非常規油氣—油頁巖

車長波 朱杰

油頁巖的開發利用可追溯到17世紀。到19世紀時，油頁巖礦石的年開采規模達百萬噸。20世紀70年代，隨著第一次、第二次石油危機的發生，油頁巖開采量急劇增加，1980年達到4540萬噸的歷史高峰。但隨著油價下跌，油頁巖逐漸失去競爭力，開采量一路下滑。自2000年后，油頁巖開采量又逐步增加，目前每年的礦石開采量達到3500萬噸。我國油頁巖資源總量大，可利用的潛力大，若進一步加強開發利用技術攻關，使其生產規模化、清潔化，有望對石油供應形成重要的補充。

油頁巖資源潛力及分布

油頁巖（又稱油母頁巖）是一種高灰分的含可燃有機質的沉積巖，低溫干餾可獲得類似原油的油頁巖油。油頁巖和煤的主要區別是灰分超過40%，與碳質頁巖的主要區別是含油率大于3.5%。油頁巖在隔絕空氣的情況下加熱到450～600℃，以低溫干餾的方式可以制取油頁巖油，類似于天然石油，通過熱加工和氫精制工藝，獲取汽油、煤油、柴油和蠟等產品。油頁巖由于含有機質，也可以作為燃料進行燃燒發電。

全球油頁巖蘊藏資源量巨大，估計有10萬億噸，折算成油頁巖油資源達到6000億噸。油頁巖資源主要分布于美國、中國、巴西、澳大利亞、俄羅斯、約旦等國家。其中美國的油頁巖資源占全球的70%。目前只有美國、愛沙尼亞、約旦、中國等國的部分油頁巖礦床做了詳細勘探和評價工作，其他很多礦床的資源潛力有待進一步探明。

我國油頁巖資源較為豐富，根據國土資源部2011年的評價結果，我國油頁巖資源量約9700億噸，折算成可利用的油頁巖油為165億噸。

就我國的油頁巖礦床類型而言，可分為獨立的油頁巖礦、與煤共伴生的油頁巖礦。其中前者主要分布在東北的松遼盆地、樺甸等盆地，以及西部的鄂爾多斯、準噶爾等盆地，其資源量占95%以上；與煤共伴生的油頁巖資源較少，主要分布在遼寧的撫順、山東的龍口、甘肅的窯街等地區，但由于可以與煤共采，國內目前超過70%的油頁巖均采自此類地區。

油頁巖勘查開采技術

目前，我國的油頁巖勘查通常采用以下步驟：首先采用航磁、地質填圖等方法確定盆地的存在及其規模，編制油頁巖盆地分布圖；其次，采用物探（二維地震）、重力測量確定出盆地輪廓，并根據地震測線概略劃分出盆地內地層結構及構造發育情況，初步確定目標層（油頁巖層）大致特征，如油頁巖層的分布、厚度，編制油頁巖礦層分布圖；最后，有針對性地對目標層實施鉆探驗證，并采集大量的測試樣品，對油頁巖含油率及有機組分等進行測試分析，從而完成該地區油頁巖資源的綜合評價。

迄今為止，全球幾乎所有從油頁巖中提煉出的石油都是先開采出油頁巖，然后在地面設備中加工出石油。近年來，殼牌、埃克森美孚等石油公司在積極嘗試采用地下加熱干餾油頁巖的方式提煉石油。

油頁巖低溫干餾技術是開發較早的一種油頁巖利用方式。一般采用房柱法采煤技術通過露天采礦或地下采礦開采油頁巖，然后把采出的礦石輸送到加工設備（干餾器）中，隔絕空氣條件下將油頁巖加熱到450～600℃，使得油頁巖內的干酪根（不溶于一般有機溶劑的沉積有機質）首先轉變為瀝青，接著轉變為液態的油頁巖油和燃氣，再通過油氣分離裝置獲得石油。

我國的油頁巖生產企業正在積極探索油頁巖綜合利用技術。即：開采出的油頁巖首先煉油、提取燃氣，煉油后的廢料（即油頁巖半焦）作為燃料送入循環流化床內燃燒，生成的頁巖灰渣可用來制磚、生產水泥、微晶玻璃等建筑和化工材料。與傳統的油頁巖低溫干餾煉油技術和燃燒發電技術相比，綜合利用技術具有資源利用率高、產品種類豐富、污染物排放量少、系統銜接緊密、質量損失和能量損失小等眾多優點。

除了地面干餾技術，眾多企業正在積極嘗試在地下直接對油頁巖進行加熱，然后通過常規方法（即井眼）來收集加熱產生的油。油頁巖原位開采技術有數10種，就油頁巖層加熱方式可分為電加熱、流體加熱、輻射加熱三類工藝。

油頁巖開發利用情況

2013年，全球油頁巖開采量總計約3500萬噸，愛沙尼亞與中國各占45%。通過煉制油頁巖得到的油頁巖油產量為150萬噸左右，中國的產量最高，接近90萬噸。2010～2013年世界油價穩定在每桶100美元左右，油頁巖油的生產有較高的利潤。在油頁巖燃燒發電方面，愛沙尼亞的發電容量達2300MW，處于世界領先地位，中國和德國等也有規模較小的油頁巖發電項目。

雖然世界上油頁巖尚未大規模開發利用，但以美國為代表的西方發達國家一直開展持續性的研究。在美國，殼牌、埃克森美孚、道達爾等公司開展了一系列的油頁巖地下開采試驗，還有約二十幾個研究機構和大學在開展油頁巖的基礎和應用研究，涵蓋了資源、地質、干餾、燃燒、環保及水供應等。德國、加拿大、澳大利亞、以色列等發達國家的一些公司，持續從事開發油頁巖干餾新工藝，其中以色列的油頁巖開發企業宣稱已掌握了低成本地下干餾油頁巖的技術，但有待進一步證實。

近年來，我國油頁巖勘查進展迅速，特別是吉林和新疆地區均有重要的勘查發現。截至2012年底，我國油頁巖查明資源儲量1183億噸，折合成可提煉的油頁巖油為13～15億噸。2005～2011年，吉林省在松遼盆地東部隆起區探明4處超大型油頁巖礦床，獲得查明資源儲量1000多億噸，平均含油率5%左右。2012年新疆吉木薩爾地區獲得油頁巖查明資源儲量2.1億噸，可露天開采的資源儲量達1.9億噸，平均含油率7%左右，為中型規模礦床。

我國油頁巖開發歷史悠久，但開發成本和環境污染一直是制約油頁巖工業快速發展的兩大因素。我國對油頁巖的利用主要是通過干餾獲得油頁巖油，還有少量用于燃燒發電。遼寧撫順、山東龍口和甘肅窯街均是在采煤過程中兼采或在煤炭資源逐步枯竭礦山需要轉型時期綜合利用油頁巖，開發利用成本較低。而單純開采油頁巖的北票、樺甸和汪清等地，油頁巖主要分布在地表或200米以淺地區。2000年以來，我國油頁巖油產量進入了快速增長階段，產量由10萬噸增長到2013年的90萬噸，2005年以來產量一直位居世界第一。其中，撫順礦業集團油頁巖油產量占全國的一半左右，年產量超過10萬噸的還有山東能源龍礦集團。按照各企業的設計生產能力，全國油頁巖油產能在2015年有望接近200萬噸。

油頁巖開發利用的環境影響

與煤液化煉油技術相比，油頁巖低溫干餾技工藝簡單、成本低，所得到的頁巖油與天然石油成分相近，通過煉油廠簡單的凈化、加氫處理后即可得到有價值的油產品。但是，采礦作業過程中需要處理大量巖石，無論是露天開采還是井工開采，均會存在開鑿占地與擾動地表及生態環境問題，開采造成植被耕地破壞、景觀污染、水土流失、生態退化等。其次，油頁巖開采處理過程需要用水控制礦塵，冷卻頁巖廢渣，改善油頁巖油的質量，會消耗大量的水資源，每生產出1桶石油需要消耗2～5桶水；同時，干餾過程還會產生含大量污染物的廢水，對區域的水體水質和土壤質量造成影響。此外，油頁巖煉油過程中燃燒會造成粉塵污染、大氣污染、噪音污染等，而且煉油后的廢渣規模大、難處理，例如年產100萬噸油頁巖油的項目達產后，每年將產生2000余萬噸矸石和灰渣，建材生產僅能消耗20%，剩余的大量矸石與灰渣很難有效處理，將對周邊環境造成危害。

因此，應根據國家發展規劃、產業規劃、功能區劃等約束條件，制定與國土、環境、生態以及水資源相匹配的油頁巖開發利用整體規劃，確定優先開發的地區與類型，推進低耗水、零排放、少廢渣的規模化、集約化生產，加強油頁巖資源的綜合利用，做到“吃干榨凈、物盡其用”。

（作者車長波為國土資源部地質勘查司副司長，研究員；朱杰為國土資源部油氣中心副研究員）