一块油页岩躺在地上,插着电极。通电后,它将被击穿,再通过加热,就能提取出页岩油,也就是页岩层系中所含的石油资源。
这是5月末记者在吉林大学的油页岩项目实验基地里看到的。这一幕或许意味着,在寻找替代资源的路上,我们又前进了一小步。
自从1911年丘吉尔下令将英国皇家海军的燃料从煤替换成石油以来,石油,就对构筑世界政治版图起着巨大作用。而随着石油资源的逐步使用,人类对替代资源的研发也一直在进行。
油页岩,蕴藏着干酪根物质,石油和天然气都是由此生成。油页岩未来可作为石油和天然气的替代资源。但目前,人类对油页岩的勘探、开发和利用的能力还有限。
2009年,以吉林大学为主的项目组启动了国家潜在油气资源(油页岩勘探开发利用)产学研用合作创新项目,吉林大学建设工程学院院长孙友宏担任项目执行总负责人。经过近4年钻研,如今,项目取得突破性成果。
5月31日,记者走进了项目实验基地,探寻油页岩背后的那些“石破天惊”的秘密。
储量
我省探明油页岩储量占全国比例超八成
孙友宏介绍,油页岩通过低温干馏可获得页岩油,含油率大于3.5%,属于非常规油气资源。
全球油页岩蕴藏的页岩油资源量大约4110亿吨,相当于目前世界已探明的原油和凝析油剩余可采储量的3倍。“油页岩除了可以提取出页岩油和天然气,还可用于发电和供暖,废渣还可提取化工产品、制备多功能材料和生产建筑材料等。”孙友宏说。
他手中一份新一轮全国油页岩资源评价结果显示:全国预测油页岩资源7256亿吨,页岩油资源476亿吨,相当于传统石油资源量的1.5倍,居世界第4位。我省油页岩探明资源储量844.5亿吨,约占全国探明油页岩资源的81%。“我省巨大的储量,也是项目由吉林大学为主导的原因之一。”孙友宏说,这些资源主要分布在松辽盆地南部,包括扶余、农安、长岭等矿区,以及桦甸盆地、梅河盆地、延吉罗子沟盆地。
开发
必须在缺氧情况下进行超过500℃高温干馏
人类对油页岩的开发利用已有一百多年,但主要以地面干馏技术为主。通过传统露天开采,将油页岩矿石开采到地表后,再经过低温干馏,制取页岩油或燃烧发电。这种技术属于粗放型,每次只能提炼出5% ~7%的页岩油,却产生超过90%的废渣,废气、废水和废渣污染环境。这成了世界性难题要把油页岩变成油,必须要在缺氧的情况下,进行超过500摄氏度的高温干馏。
随着石油资源日渐减少,国际大石油公司开始研发油页岩地下原位转化开采技术,直接给地下的油页岩层加热,使它在地下裂解,生产出页岩油和天然气,最后通过生产井把油气开采出来。
荷兰壳牌集团研发了这种技术,并成功进行了野外示范工程,但没有进行商业化开采。2005年,壳牌公司带着这项技术来到油页岩储量巨大的吉林省开采,但由于我省油页岩埋藏深、层位薄、含油率低,最后无果而终。
突破
快速原地提取石油通过室内试验
吉林大学校内有一栋“油页岩综合楼”,油页岩项目实验基地就在这里。该校的油页岩项目在2009年正式启动,油页岩地下原位开采技术和油页岩综合利用技术是项目重点。“我们开展了三种地下原位开采技术,都顺利通过室内试验。”孙友宏说,项目使页岩油回收率提高12.4%。
在基地副主任郭威的带领下,记者走进实验室。几块油页岩躺在地上,其中一块插着两个“针头”,“这是一个电极,我们假设这是油页岩地层,在上面钻两个孔,分别下入电极的正极和负极,通过地下高压电,把岩层击穿,产生石墨化裂隙,然后再通过工频电对它进行加热,这样就能提取页岩油。”这个过程,是通过实验室内的高压-工频油页岩地下裂解试验装置进行的。“我们研制的这个设备,可以快速开采出石油。”郭威说,他们已经通过室内试验总结出了工艺和方法,“今年要带着这几项技术到农安、松原等地,开展先导性试验。”
未来
我省计划2020年实现页岩油年产千万吨
郭威的笔记本里记载着多次试验结果数据,通常,一吨吉林省的油页岩,可提取出50~80kg页岩油、1500~2000立方米的天然气。“不仅如此,油页岩经干馏提取后的废渣,还可制备满足4~5吨水泥的熟料填料、200~300块建筑空心砖。”郭威介绍,这些废渣还可制备高附加值的化工材料,比如 100~200kg的三氧化二铝、300~400kg的白炭黑、100kg左右的发光粉材料。
孙友宏说,实现油页岩地下原位开采技术,不仅能缓解我国油气资源紧缺的局面,更能实现生态环保,形成技术链、产业链、学术体系链,以及专门的新兴学科领域,“我省的油页岩地下原位开采技术如果实现了,世界其他地区的油页岩地下原地开采问题也会迎刃而解。”
孙友宏透露,我省计划在2020年实现年产千万吨页岩油。初步预测,地面干馏提取的页岩油约50美元一桶,地下原位开采出来的页岩油40美元一桶。