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1.油气勘探开发成效显著
2.国内油页岩研究历史与现状
3.油页岩开发利用约束因素分析
油气勘探开发成效显著
我国在世界103个产油国中,属于油气资源“比较丰富”的国家,油气资源总的特点是总量丰富,品质一般,分布不均,油气比相近,石油总量略高于天然气。
2.1.1 勘探投入增长,成果显著
2007年全国石油天然气勘查投资大幅度增长,达541.89亿元,较2006年的447.02亿元增加了94.87亿元,增幅达到21.2%,约为“十五”年均勘查投资的2倍。从各石油公司勘查投入的比例看,中国石油天然气集团公司占57.9%,中国石油化工股份有限公司占27.9%,中国海洋石油占10.8%,陕西延长石油(集团)有限责任公司占2.2%,中联煤层气有限责任公司占1.2%。
2007年各石油公司遵循油气并举的勘探思路,加强岩性地层、前陆盆地、海相碳酸盐岩等复杂油气藏勘探,取得重大成果,松辽、渤海湾、鄂尔多斯、四川、塔里木和准噶尔等盆地获得重要发现,落实了一批油气储量,实现了油气储量的高位增长。
冀东南堡油田是2007年油气勘探的最大亮点,提交探明石油地质储量4.45亿吨,三级油气地质储量油当量油达到11.80亿吨。长庆苏里格气田新增基本探明天然气地质储量5652.00亿立方米(此前已提交探明储量5336.52亿立方米),初步形成了我国第一个三级储量超过万亿立方米的巨型气田。
2.1.2 油气储量稳定增长
2.1.2.1 石油
2007年全国新增探明石油地质储量12.31亿吨,较2006年增加了2.82亿吨,增幅29.8%,比“十五”年均增长25.1%,是继1961年(20.60亿吨)、2004年(12.65亿吨)之后的第3个高峰年。全国新增探明技术可采储量2.47亿吨,较2006年增加了0.74亿吨,增幅42.8%。
至2007年年底,全国石油累计探明地质储量277.40亿吨,同比增长4.6%,石油资源探明程度达35.0%;累计探明技术可采储量76.72亿吨,同比增长3.4%;剩余技术可采储量28.33亿吨,同比增长2.7%,储采比15.2。
2007年全国石油新增探明地质储量大于5000万吨的盆地有渤海湾、松辽、鄂尔多斯和塔里木,合计新增探明地质储量11.38亿吨,占全国总量的92.7%,同比增长58.2%;新增探明技术可采储量2.29亿吨,占全国总量的92.1%,同比增长59.4%。其中,渤海湾盆地陆上由于冀东南堡油田的重大突破,新增探明地质储量同比增长了151.0%,新增探明技术可采储量同比增长了141.1%;渤海海域也有大幅增长,新增探明地质储量同比增长了88.0%,新增探明技术可采储量同比增长了82.9%;鄂尔多斯和塔里木盆地的新增储量保持了持续增长的势头。
2.1.2.2 天然气
2007年全年新增探明天然气地质储量6119.03亿立方米,为历史上第2个高峰年,较2006年增加了487.48亿立方米,增幅8.7%,比“十五”年均增长14.1%。新增探明技术可采储量2926.65亿立方米,较2006年下降了262.60亿立方米,降幅8.2%,主要原因是探明的储量中溶解气比例大。
至2007年年底,全国天然气累计探明地质储量7.39万亿立方米,同比增长9.7%;累计探明技术可采储量4.13万亿立方米,同比增长8.4%;剩余技术可采储量3.27万亿立方米,同比增长7.8%。
2007年全国天然气新增探明地质储量大于500.00亿立方米的盆地有松辽、四川、鄂尔多斯、塔里木和渤海湾,合计新增探明地质储量5902.47亿立方米,占全国总量的96.5%,同比增长15.1%;新增探明技术可采储量2831.07亿立方米,占全国总量的96.7%,同比下降7.0%。其中,松辽盆地增长最多,2007年新增探明地质储量2012.03亿立方米,新增探明技术可采储量989.36亿立方米;由于冀东南堡溶解气储量增加了536.08亿立方米,从而使渤海湾陆上新增天然气探明地质储量649.89亿立方米,新增探明技术可采储量149.52亿立方米;而四川、鄂尔多斯和塔里木盆地的新增储量较2006年有明显下降。
2.1.3 石油产量持续稳定增长
2007年,全国石油产量稳定增长,全年累计生产石油1.86亿吨,比“十五”年均产量增长8.0%。其中,中国石油天然气集团公司生产原油1.08亿吨,占全国的57.9%;中国石油化工股份有限公司生产原油0.41亿吨,占22.1%;中国海洋石油总公司生产原油0.27亿吨,占14.4%;延长石油(集团)有限责任公司生产原油0.10亿吨,占5.5%,其他企业23.6万吨,占0.1%。
2007年全国石油产量大于1000万吨的盆地有渤海湾、松辽、鄂尔多斯、塔里木、珠江口和准噶尔盆地,合计产量1.76亿吨,占全国总量的94.5%,同比增长1.47%。除松辽、珠江口盆地石油产量较上年减少外,其余均稳定增长。其中,渤海湾陆上2007年产量5315.41万吨,同比增长0.41%;渤海湾海域1417.22万吨,同比增长0.66%;鄂尔多斯盆地2505.02万吨,同比增长11.60%;塔里木盆地1179.26万吨,同比增长9.46%;准噶尔盆地1251.93万吨,同比增长3.66%。
全国石油产量由2001年的1.59亿吨增加到2007年的1.86亿吨,年均增加450万吨;其中2007年较2006年净增200万吨,同比增长1.1%,2006年较2005年净增300万吨,同比增长1.7%,可见石油产量增长速度变慢。
截至2007年年底,石油累计采出量48.20亿吨,2007年石油产量列世界第5位。
2.1.4 天然气产量快速增加
2007年全国天然气产量大于30.00亿立方米的盆地有松辽、渤海湾、四川、鄂尔多斯、塔里木和柴达木盆地,合计产量593.13亿立方米,占全国总量的85.58%,同比增长21.46%。天然气增幅较大的盆地有塔里木、四川、鄂尔多斯、柴达木和松辽盆地。其中,松辽盆地2007年产量30.49亿立方米,同比增长10.99%;四川盆地产量172.32亿立方米,同比增长10.77%;鄂尔多斯盆地124.63亿立方米,同比增长39.75%;塔里木盆地163.65亿立方米,同比增长37.69%;柴达木盆地34.02亿立方米,同比增长38.86%。
2.1.5 煤层气勘探开发刚刚起步
1996年以来,煤层气勘探开发工作起步,10多年来先后在30多个地区进行了钻井评价,在沁水、鄂尔多斯、阜新、准噶尔等10个盆地和地区取得勘探进展;国家级沁南潘庄煤层气开发示范项目、晋城寺河煤层气开发项目、沁南枣园煤层气开发试验项目和阜新煤层气开发试验项目等4个项目先后进入煤层气商业化开发示范阶段;同时,煤矿区煤层气开发利用也取得进展。
截至2007年年底,探明地质储量1130.30亿立方米。通过钻探和试采评价,目前已确定沁水盆地和鄂尔多斯盆地为2个重点勘探盆地。沁水盆地晋城潘庄煤层气先导试验项目6口多分支水平井的排采,达到了国内日产煤层气的最高水平,其中单井最高日产量达到9万立方米,总日产气量达30万立方米。2007年,煤层气累计产量约2.93亿立方米。
2.1.6 油砂勘探开发还没有真正起步
我国油砂尚处于普查与初步研究阶段。近几年,随着油价的不断升高,石油公司、科研院所、民企等许多机构也开始了油砂的调查、勘探和开采。
中国石油天然气集团公司从2003年开始投入大量的人力、物力进行大量的科学研究,于2006年开展了准噶尔盆地红山嘴红砂6井区油砂水洗工艺小试,完成了红山嘴红砂6井区1万吨产能油砂中试厂可行性论证。2007年,中国石油天然气集团公司在油砂水洗工艺上取得了重大进展。提出了油砂水洗分离4大机理,为新一代高效、低成本水洗配方的优选缩短了研发周期。研制了日处理能力10吨的油砂水洗分离装置,对西北缘油砂进行为期3个月的分离实验,水洗效率85.0%以上,实现18.5吨油砂可分离出1吨油砂油良好效果。进行了日处理200吨油砂的水洗分离放大工艺方案设计,初步确定采用2条生产线,单条生产线日处理200吨油砂,按照18.5吨产1吨油的效果,2008年2条生产线可以实现5000吨油产量。
此外,内蒙古图牧吉地区可供开采的含油10.0%以上的油砂储量为1.04亿吨,可供开采的油砂量为1350万立方米(含油量357.5万吨),该区油砂资源储量大、品质高、赋存浅、油砂层厚,宜于露天开采。恒源矿业公司已在图牧吉建成了油砂分离的生产线,并进行了试生产。
2.1.7 油页岩勘查开发再度升温
我国油页岩勘查程度较低,只有近39.0%的油页岩含矿区勘查程度达到勘探和详查程度,大部分处于普查和预查阶段。油页岩查明资源主要分布在吉林省农安、登娄库、长岭,辽宁省抚顺、朝阳,广东省茂名、高州、电白,海南省儋州等地。
地质、煤炭、石油、冶金、化工、建材等部门都进行过油页岩勘查工作,工作水平基本停留在20世纪50~60年代,由于大庆油田的发现,致使油页岩提炼成本相对较高,勘查工作基本停滞。2005年以来,随着全国油页岩资源评价项目的开展,吉林省地质调查院和中国石油天然气集团公司在吉林省和内蒙古区的3个矿点开展了初步勘查工作。
我国开发利用油页岩已有70多年的历史,20世纪50年代为我国油页岩开发利用的繁盛时期,页岩油产量曾占我国整个石油产量的一半。抚顺页岩油的产量从1952年的年生产页岩油22.61万吨,到1959年年生产页岩油达到72.00万吨,成为我国第1个人造石油生产基地,也是当时世界上最大的页岩油生产基地;20世纪60~90年代为我国油页岩发展的停滞时期;2004年以来,油页岩开发利用再度升温,吉林桦甸、辽宁抚顺、广东茂名、吉林罗子沟、山东黄县等油页岩相继投入开发。
2007年全国共生产页岩油35.00万吨,产自辽宁省和吉林省。其中,辽宁抚顺2007年页岩油产量30.00万吨,吉林桦甸2.00万吨,吉林汪清3.00万吨;大庆油田在柳树河盆地完成了3.00万吨页岩油的中试。山东龙口也准备引进日本的炼油设备,开展油页岩的炼制。广东茂名开采的油页岩主要用于发电,目前电厂正在建设当中。
2.1.8 天然气利用不平衡
2007年,我国一次能源消费结构中,天然气只占有3.3%,而全球天然气在一次能源中的比重达到近1/4。随着我国天然气探明储量及产量的稳步增长,天然气在我国一次能源中的比重将稳步提升。国际原子能机构在一份关于21世纪能源的研究报告认为,约在2040年,世界天然气供应将超过石油和煤炭,在一次能源消费中的比重将达到51.0%,成为名副其实的“第一能源”。但是,天然气的广泛利用,必须有相应的政策出台,以鼓励甚至强制天然气的利用。
我国“十一五”期间的能源发展目标是:2010年,我国一次能源消费总量控制目标为27.00亿吨标准煤左右,年均增长4.0%。煤炭、石油、天然气、核电、水电、其他可再生能源分别占一次能源消费总量的66.1%、20.5%、5.3%、0.9%、6.8%和0.4%。
煤炭、石油在我国一次能源消费结构中的比重将下降,天然气在我国一次能源中的比重将稳步提升。在我国原油进口依存度不断提高的情况下,油价高涨使我国石化企业承受着较大的成本压力。在预计未来几年油价继续高涨的情况下,降低石油在一次能源中消费比重,有助于缓解我国进口原油的压力。天然气与煤炭、石油相比,具有清洁、无污染的优点,在油价持续高涨的情况下,天然气的优势得以显现。
2.1.9 天然气水合物调查研究取得初步进展
2001年,中国地质调查局在财政部的支持下,广州海洋地质调查局继续在南海北部海域进行天然气水合物资源的调查与研究,计划在东沙群岛附近海域开展高分辨率多道地震调查3500千米,在西沙海槽区进行沉积物取样及配套的地球化学异常探测35个站位及其他多波束海底地形探测、海底电视摄像与浅层剖面测量等。
2002年1月18日,批准设立了“我国海域天然气水合物资源调查与评价”专项(简称“118”专项),执行时间为2002~2010年,承担单位是国土资源部中国地质调查局。
“118”专项自启动以来,先后组织调查船6艘共20个航次,重点在南海北部陆坡西沙、神狐、东沙及琼东南等4个海域,有重点分层次地开展了天然气水合物资源调查与评价,并在神狐海域实施了钻探工程,获取了天然气水合物实物样品。
2007年,主要在南海北部琼东南海域重点目标区、南海西部陆坡区,开展了海域天然气水合物资源调查,完成多道地震、水深测量各5015千米,地质取样202个站次;在综合分析地震、地质和地球化学等资料信息基础上,优选东沙海域天然气水合物钻探目标区3个,神狐海域天然气水合物钻探目标区2个;提出了东沙海域天然气水合物钻探井位6个,神狐海域钻探井位8个。
2007年5月1日,在南海北部陆坡首钻获取了天然气水合物实物样品,实现了我国海域天然气水合物调查的战略突破,为南海北部陆坡天然气水合物资源远景评价及成藏机理和分布规律研究提供了第一手资料和基础。据现场资料显示,钻井岩心中多个层段含水合物,含水合物的沉积层厚度达40多米,通过对钻探取样、测井和地震资料的综合分析,初步预测该区天然水合物总资源量大于100亿吨油当量。
国内油页岩研究历史与现状
一、国内油页岩勘查
(一)油页岩资料成果陈旧
我国油页岩的勘探研究工作在 20 世纪五六十年代为一高潮期,取得一些基础资料和成果。由于之后我国油气田的大量发现,油页岩中提炼油气成本相对高,勘探研究进入低谷,因此,目前资料和数据陈旧,基本来自 20 世纪五六十年代的成果。
(二)勘查规范和资源储量体系不同
以前,我国油页岩资源评价结果的提交部门很多,有地质、煤炭、石油、冶金、化工、建材等部门。每个部门采用的勘查规范和资源储量体系不同,共计勘查规范有 7种,资源储量体系 4 种,这在资料使用上造成困难。
(三)评价边界指标不一
不同时期、不同部门对油页岩资源评价采用的边界指标不一,仅含油率边界指标就有 3. 0%、3. 5%、4. 0%和 5. 0%等。其他指标如油页岩的有效厚度、面积等参数也存在很大的差别。因此,国家现掌握的资源储量数据存在一定的不可对比性。
(四)资源预测部门多,结果相差悬殊
我国分别在 20 世纪 50 年代末期和 60 年代初期、90 年代进行过油页岩预测工作,且大部分预测工作未做实际工作: 原煤炭工业部在 1959 年 (中国分省煤田预测图)预测油页岩资源量为 20 485 亿 t; 抚顺石油研究所在 1962 年 (中国油页岩资源调查报告)估算远景储量大于 4 000 亿 t; 据王慎余等 1990 年 (矿产资源战略分析—单矿种分析系列课题成果)预测油页岩资源量 13 698 亿 t。通过统计对比,几次的数据差别很大。
(五)勘探程度低,主要处于详查和普查阶段
我国油页岩勘探程度较低,大部分矿区都没有达到勘探阶段。油页岩查明资源储量主要分布在吉林省农安、吉林省登娄库、吉林岭、辽宁省抚顺、广东省高州、海南省儋州、广东省电白、广东省茂名、辽宁省朝阳等含矿区。
二、国内油页岩开发利用现状
(一)20 世纪 50 年代繁盛时期
中国开发利用油页岩已有 70 多年的历史,20 世纪 50 年代,我国对油页岩资源投入了较多的普查、勘探力量,在历史中对我国油气资源发挥了重要的作用,曾占我国整个石油产量的一半。抚顺油页岩矿曾经为当时世界上最大的页岩油生产基地之一。
辽宁省抚顺油页岩矿是目前国内最大的油页岩生产基地,于 1928 年开始兴建页岩制油厂 (现抚顺石油一厂),年生产页岩油 7. 5 万 t。1941 年开始建设东制油厂 (今抚顺石油二厂),1948 年抚顺解放后,以油母页岩为原料的石油工厂陆续恢复生产。到1952 年,石油一厂年生产页岩油 22. 61 万 t。1955 年石油二厂年产量达到 17. 1 万 t。到1959 年,抚顺石油一、二厂年产页岩油达到 72 万 t,成为我国第一个人造石油生产基地,也是世界上最大的页岩油工业基地之一。
吉林省桦甸油页岩矿开始于日伪时期,曾有日本人多次到桦甸调查油页岩矿藏情况,做过少量地质工作。解放后开始小土炉子炼油。产量以 “担”计。新中国成立后属省工业厅管辖,建有 6m 高内外并热式干馏炉。后由石油工业部东北石油管理局接管,改名为东北石油九厂。进行扩建,建 10m 高内外并热式干馏炉,于 1953 年投产,年产页岩油 5 万 t。为进一步对石油九厂进行改扩建,根据资源情况计划年产页岩油 20万 t,并加工为成品油,供应吉林省的需要。为此,国家建设委员会为此成立了桦甸工业区建设总甲方,正在开始建设之际,发现了大庆油田,为集中力量加快大庆油田的开发,桦甸暂缓建设。50 年代后期地方用自己的力量开拓了北台子矿区及油页岩干馏厂,并开展建设水泥厂等综合利用工作,后来因亏损停产。
吉林省罗子沟油页岩开发利用始于 1958 年,在国家支持下,由延边州石油公司筹建了汪清县罗子沟炼油厂,总投资约 300 万元,生产页岩油 40t,由于当时设备落后及其他原因,于 1960 年停产。
广东茂名油页岩开发历史也很悠久,新中国成立之前,当地群众已挖掘浅部页岩供家庭生活用燃料,新中国成立后,政府组织了多个勘探队伍,展开了大规模勘探工作,很快就提交了金塘区和羊角区的地质精查报告及低山区尚村层油页岩和茂名油页岩精查报告,并经国家储量委员会批准,中央决定在茂名修建大型页岩油厂,并被列入苏联援建的 156 个重点工程之一。当时设计一号矿年产油页岩 2 400 万 t,生产页岩油 100 万 t,二期开发低山矿区,年产油页岩 1 700 万 t,生产页岩油 70 万 t。金塘矿于1958 年 7 月开工建设,1962 年 1 月投产,至 1992 年 “暂时停产”,前后 30 年,共开采油页岩 1. 6 亿 t,生产页岩油300 万 t,同时生产铵水55 万 t,褐煤14 万 t,油页岩最大年产量为 600 余万 t,为社会作出了贡献。
(二)20 世纪 60 年代至 90 年代停滞时期
进入 20 世纪 60 年代,随着我国大庆油田的发现和开发,油页岩的作用开始下降,油页岩工业逐渐萎缩,投入的勘探力量逐步减少,目前探明的储量已不能满足油页岩工业的需要,勘探工作基本处于停滞状态。
从20世纪60年代起,大庆油田的发现,原油生产快速发展,页岩油的产量明显降低。抚顺石油工业逐步从生产页岩油转向加工大庆天然原油。1957年开工,1960年投产以开采油母页岩为主的东露天矿于1965年停产。抚顺油页岩发育的层位位于煤层之上,因此开采煤必须先开采油页岩。先开采出来的油页岩必须进行处理,堆积在地面将会对周围环境及地下水产生污染。因此,60年代后,油页岩工业一直没有停止,原因是国家给予扶持政策,每年亏损的处理加工油页岩。
其他如桦甸、罗子沟、茂名等油页岩矿或停产或时断时续的进行油页岩开发,但主要转向以油页岩综合开发利用为主。
(二)20世纪90年代后复苏至快速发展时期
随着全球对能源的不断需求,石油资源的不断减少,油价飞涨,这给油页岩工业的发展迎来了新的春天。目前,全国各地都竞相开展油页岩工业。并且,油页岩开发利用的途径也多种多样。不仅作为液体能源,而且在化工、建材、农业、环保方面也具有巨大的潜力。
20世纪五六十年代发展起来的老油页岩矿,如抚顺、茂名、桦甸等油页岩矿区,又重新迸发出新的活力。
2004年,抚顺油页岩矿在西露天矿坑南新建一座坑口页岩炼油厂。目前,抚顺矿区现有六部120台抚顺式干馏炉,在建一部20台干馏炉将于今年下半年投产,年处理油母页岩700万t,页岩油产量达到21万t。目前,该矿以大力发展油母页岩综合利用产业,发展循环经济,提高页岩油生产技术水平为未来发展战略的核心内容之一,规划扩大现有页岩炼油的生产规模,引进目前世界上最先进的干馏工艺,即加拿大ATP小颗粒炼油技术,采用德国克虏伯公司制造的炼油设备,规划建设7部ATP干馏装置,一期工程建设一部,年产页岩油10万t,二期再建四部,ATP生产能力达到50万t,页岩油产量达到71万t,预计在2014年完成。在此之后规划对现有炼油厂进行技术改造,再建二部ATP干馏装置。
2005年11月23日,广东粤电油页岩矿电联营有限责任公司在茂名宣告成立,标志着广东省油页岩资源开发综合利用史上一个里程碑的诞生。该公司采取矿电联营方式,统一投资、统一建设、统一经营的燃油页岩发电厂,电厂规划容量120万千瓦。电厂首一期总投资约37亿元(人民币),建设2台20万千瓦燃油页岩循环流化床机组,同步在金塘露天矿配套建设年产600万t油页岩矿区。
吉林省是我国油页岩资源最丰富的省份,油页岩的发展引起了国内外的注意。最初,吉林省政府和国家计划投资27亿元进行桦甸油页岩的综合开发利用,预计最高年处理油页岩1400万t。后来于2005年,中国电力投资集团与吉林省政府签署了吉林桦甸油页岩综合开发项目合作框架协议。同时,国外的壳牌公司也看准机会,积极投资吉林省油页岩的开发。2004年12月8日,中国总理、荷兰首相鲍肯内德出席了在荷兰海牙议会大厦举行的壳牌勘探有限公司与吉林省地质矿产勘查开发局签署一份合作框架协议书的签字仪式。2005年1月,荷兰壳牌公司与吉林省签署了油页岩合作开发协议,拟采用地下裂解技术通过打井和注入添加剂直接采油。2006年5月16日,吉林壳牌油页岩开发有限公司第一口井在农安县柴岗镇开钻(据《地质勘查导报》,2006年5月18日刊),吉林省其他地区也不同程度的掀起油页岩开发热潮。先后有辽宁省葫芦岛龙腾公司、桦甸热电厂、吉林桦甸北台子油页岩开发有限公司等投资开发油页岩资源。
辽宁省葫芦岛龙腾公司投资8亿元人民币,在罗子沟建设油页岩综合开发利用工程。该工程分三期建设:一期工程投资3亿元人民币,2004年11月形成年产100万t矿石和5万t页岩油的生产规模,年可实现产值1亿元、利税1500万元;二期工程投资4亿元人民币,2004年年底开工,2006年6月投产,形成年产300万t矿石、20万t页岩油的生产规模,并建成一所5000kW·h余热发电厂,年产值可达4亿元、利税1.5亿元;三期工程投资1亿元人民币,2007年年底前完成油页岩综合开发利用研究所、水泥厂、砖厂、稀贵金属提炼厂等工程,届时可形成年采矿300万t、产页岩油20万t、稀贵金属5000kg的生产规模,实现产值4.5亿元、利税1.5亿元,并可拉动相关产业实现年产值5000万元,间接税金近1000万元。桦甸热电厂也在积极招商引资,筹划项目总经费达42169万美元的工程。工程预计建设年产250万t油页岩的矿区,利用采出的油页岩建设年产20万t原油的炼油厂,利用炼油残渣建设10万kW的半焦发电厂,利用电厂半焦灰渣建设砌块、水泥、陶粒等建材产品项目。2003年6月5日,吉林桦甸北台子油页岩开发有限公司成立,成为吉林省油页岩综合开发项目的示范平台,是桦甸市重点招商引资项目,该项目总投资7100万元,年产油页岩21万t,页岩油5万t,税后利润可达1000万元以上。
此外,在其他地区,一些新兴的油页岩工业也像雨后春笋般的发展起来。山东省、黑龙江省等地都竞相发展油页岩工业。
2006年,山东胜龙矿集团计划投资的20亿元左右的“油页岩综合利用项目”年内将开工建设,预计2007年底建成投产。“油页岩综合利用项目”早在2003年就被正式纳入国家重点技术改造“三高一优”项目,建油母页岩炼油厂,引进国外先进的技术和设备,年处理能力150万t,提炼原油18万t;建一座40万kW配套发电厂,粉煤灰做建筑材料或塌陷地回填。根据目前的情况分析,预测炼油年销售收入3.24亿元,利润5911万元;年发电量22亿kW·h,销售收入7.04亿元,利润20560万元。
2002年3月,黑龙江省哈尔滨燃气化工总公司煤矿伴生废弃物综合利用项目由哈尔滨市发展计划委员会以哈计能源2002131号文件批准立项,本项目拟采用爱沙尼亚技术工艺,加工处理依兰煤矿的煤炭伴生物油页岩。爱沙尼亚维鲁化工集团现年处理矸石140万t的工业化装置正在运行,油品总产量22.5万t。共有49套矸石干馏装置,单台装置最大处理能力已达1000t/d。本项目投产后,年处理57万t油页岩,年产各类油品4.4万t。
油页岩开发利用约束因素分析
油页岩开发利用约束条件主要有资源、经济、技术、环保和政策等。
(一)油页岩开发利用资源约束
资源约束包括储量基础、资源禀赋、地质条件、地理环境等各方面。
1.探明储量不足
有开采价值的油页岩探明储量是页岩油产业发展的基础。从全国宏观角度来看,我国油页岩开发利用最主要的约束因素是有一定品位(如含油率≥5%)的油页岩的储量不足问题。截至2008年底,全国评价的油页岩地质资源量高达7391×108t,然而探明的油页岩储量只有85×108t,其中含油率大于5%的剩余可回收页岩油储量只有2.78×108t,只有石油剩余探明经济可采储量的13%,如按生产周期计算至多只能形成800×104t/a的产能。这表明我国油页岩资源丰富,但勘查程度低,能开发利用的储量不足。
当前已知的较大规模的探明储量有辽宁抚顺油页岩矿、广东茂名油页岩矿和海南儋州油页岩矿,油页岩探明储量分别有二三十亿吨,合计占全国油页岩探明储量的89%,而且可露天开采。抚顺、茂名油页岩矿含油率约6%~7%,其中含油率≥5%的油页岩占到90%以上;儋州油页岩矿含油率约5%,其中含油率≥5%的油页岩占到73%。抚顺矿务局每年开采抚顺西露天矿油页岩数百万吨,数年后将转为东露天矿油页岩。抚顺、茂名页岩油生产有很好的经济和社会效益,有扩大生产的良好发展前景。
我国还有十余处探明的值得开发的油页岩矿,例如吉林省桦甸、汪清罗子沟、山东黄县(龙口)有小型页岩油厂已投入生产,利用抚顺炉干馏炼油;还有甘肃窑街也有公司正建气燃式干馏炼油方炉,大庆油田在柳树河盆地正建颗粒页岩干馏炼油装置,龙江哈尔滨煤化工公司在达连河正建油页岩流化干馏炼油装置,年产页岩油仅数万吨。这些油页岩矿由于探明储量不大,不可能有很大的发展。
2.资源禀赋较差
经验表明,在我国当前经济技术条件下,就页岩炼油而言,露天开采的油页岩矿要求含油率≥5%,地下开采的油页岩要求含油率≥8%。只有这样,页岩炼油才是经济的。德国页岩发电厂用的油页岩含油率在4%~4.5%,据此推测我国含油率3.5%~5%的油页岩资源可考虑用于页岩燃烧发电。发电用油页岩还要考虑其发热值的大小。
统计表明,我国油页岩资源禀赋较差。全国油页岩资源平均含油率只有6.59%,比国外大部分国家的油页岩平均含油率8%~13%要低许多;全国含油率≥5%的油页岩资源只占54%。在全国81个油页岩含矿区中,平均含油率≥5%的油页岩含矿区只占75%,平均含油率≥8%的油页岩含矿区只占17%。有36%的含矿区其油页岩含油率≥5%的资源不足70%,其中又有25%的含矿区其油页岩含油率≥5%的资源不足50%。
我国资源量排在前十位的油页岩含矿区依次有吉林松南、陕西铜川—子长、黑龙江松北、西藏伦坡拉盆地和比洛错、新疆博格达山北麓、青海鱼卡、河南吴城、广东茂名盆地和内蒙古巴格毛德,油页岩地质资源量之和占到全国的93.6%。但是,油页岩资源量占到全国64.7%的松南、铜川—子长、松北、巴格毛德等4个含矿区的油页岩平均含油率<5%,而含油率≥5%的资源也不足35%。平均含油率较高的矿区有伦坡拉盆地(11.28%)、博格达山北麓(10.02%)、鱼卡(9.72%)和比洛错(9.18%),其次为吴城(6.22%)和茂名盆地6.01%等。
我国查明资源储量规模最大的油页岩含矿区是在吉林松南(原农安、松南、登娄库、长岭等几个含矿区),查明资源储量高达766×108t。但据所掌握的有限分析资料,松南含矿区油页岩虽然埋深浅,但矿层薄,且平均含油率只有4.8%,含油率≥5%的油页岩资源仅占34%左右。松南含矿区的油页岩资源至今未能开发利用。
因此,对我国来说,油页岩资源禀赋(或资源品位,主要是指含油率和发热值)是十分重要的不利因素。品位过低,就失去开发利用价值。
只有品位高的油页岩资源,才有开发利用价值。例如,已探明的吉林桦甸和山东黄县(龙口)油页岩含油率高达10%以上,尽管埋藏深,需地下开采,开采成本较高,但由于品位好,仍有开采价值,已经有企业着手开发。但探明储量不大,仅数亿吨。
3.地质条件不理想
对油页岩开发利用有影响作用的地质条件主要有油页岩矿层厚度、埋深、资源丰度、地质复杂程度。
矿层少、厚度大的油页岩有利于开采。我国大中型油页岩矿具有层数多、矿层薄等特点。油页岩矿层数多于5层的含矿区占25%,多于2层的含矿区占60%。河南吴城油页岩矿层数达到32层。开发条件较好的抚顺油页岩矿有2层,茂名油页岩矿有2层,桦甸油页岩矿有13层,罗子沟油页岩矿有27层。我国油页岩矿矿层累计厚度最薄只有0.72m,最厚达到160m(新疆博格达山北麓);厚度大于10m的含矿区占55%,厚度大于20m的含矿区只占31%。我国资源量排在前十位的油页岩含矿区,除新疆博格达山北麓油页岩矿较厚外,其他9个含矿区油页岩矿层厚度基本在10~35m范围内,一般在15~25m范围内。
埋藏浅的油页岩矿有利于开采。对地面干馏而言,油页岩开采深度一般要求小于500m。其中,埋深小于100m的油页岩矿适合于露采,埋深在100~500m的油页岩矿适合于井工开采。我国埋深在500m以浅的油页岩资源占65%,埋深在500~1000m的油页岩资源占到35%。适合于露采开采的油页岩矿主要有广东茂名、电白和高州,辽宁抚顺和凌源,海南儋州,吉林罗子沟,黑龙江阿荣旗和林口,内蒙古的巴格毛德、敖汉旗和奈曼旗,陕西的铜川和彬县,新疆的博格达山北麓、妖魔山、芦草沟和水磨沟,西藏伦坡拉盆地和比洛错等20余个含矿区。
资源丰度较高的油页岩矿有利于集中开发利用。由于我国油页岩矿厚度普遍较薄,含油率普遍不高,导致我国油页岩资源丰度总体较低。资源丰度≥6000×104t/km2的含矿区主要有辽宁抚顺、海南儋州、新疆准噶尔盆地的博格达山北麓和妖魔山、吉林罗子沟、内蒙古奈曼旗等含矿区;资源丰度处于(6000~2000)×104t/km2的含矿区主要有广东茂名、电白和高州,吉林桦甸,甘肃窑街和炭山岭,陕西铜川,山东昌乐五图,河北丰宁四岔口和大阁等含矿区。
地质复杂程度简单的油页岩矿有利于开采。我国油页岩矿地质复杂程度中等—简单。对油页岩矿地质复杂程度的认识,取决于地质勘查工作程度。
4.地理环境多样
一般来说,平原、丘陵、黄土塬环境的油页岩矿交通便利、人口密集、市场条件好,有利于开发利用;高原、山地、戈壁、沙漠环境的油页岩矿交通不便、人口稀少、市场条件差,不利于开发利用。
我国油页岩矿分布的地理环境复杂多样(图5-1)。在全国油页岩资源分布中,平原环境占44.0%,丘陵环境占7.5%,黄土塬环境占21.2%,高原环境占16.4%、山地环境占7.9%、戈壁环境占3.0%。平原、丘陵、黄土塬环境的油页岩资源占到72.7%,总体来说有利于我国油页岩资源的勘探开发。但是,在我国油页岩资源量排名前十位的含矿区中,有一半矿区分布在高原、山地、戈壁环境,如西藏伦坡拉盆地和比洛错处在高原环境,新疆博格达山北麓处于山地环境,青海鱼卡和内蒙古巴格毛德处于戈壁环境,这些地区的油页岩资源不利于开发利用。
图5-1 全国油页岩资源在不同地理环境中的分布
(二)油页岩开发利用经济约束
原油价格对油页岩的开发利用起到决定性的制约作用。如果国际原油油价太低,页岩油生产成本无法与原油竞争,则油页岩炼油产业就无法生存。例如,20世纪90年代初国际原油价格下降到10美元/桶左右,有近30a生产历史的茂名页岩炼油厂因严重亏损不得不在1992年停产。
当前国际上一般认为当原油价格高于40~50美元/桶时,油页岩炼油就可以盈利(Dammer,2007)。美国能源部于2007年9月公布的美国发展非常规能源规划的研究报告认为,在美国,当油价达到35美元/桶时,地下干馏生产页岩油已经有利;当油价达到54美元/桶时,地上干馏生产页岩油成为有利。
最近几年国际原油价格高涨,至2008年7月高达147美元/桶(张抗,2009),促进了世界和我国的页岩油产业的发展;之后,油价跌至2008年12月34美元/桶,但至2009年6月以来又有所回升,至80美元/桶左右波动。
近年我国主要有辽宁抚顺、吉林桦甸和罗子沟三处生产页岩油。抚顺用的油页岩是煤炭副产品,采矿成本不计于页岩油成本中,每吨生产成本约1000元人民币(折合21美元/桶)左右;桦甸油页岩矿采取井工开采,页岩油每吨生产成本不到2500元人民币(折合52.5美元/桶);罗子沟油页岩矿采取露天开采,页岩油每吨生产成本约1800元人民币(折合38美元/桶)。2007年我国页岩油的平均价格在3000元人民币/t(折合63美元/桶),2008年则达到5000元人民币/t(折合105美元/桶),2009年10月以来页岩油售价约4500元人民币/t(折合95美元/桶)。这表明当前情况下我国页岩油生产是有利的。
但是,在金融危机的冲击下,2008年年底左右国际原油价格下降到40美元/桶以下,国内页岩油价格“跳水”,降到2000元人民币/t(折合42美元/桶),不少企业利润下滑,甚至亏损,而且页岩油销路不畅。有的企业刚建成投产页岩炼油装置,产品无销路,陷入了进退两难的尴尬局面。吉林几家民营页岩炼油厂由于页岩油库存爆满,不得不暂时停产或半停产。抚顺页岩炼油厂有油品储备罐,没有停产。这说明,低原油价格对我国页岩炼油产业有较大冲击。
以上说明,页岩油的售价对于发展页岩油产业起到了关键的作用。经济因素,尤其是原油的价格,是页岩油产业发展的决定性因素。在我国,页岩油通常作为燃料油出售,燃料油的价格和世界原油价格是密切相关的。经验表明,在我国当前的条件下,一般而言,对于可露天开采的油页岩,含油率下限定在5%以上,对于地下开采的油页岩,含油率下限定在8%以上,才是值得开发利用的。
国际业内专家普遍估计,世界经济恢复以后,到2010年底,国际原油价格将会重新升到80美元/桶以上(胡国松学,2009)。这对页岩油产业的发展是非常有利的。
如果油页岩矿有其他价值较高的伴生矿产资源,将有利于矿产资源综合利用和降低成本。
此外,融资困难也对油页岩产业发展形成制约。油页岩产业投资大,生产规模达到10×104t以上的油页岩炼油项目需要投资2~3亿元人民币以上,小企业没有这样的经济能力,银行贷款也困难。油页岩综合利用项目在建设资金上得不到保证。
(三)开发利用的技术约束条件
油页岩主要用于干馏炼油,也可用于直接燃烧产汽发电,以及页岩灰制取水泥等建材。
油页岩干馏炼油分为地下干馏和地上干馏。
地下干馏是指油页岩不经开采,直接设法在地下加热,使页岩分解生成页岩油气导出地面。地下干馏工艺适用于埋藏很深(位于地下500m、600m以下)、且油页岩层厚达数十米的油页岩矿藏。美国绿河油页岩矿藏有相当一部分适用于此类工艺;我国油页岩矿普遍较薄,基本没有适合地下干馏工艺的油页岩矿区。尽管个别地区如新疆博格达山油页岩含油率高,矿层厚达160m,但地层产状陡,也不适合地下干馏工艺。而且地下干馏工艺尚不成熟,在美国也正处于现场中试阶段,在我国也未起步试验。
地上干馏是指油页岩经露天或井下开采,再经破碎筛分至所需的粒度,在所选用的合适的干馏炉内,加热至500℃左右干馏炼油。
当前,我国的抚顺块状页岩干馏炉是成熟的炉型,但处理量小,每台炉每天加工100t油页岩,油收率也低,只有实验室铝甑油收率的65%,而且开采出来经破碎筛分后留下来的小颗粒页岩大约占到15%~20%,这部分资源不能用于抚顺炉内加工而舍弃,因此不是理想的炉型。我国还有一种气燃式块状页岩方炉,每台炉每天加工可达300t油页岩,油收率较抚顺炉要高,但产出的页岩半焦的热量没有充分利用,也是缺点。再者,这两种炉型环保较差,三废较多,需要认真处理。
国外的干馏炉型,如巴西Petrosix块状页岩干馏炉,每台炉每天加工6000t油页岩,较抚顺炉的处理规模大60倍,油收率可达实验室铝甑油收率的90%,也是成熟的炉型,但其缺点是产出的半焦污染较大,需加以填埋、植被处理。
爱沙尼亚Galoter颗粒页岩干馏炉,采用热页岩灰做固体热载体,在回转炉中加热页岩干馏炼油,每台炉每天加工3000t油页岩,较抚顺炉的处理规模大30倍,油收率可达实验室铝甑油收率的85%,而且可将自矿藏开采出来的经破碎筛分的全部的颗粒油页岩用于炉子的干馏,且三废处理较易,污水量少,可直接送至电站锅炉烧掉,可以认为此种炉型是环境友好的炉型,是比较理想的,其缺点是工艺复杂,设备较多,操作较难。从工艺技术来看,选用Galoter炉有利于扩大生产规模,有利于提高生产效益,但是如选用Galoter装置,需要和生产或设计单位进行商务谈判,花费大量外汇才能加以引进。
当前抚顺矿务局引进了Taciuk颗粒页岩干馏炉(ATP)。Taciuk干馏炉系加拿大开发、澳大利亚放大、德国制造。由澳大利亚SPP/CPM在澳大利亚建设一台日加工6000t油页岩的示范型干馏炉,经几年的试运,开工率达60%,后SPP公司将该装置售予美国一能源公司,该公司认为Taciuk工艺不太成熟而停产。抚顺矿务局引进的Taciuk炉,规模也是6000t油页岩每天,可以将抚顺炉不能加工的颗粒页岩进行处理,该装置将于2010年年底以前试运。估计需要花费一定的时间才能达到正常运转。
除了引进先进的干馏工艺技术以外,中国当前还自主开发新的较先进的干馏炉型。中石油支持大庆油田采用大连理工大学开发的颗粒页岩干馏新工艺,拟建设一套日加工2000t油页岩的工业试验装置,年产5×104t页岩油。还有中煤集团支持黑龙江龙化公司在上海博申公司开发的粉末页岩流化干馏工艺的基础上、开展中试研究(50t油页岩/d),拟建设一套日加工2000t油页岩的工业试验装置,年产5×104t页岩油。这两项都是中国当前自主开发的干馏炼油项目,自中试放大到工业试验规模,是属于风险投资,但是值得鼓励的。
以上说明,我国现有油页岩干馏工艺成熟,但不适合发展大规模页岩油产业;我国自主开发出的较先进干馏工艺处于中试阶段,需要相当长时间才能进入成熟技术。国外先进的油页岩地下干馏工艺尚不成熟,也不适合我国油页岩矿;国外先进的油页岩地上干馏工艺比较成熟,适合发展大规模页岩油产业,但工艺复杂,技术引进需要花费大量外汇、资本投资回收期长,中小规模的企业承受不了。也就是说,目前的油页岩干馏工艺技术水平不支持页岩油产业大规模发展,未来几年油页岩干馏工艺技术水平有待提高,才能支持页岩油产业大规模发展。
(四)环境保护约束条件
油页岩的开采方式分地下开采和露天开采两种。无论是地下采矿还是露天采矿,都需要把地下水位降低到含油页岩层的层位以下,这样做会危害到矿山附近的耕地和森林。根据粗略估算,为了得到1m3油页岩,一般需要抽出25m3的地下水。抽出的地下水在沉淀固体颗粒后才能排到河里。国外系统监测显示,采矿水在很大程度上增加了地面、地下水和湖泊中硫酸盐的含量。在巴西,地下水水位和质量就长期被油页岩采矿所扰乱。
用油页岩发电,除了采用燃烧较充分的沸腾炉外(德国、以色列掌握这种技术),还有一些采用研磨后燃烧的传统方式。研磨燃烧具有利用率低、高污染和高健康危害等不利特点,排除的气体中还有细的、可吸入的扬尘。这些扬尘中含有有毒物质,它们不仅危及电厂附近的环境,而且也影响到远离电厂的地区。另外,页岩油生产过程中放出的热、废水和半焦物质也可能引起环境问题。
环境保护是政府环保部门约束油页岩产业的主要条件。凡是页岩油生产的新建项目,其可研报告在各级发改委审批前,首先要通过环保部门的评审,对页岩油生产中废水、废料和废气所含的污染物及其处理和排放,都有严格的规定。
对于已存在的页岩油厂和油页岩电站,对环保的要求则较宽松。抚顺矿业集团有两座页岩油厂,其环保几年来虽有改进,厂区绿化较好,但抚顺式炉加料斗未设中间缶,每隔一定时间进料时,炉内油气会外泄,污染大气;此外,生产中发生的污水加入炉底水盆,经页岩灰吸收自水盆排出,从而避免了污水直接排入水系,工厂称为污水的“零排放”,实际上这是污水污染的转移,使得排放至舍场的页岩灰含有了更多的污染物。抚顺矿业集团现正采取措施,在露天矿坑口的页岩油厂增设污水处理装置,参照一般炼油厂的污水隔油、浮选和生化处理三道工序处理污水,将净化后的污水加入水盆,以便出水盆的页岩灰不致被污染。吉林汪清页岩炼油厂的三废污染非常严重,臭气熏天,是环保较差的典型。
近年来,我国节能减排任务相当艰巨,政府对节能减排的要求越来越严格。2009年以来,国家还积极研究制订应对全球气候变化战略措施,把控制温室气体排放和适应气候变化目标作为制订中长期发展战略和规划的重要依据,纳入国民经济和社会发展规划中。这对油页岩产业发展是重大挑战。
此外,平原地区油页岩资源多分布有基本农田或耕地。例如,吉林扶余、前郭、农安、长春岭等地的油页岩资源分布区,多是国家生态粮食基地,老百姓吃水主要依靠地下水,油页岩开发可能破坏地下水和粮食基地生态环境。因此,吉林省国土资源厅建议把这些地区的油页岩资源作为战略资源储备起来。海南省把建设生态环境、发展旅游业作为本省的发展战略,儋州油页岩矿的开发将受到重大挑战。
以上表明,环保对油页岩产业的发展越来越严格了。油页岩开发利用的环境保护问题将对未来油页岩产业的发展起很大制约作用。
(五)政策约束条件
对油页岩开发利用来说,尽管重大影响因素主要是石油价格,但适宜的政策对其发展亦十分重要。油页岩产业发展主要涉及财税优惠政策、环境保护政策和资源政策。
有合理的财税优惠政策护持,可以保障页岩油产业可持续发展,在低油价下保证页岩油生产可以赢利或减少损失。我国曾有针对油页岩作为煤矿副产综合利用的财税优惠政策。国家发改委、财政部、国家税务总局于2004年在关于印发《资源综合利用目录》(2003年修订)的通知中,将煤的伴生油页岩及所生产的页岩油列为综合利用的产品给予税收优惠的政策。历年来优惠政策包括增值税即征即退,及对企业所得税实行税收优惠。这对煤矿充分利用其副产———油页岩资源、促进我国页岩油产业的发展起了很好的促进作用。但在《资源综合利用企业所得税优惠目录》(2008年版)中,却未明确列入煤系伴生矿油页岩及其所生产的页岩油产品。经抚顺矿业集团询问,国家发改委有关人士说遗漏了。抚顺矿业集团希望考虑如2004年那样将页岩油列入综合利用产品给予税收优惠的政策。
但是,我国没有针对独立油页岩矿、油页岩主矿开发利用的财税优惠政策。尽管国家发改委于2007年提出的产业结构调整指导目录中,将油页岩列为第一类鼓励类的项目(“六、石油、天然气”中的“2.油页岩等新能源勘探及开发”),这应该会对我国油页岩产业的发展起到鼓励和促进作用,但效果不如力度大的财税优惠政策。
我国没有针对油页岩产业的专门环保政策。制定油页岩开发利用环境保护的规范和合适政策,既可以促进油页岩产业可持续发展,也可以避免油页岩开发利用造成环境破坏。
我国现行资源政策对油页岩资源没有特殊规定,对油页岩资源的管理重视不够。一些地区和单位存在地方保护主义,影响了油页岩资源的开发利用。例如,有雄厚经济、技术实力的能源公司,可能无法得到好的油页岩矿;有油页岩资源的地方或单位,可能不具备油页岩开发的经济和技术实力,或不准备进行开发利用。因此,需要研究资源管理政策对油页岩开发利用的约束。
综上表明,未来有关优惠政策、环保政策、资源管理政策等方面的合理制定将促进我国油页岩产业健康发展。
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