油页岩开采技术发展方向及趋势

刘荣斌

摘要： 随着经济的持续发展和人类对于资源认识的不断深入，油页岩近年来普遍为各个国家和地区所重视。油页岩本质上是有机质的沉积岩，经过一系列处理之后可以获取类似原油的页岩油与页岩气，是助力经济发展的一项重要油气资源。非常规油气资源是国家安全与经济发展的重要物质基础，资源开发在带来发展的同时，还存在破坏环境的风险。如何解决资源开采和环境保护的矛盾，从中寻求平衡点，值得深思。本文中介绍了油页岩开采技术以及其发展趋势。

Abstract： With the continuous development of the economy and the continuous deepening of human understanding of resources， oil shale has been widely appreciated by various countries and regions in recent years. Oil shale is essentially an organic sedimentary rock. After a series of treatments， shale oil and shale gas similar to crude oil can be obtained， which is an important oil and gas resource for economic development. Unconventional oil and gas resources are an important material basis for national security and economic development. While resource development brings about development， there is also the risk of damaging the environment. How to solve the contradiction between resource exploitation and environmental protection and find a balance point is worth considering. This article describes the oil shale mining technology and its development trend.

关键词： 油页岩；开采技术；环境影响

Key words： oil shale；mining technology；environmental impact

中图分类号：TD83 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0240-02

0 引言

油页岩采矿技术可分为传统的地面干馏技术和地下原位采矿技术。地面干馏技术是指通过露天矿坑或地下采矿隧道到地面的油页岩，在粉碎筛选到所需的尺寸、区块或转移后，通过加热碳化页岩油、页岩气和页岩炭来产生。原位采矿技术意味着埋藏在地下的油页岩没有开采，并直接在地下进行加热，转化为页岩油或页岩气，并将其输送到地面。地表干馏技术特点是一次性投资大、工艺简单化、技术综合化、成本较高。原位开采技术要求高，还没有取得广泛的应用，仍处于实验室研究阶段。

1 油页岩勘探开发的现状

1.1 油页岩的基本特征

油页岩岩性特征。油頁岩是一种沉积岩，层理是密实的，颗粒匀称称为“油页岩”。其次，油页岩类型。页岩由于母质和周围环境的差异，分为陆相页岩、湖泊页岩和海洋页岩三种类型。三种主要的区别是：在有机质含量上，大陆页岩的脂质含量较高。湖相油页岩主要由湖泊藻类和浮游生物形成。海洋页岩主要来自早期微生物沉积埋藏后形成。就我国而言，目前我国的油页岩多是属于陆相的。

1.2 油页岩的勘探开发现状

虽然经过一系列的工艺处理过程，可以获得类似的油页岩油和天然气，而且早在1821年就发现了，但由于人类认知水平和技术的局限，大规模开采和使用油页岩还没有实现。仅在近年来美国对油页岩资源开发利用领域，介绍了相应的鼓励政策，油页岩开采与进展有关，页岩也逐渐获得了大规模的开采。

到目前为止，美国页岩气产量占天然气总产量的35%以上，成为世界上最大的天然气生产国。美国的这一倡议是值得世界其他国家特别是我国参考和考虑的一个主题。2011年以来，中国有关部门开始实施页岩气投资管理，这被称为中国页岩气开发利用的勘探阶段。2012年11月，中国页岩气开采正式进入高速发展阶段，在1HF井中生产高产量页岩气。自2017年以来，中国油页岩资源开发一直处于世界前列。

1.3 国内油页岩资源现状

我国矿产资源丰富，历来被认为是资源丰富的国家。特别是油页岩资源丰富，蕴藏着丰富的自然资源。根据目前的统计，中国的油页岩资源约为7199.37×108t。大部分油页岩集中在我国东部和中部和西北地区。从地层的角度来看，油页岩主要分布在中生代和新生代。在地理环境方面，我国油页岩储量占总油页岩储量的80%以上。

2 油页岩开采技术

2.1 油页岩地面干馏

地面干馏，即通过露天开采或地下开采，将油页岩转移到表面，经过粉碎筛选到所需的尺寸，然后进入干馏过程，在蒸馏过程中获得页岩油。根据干馏的不同方法，可以进一步将油页岩干馏分为外热和内热蒸馏。外部热蒸馏是指将油页岩通过炉壁输送到炉内，从而加热干馏。与放热干馏相反，内部热蒸馏是在炉内与油页岩直接接触，然后实现油页岩的热解。同时避免外部加热干馏的上述缺点，但内部加热干馏，以充分利用不同大小（块状、颗粒、粉末），油页岩，经常需要配备各种反驳，同时在工艺技术和设备比较复杂，增加了成本。

2.1.1 抚顺炉技术

本文首先对抚顺炉干馏工艺流程进行了分解，对油页岩进行了筛选，用10mm颗粒大小的颗粒作为尾矿，用10～75mm颗粒大小的颗粒作为完成的页岩，进入还原炉。在干馏段热解过程后，可以在大量的页岩油中产生页岩油。在这一点上，干馏段的剩余部分称为页岩半焦，然后进入气化段和上升的饱和主风，在蒸馏过程中进行氧化还原反应。反应后，炉内残留的材料为页岩渣，其中一些与尾矿一起运输到堆场。另一部分被回收利用。在出口冷凝系统后，干馏分回收页岩油和干气。作为干馏气体的副产物，可以通过以下方式合理使用：它可以作为一种循环气体在加热炉中加热；可作为蓄热炉燃烧的燃料；它也可以用作燃气锅炉的燃料。抚顺炉炭化技术，操作简单，工期长，但单炉容量小（100t/d），资源利用率低（80%），产油率低（<70%），低能耗，环保，适用于低含油量低油页岩的小型加工厂。

2.1.2 Kiviter和Galoter干餾器

Kiviter和Galoter干馏器爱沙尼亚油页岩工业中应用两种地面干馏器，早期开发的Kiviter干馏器是立式的，适合于处理块状页岩以及燃烧天然气，日处理油页岩能力为1000t。新的Galoter干馏设计是一种卧式流化床干馏器，日生产能力大约为3000t，为降低能源投入，实现较高的产能，在其干馏处理中，用页岩碎屑作为固体加热的载体。虽然其处理过程比Kiviter干馏器复杂许多，但稳定性得到提高，最近实现了一年6200h连续作业。

2.1.3 Petrosix技术

Petrosix该技术是由巴西国家石油公司开发的一种利用气体热载体法进行油页岩干馏的技术。油页岩破碎、筛后，颗粒尺寸为6.4～76mm，首先由馏出物干馏段热解得到，所需的热量由炉中间的热气体提供。另一部分由炉底的回收气体提供。这两种气体都是在过程中产生的。由油页岩吸收的上游气流，在干热地区凝结成油或雾。页岩油和副产物被旋风和静电捕集器回收，而页岩尾矿和垃圾则被丢弃。Petrosix碳化技术单炉处理大型（2200t/d），高输出（110t/d），高利用率的页岩和石油产量（可以达到超过90%），环境保护，和热可以自给自足，但页岩未充分利用的大小小于6.4mm，反驳的大型设备，维护和操作困难，适合大型石油页岩。

2.2 油页岩原位干馏

油页岩的原位分馏，也称为地下干馏，是指地下油页岩层未被开采，而热烟气是由燃烧产生的，因此直接加热，并在原地分馏。与地面干馏相比，该技术不需要从油页岩中提取石油和天然气，大大降低了开采成本。根据热解过程，油页岩的原位热解可分为原位回火和原位回火。①真地下干馏，指的是通过洞地下页岩地层被摧毁，然后到空气中燃烧，热烟气在前进之前，接触新的页岩加热干馏，页岩油气生成出口集合使用地面，其余的油页岩半焦炭当时空气燃烧页岩灰，继续转移热量燃烧产生的烟气，加热油页岩地下碳化进程。②改良的地下干馏，指的是少量的页岩到地表，首先使地下的页岩层形成在一定的空间内，再通过爆破页岩大面积的破碎，沟道形成缝隙，然后进入空气燃烧，进行地下干馏。

2.3 油页岩原位转化

油页岩开采技术原位转型是近年来新兴的，直接到地下油页岩热，使其原位复杂的物理化学，最后为页岩热解产品石油和天然气，然后通过石油和天然气的开采生产井为二次加工。与其他采矿方法相比，它具有工艺流程低、成本低、采收率高、占地面积小等优点，是未来油页岩开发利用的重要途径。

3 露天采矿技术发展主要方向

露天采矿是指作业场所敞露于地表，将掩盖在矿体上部的表土及岩石剥除，再对矿石进行有效开采。主要施工机械有挖掘机、矿山运输车、装载机、推土机等。主要工序有矿山山体剥离及矿石开采。矿山山体剥离首先要根据地形地貌修筑上山临时道路，以及到排土场的临时道路，再从山顶分层往下逐层爆破开挖，控制台阶高度，每个工作流程设置2-4个工作平台。矿石开采主要是根据矿石分布情况进行分层开采，将矿石表层及周边的土石剥离干净后，进行爆破开挖，确保土石和矿体分离符合要求。露天开采与地下开采相比，主要优点是生产能力大，作业空间约束相对较小，安全系数较高。

近年来，我国露天开采技术不断发展，越来越多的大型采矿设备，国内露天矿开挖设备斗容量达到15立方米以上，大型运输设备，电动轮车载重吨位154吨，大大提高了矿山生产能力。但随着石油等主要原材料价格持续上涨，CPI上涨，矿业成本飙升。随着露天矿开采条件的恶化，矿山运输距离增加，运输效率降低，运输能耗增加，矿区环境恶化等污染问题，制约了我国露天开采技术的发展。因此，有必要从开放采矿技术的来源探索新的采矿技术方法和配套设备，解决高成本、高污染、高能耗的问题。

密集的大型露天矿山连续开采技术变换矿井运输理念，抛弃了传统移动运输的概念，发展的传播类型煤矿物流新理念、露天开采技术的创新理论和实践建立露天采场采矿矿石加载-破碎输送的集中化开采系统。这将是一种新的露天采矿方法，将提高采矿技术水平，实现高效、环保和节能。这是大型露天矿未来发展的趋势。

4 结束语

在在过去的几年中，油页岩的开采技术的发展和逐渐成熟，根据美国、爱沙尼亚、中国、巴西和其他国家油页岩的开采经验，世界油页岩行业克服所面临的技术问题，如能耗、页岩油复苏，油页岩浪费，二氧化碳排放，地下水的保护等，努力提高新技术的可操作性和稳定性，控制开发成本，提高竞争力与常规油气开发。

参考文献：

[1]陈强，郭威，李强.油页岩原位开采井钻井工艺设计与施工[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2017（07）.

[2]魏毅.油页岩勘探开发现状及进展[J].智慧地球，2017（10）.

[3]姜雪.油页岩原位开采对地下水环境的影响研究[D].长春：吉林大学，2014.

[4]陈莉任玉.页岩气开采的环境影响分析[J].环境与可持续发展，2012（03）.