的沉积环境。三塘湖盆地二叠系页岩油分布带主要位于马朗凹陷与条湖凹陷，该地区火山活动较为频繁，在其油页岩层中可发现火山灰沉积，加之该地区属于咸化的深湖-半深湖环境，稳定的深湖-半深湖环境易产出较高品质的页岩油，故火山灰带来的K、P、Fe、Mg等元素可为藻类生物的繁衍提供良好条件从而生成高品质的腐泥型（Ⅰ型）与腐殖腐泥型（Ⅱ1型）油页岩，有机质丰度（TOC）约2%～8%，有机质成熟度（Ro）约 0.6%～1.2%，孔隙度约3%～13%，脆性指数约55%～90%，储集空间类型属于粒间孔、溶蚀孔、有机质孔、微裂缝。第四次油气资源评价的结果表明，三塘湖盆地生油量约达104.05×108t，成熟页岩油量约达3.95×108t，可采的资源量约0.2×108t，且仍存在较大潜力、勘探开发前景广阔。

除此之外，新疆地区的吐哈盆地、塔里木盆地、伊犁盆地等地均为新疆盛产页岩油的区域，据夏明等人的研究数据可知新疆地区的页岩油资源可占全国资源的1/4。且新疆地区的能源除供给自身经济发展使用外还有剩余的能量输送内地，具有不可忽视的地位。

3.新疆页岩油的开发处理

近年来，由于对页岩油的迫切需要，新疆地区油页岩迎来了发展的契机，但油页岩只有部分可用来生油，除此之外剩余部分还可作土壤改良剂、农业用肥、微生物浸矿、塑料、橡胶填料、生产水泥及其他建筑材料等多种用途。由于新疆地区的油页岩发热量低，且其单独燃烧对环境极为不友好，故可联合煤燃烧油页岩提高其发热量并降低对环境造成的污染。除此之外，新疆地区的油页岩灰质含量较高，而近些年随着乌鲁木齐工业的快速发展，乌鲁木齐环境污染的问题也较为严重，故在加工处理时需格外注意其经济性和环保性等问题。

从油页岩中获取页岩油的方法主要有两种：其一为干馏法，此法不需将油页岩开采出，也无需矿井，可实现大规模较深处的页岩油的开采，在技术上越发的成熟，在经济上也变得有利起来，但其效率较低且对环境不友好；其二为溶剂萃取法，该方法可从油页岩结构与分子层面上进行分析，所得出的页岩油脂肪烃含量最高，杂原子化合物其次，芳香烃含量较少，是重要的化工原料，但此种方法尚不及干馏法应用广泛，还具有一定的发展空间。

由于我国油页岩主要以陆相为主，复杂的地质环境导致不同地区开采出的页岩油组分差异较大，淡水与咸水湖盆以及不同的埋藏深度都会对油页岩的有机质类型、有机质丰度、有机质成熟度等造成较大的影响，故不同地区的油页岩生油量及油品差别较为明显。

盛湘等人曾预测，页岩油的开发利用将成为未来几十年里中国油气的重大发展方向，但与石油资源相比，页岩油非烃类碱性含氮物质含量较高，在后期加工过程中会影响其选择性及催化剂的活性。故如何有效的除去页岩油中的非烃类有机物并加以提纯利用并提升页岩油油品质量使其有效的作为石油的补充资源是页岩油资源的重要研究方向。

在页岩油的开发利用过程中常用到加氢工艺以分离出各种油气燃料产品，其要点在于通过加氢脱出含氧、氮、硫等的杂原子化合物，以再加工得到成品油，该技术可用于汽车及航空航天产业，该类技术所得的产品基本无三废、产品的回收率较高、且产品的质量非常稳定，但其投资费用大，设备费用高，故适用于大型企业；除此之外还可使用非加氢工艺处理技术处理页岩油，该技术工艺较为简单且投资费用低，适合小型企业及实验室使用，不同的处理方式所达到的精制效果有所差别，在实验过程中常把多种精制技术加以组合使用，以达到精制的目的。

4.新疆页岩油的利用前景

油页岩热解所得到的页岩油产物中，烷烃与芳烃的含量较高，与天然石油相比天然石油的烯烃等不饱和烃类物质含量较低，非烃类的含氮含氧化合物的含量更少，故与天然石油相比页岩油的用途也显得更加广泛。

（1）新疆页岩油的烃类物质含量丰富，相对分子质量较高，油体粘度大、流动性差、蜡质含量高，其干馏所得含碳较高的重组分可用以制备石蜡产品，也可通过裂化等途径获得较低分子质量的烷烃、沥青及碳纤维等，磺化后可用作磁铁矿的浮选剂；较低碳（C6～10）物质可用于生产增塑剂，碳含量稍高成分（C11～13）的加工产品可用作清洁剂，更高含碳量（C11～13）的馏分则可作为脂肪醇和烷基硫化盐产品的原料。

（2）新疆页岩油中的碱性含氮类物质含量高，其中主要为吡啶系含氮化合物，也包括适量的喹啉及噻吩类物质，重质吡啶可进行菸碱酸的制备，可用作浮选剂应用于有色金属矿业中，还可分解为轻质吡啶以提高其使用价值；除此之外部分生产厂家为防止钢铁生锈利用吡啶碱及硫酸吡啶络合物良好的抑酸侵蚀作用来制造钢铁腐蚀抑制剂。

（3）新疆页岩油中含氧化合物也很丰富，主要以酚类、酸性、中性含氧化合物为主。酚类化合物在化工生产中的应用也很广泛，可用于塑料、合成纤维、绝缘材料及医药等行业，重质酚还可用于生产农药、木材粘合剂和有色金属如铜、铅、锌等的浮选剂，在化工生产中有不可或缺的地位。

5.结语

页岩油作为石油行业的革命性发现已被公认为重要的石油接替产品，为保障我国新能源事业的稳定可持续发展，需不断加强推进我国页岩油气资源的可持续开发利用。所以页岩油能否持续性的被开发，开发的工业化技术有无创新，如何做到经济效益最大化是我们需持续关注的问题。长期以来，新疆地区的资源丰富，但不论是开发利用还是勘探技术都较为落后，技术可采页岩油量较小。随着我国与页岩油开发相关的低黏高切油基钻井液体系自主知识产权的逐步形成以及各种核心助剂的问世，我国页岩油开发的技术在不断革新，成本在不断降低，目前已达到国际较为先进的水平，不仅如此，我国钻井含油废弃物的处理技术与页岩油压裂工艺均有了不同程度的进步，但与美国相比仍存在一定的进步空间。不仅如此，我国复杂的地质因素决定了相关的开发工程技术也会具有一定的特殊性，故我国页岩油的开发绝不简单的挪用美国的先进技术，还需依靠于自身的经验积累和我国的科技发展水平以制定相应的措施和保障。

随着我国经济的持续性发展，对资源的需求量也不断增加，页岩油作为天然石油的有效补充能源以及医药、建筑等行业生产的原材料，其地位居高不下。新疆地区的油页岩有机物丰富，产油率高，资源潜力大，可生产大量高品质的页岩油，加之国家现对新疆地区资源开发在经济、技术、政策等方面的大力支持更加有效的促进新疆页岩油的可持续发展，故新疆地区的页岩油前景广阔。