油頁巖原位開采技術(shù)現(xiàn)狀及建議*

李利利，張福群

（沈陽化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，遼寧沈陽 110142）

2022 年上半年，受國(guó)際局勢(shì)持續(xù)動(dòng)蕩的影響，原油價(jià)格單邊上漲達(dá)到歷史峰值，這對(duì)非常規(guī)能源的發(fā)展形成了巨大利好，能源需求的與日俱增也為其開發(fā)利用創(chuàng)造了新的上行空間[1]。非常規(guī)油氣資源憑借著儲(chǔ)量豐富、分布廣泛、開發(fā)技術(shù)日漸成熟等特點(diǎn)，在油價(jià)高啟的今天正成為各國(guó)追逐的研究熱點(diǎn)，由于對(duì)其的開發(fā)利用可以緩解傳統(tǒng)能源需求壓力，因而具有廣闊的市場(chǎng)前景。油頁巖作為一種低熱值固體化石燃料，經(jīng)一系列熱解可產(chǎn)生類似石油的頁巖油，經(jīng)加氫裂化可產(chǎn)生汽油、煤油和柴油等精煉油[2]，因而被認(rèn)為是重要的補(bǔ)充能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的油頁巖資源儲(chǔ)量豐富，約為9.78×1011t，折合頁巖油儲(chǔ)量約為6.1×1010t[3]，因此，加強(qiáng)對(duì)其開發(fā)利用可以有效彌補(bǔ)我國(guó)常規(guī)能源的短缺問題。

目前，油頁巖的開采技術(shù)分為地面干餾和地下原位轉(zhuǎn)化兩種，其顯著差異在干餾位置和開采效率上[4]。地面干餾開采一般僅適用于裸露的油頁巖或淺層儲(chǔ)層，但是我國(guó)的油頁巖多集中于中深層，這將無法充分開發(fā)我國(guó)的油頁巖資源。雖然該技術(shù)比較成熟、工藝簡(jiǎn)單，但是也不可避免地存在著諸如：利用率低，規(guī)模小，成本高，產(chǎn)生的廢氣、廢水、粉塵等對(duì)環(huán)境有污染，干餾產(chǎn)生大量廢渣，產(chǎn)物焦炭、半焦不易回收利用等問題，因而具有較大的局限性。而地下原位開采技術(shù)可用于深層的油頁巖，且具有開采效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，節(jié)約空間和對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，因而受到了各國(guó)的廣泛關(guān)注。

本文將系統(tǒng)的總結(jié)油頁巖原位開采的技術(shù)現(xiàn)狀，并重點(diǎn)介紹國(guó)內(nèi)外具有代表性技術(shù)的特點(diǎn)與不足，取其精華，去其糟粕，形成符合我國(guó)油頁巖含油率低且具備經(jīng)濟(jì)性的地下原位轉(zhuǎn)化技術(shù)，找尋到“因地制宜”的發(fā)展路線[5]。

1 油頁巖原位開采研究現(xiàn)狀

鑒于地面干餾存在諸多問題，在此背景下，地下原位開采技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于油頁巖中利用的關(guān)鍵在于有機(jī)質(zhì)，故該方法是通過熱流體或提前安裝在油頁巖儲(chǔ)層中的加熱裝置，通過傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射、燃燒等熱交換方式對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行持續(xù)熱量輸入。當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，有機(jī)質(zhì)會(huì)發(fā)生裂解產(chǎn)出油氣資源，通過生產(chǎn)井可將其傳輸至地上，然后進(jìn)行冷凝分離等二次加工就可以得到頁巖油和氣。由于其核心是在地下完成裂解或有機(jī)質(zhì)的分離，在實(shí)施過程中油頁巖并未從地下取出，也就不存在大量的廢料堆積，這就從根本上解決了地面干餾的不足之處。雖然國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究，但是還有種種問題待完善，因而未進(jìn)行批量生產(chǎn)。黃非[6]在原位開采中引入了磁分離技術(shù)，該技術(shù)利用油頁巖本身的磁性使其在微波加熱爐中處于充分受熱狀態(tài)，提高了對(duì)油頁巖的加熱效果，使之達(dá)到較高的熱解程度，降低了開采成本。此外，催化劑的加入也能有效提高開采效率及品質(zhì)，使其有機(jī)質(zhì)的熱裂解明顯增強(qiáng)，當(dāng)前主要有金屬鹽類和黏土類催化劑[7]。但目前該研究還僅停留在實(shí)驗(yàn)階段。

按照加熱方式的不同，原位開采又可分為電加熱、對(duì)流加熱、輻射加熱、燃燒加熱等4 類技術(shù)[8]。

1.1 電傳導(dǎo)加熱

電加熱法具有加熱方式靈活、易于控制、施工方便、加熱器溫度可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，但由于油頁巖本身是致密沉積巖，致使?jié)B透性低，存在加熱周期長(zhǎng)、傳熱效率低、能耗高等問題。具有代表性的有殼牌公司的ICP 技術(shù)[3]、?？松梨诠镜腅lectrofrac TM[9]技術(shù)、Independent Energy Partners 的GFC[10]技術(shù)、吉林大學(xué)和托木斯克理工大學(xué)的原位高壓-工頻電加熱技術(shù)等[11]。

（1）ICP 技術(shù) 該技術(shù)利用安裝在加熱井中的電加熱器所產(chǎn)生的電流熱效應(yīng)，將熱量注入到油頁巖儲(chǔ)層中，加速礦體對(duì)流傳熱，使儲(chǔ)層中的有機(jī)質(zhì)受熱分解為頁巖油氣，最后，借助生產(chǎn)井將油氣收集至地表進(jìn)行分離。該技術(shù)的核心是要在儲(chǔ)層周圍建立“冷凍墻”，這樣可以有效防止原位開采過程中水流入被加熱層，從而對(duì)加熱層予以保護(hù)，提高采收率以及避免油氣對(duì)地下水的污染。此外，該技術(shù)還要根據(jù)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性及時(shí)地去除水分，以達(dá)到較好的加熱效率。近年來，殼牌公司通過對(duì)井道布置進(jìn)行優(yōu)化，將最初只能應(yīng)用于井距小于30m 的垂直井最終成功應(yīng)用于水平井中，還研發(fā)了N2輔助原位轉(zhuǎn)化、多孔硅鋁酸鹽輔助原位轉(zhuǎn)化等工藝。Pei 等[12]基于ICP技術(shù)提出的N2輔助原位轉(zhuǎn)化技術(shù)，利用在儲(chǔ)層中注入N2來增強(qiáng)對(duì)流換熱，進(jìn)一步提高了加熱效率。殼牌公司經(jīng)過多年的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)后，選取壓力為1.72MPa、長(zhǎng)期315℃的加熱條件，在桃花心木示范項(xiàng)目中利用ICP 技術(shù)最終產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)頁巖油[13]。此外，Le 等[14]利用ICP 技術(shù)在低溫干餾且適宜的壓力條件下對(duì)格林河油頁巖進(jìn)行熱解研究，也獲得了優(yōu)質(zhì)頁巖油。

該技術(shù)相對(duì)比較成熟，關(guān)鍵的工藝、加熱器選材等問題已經(jīng)得到解決，并且進(jìn)行了大量的應(yīng)用和改進(jìn)，只是還沒有大規(guī)模進(jìn)行商用。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是采收率較高，對(duì)環(huán)境破壞小，可對(duì)深層油頁巖直接進(jìn)行加熱等。但缺點(diǎn)也很明顯，例如：開發(fā)周期長(zhǎng)、耗電多導(dǎo)致的成本高，能量利用率低等。

（2）Electrofrac TM 技術(shù) 該技術(shù)根據(jù)我國(guó)油頁巖礦層具有低滲透和不均勻?qū)щ娦缘牡刭|(zhì)特點(diǎn)，通過在礦層中布置平行水平井和采用水力壓裂的施工方法來對(duì)其裂隙加以有效改造，形成大量的裂縫，增加礦體換熱面積。然后再用填充在壓裂間隙介質(zhì)中的導(dǎo)電介質(zhì)進(jìn)行原位加熱，確保在油頁巖儲(chǔ)層中形成可導(dǎo)電的電加熱體，然后使用電加熱對(duì)其加熱，將儲(chǔ)層中的干酪根進(jìn)行裂解，頁巖油氣沿著大量的裂縫通過生產(chǎn)井被開采出來。該技術(shù)在科羅拉多州的油頁巖礦場(chǎng)進(jìn)行過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明能對(duì)裂縫進(jìn)行通電和控制以及能保持低溫加熱狀態(tài)一段時(shí)間，但并未涉及油氣產(chǎn)出。

相較于ICP 技術(shù)，其電加熱的范圍明顯變大，有效提高了加熱效率和開采效率，對(duì)環(huán)境危害也小，一定程度上彌補(bǔ)了ICP 技術(shù)的不足。但由于加熱周期長(zhǎng)，設(shè)備長(zhǎng)期置于高溫狀態(tài)下易發(fā)生故障，導(dǎo)致維護(hù)成本高，并有副產(chǎn)品NaHCO3生成，因而未得到有效推廣。

（3）GFC 技術(shù) 該技術(shù)通過在油頁巖儲(chǔ)層中安裝燃料電池裝置，通入燃料和空氣使其發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生能量，利用固體間熱傳導(dǎo)的加熱方式對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行加熱，使有機(jī)質(zhì)裂解成油氣資源，通過生產(chǎn)井開采出來。然后，將開采出來的部分可燃?xì)怏w注入到井下的燃料電池堆，可以對(duì)油頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行可持續(xù)開采，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)使用。據(jù)IEP 公司估計(jì)，該技術(shù)可獲得174kWh·bbl-1的油電轉(zhuǎn)換率[15]，但該技術(shù)目前并未進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)環(huán)境非常友好，可以實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用，運(yùn)營(yíng)成本較低。但受其固有的限制，導(dǎo)致加熱速度慢、加熱周期長(zhǎng)等問題也一并存在。

（4）原位高壓-工頻電加熱技術(shù) 該技術(shù)主要是在油頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行鉆孔，將正負(fù)電極分別置于這二種不同類型的鉆孔中，以實(shí)現(xiàn)通過高壓電流對(duì)儲(chǔ)層介質(zhì)進(jìn)行電擊穿，使油頁巖介質(zhì)由絕緣狀態(tài)直接轉(zhuǎn)為導(dǎo)電導(dǎo)熱狀態(tài)。然后，使用工頻電向儲(chǔ)層中通入電流對(duì)其加熱，進(jìn)行熱擊穿，在達(dá)到一定溫度時(shí)有機(jī)質(zhì)會(huì)發(fā)生熱裂解，最后將熱解生成的油氣通過生產(chǎn)井開采出來。目前，該技術(shù)還處于模擬研究階段，未進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是加熱速度快、周期短、污染小、更加環(huán)保。而缺點(diǎn)是在加熱過程中的作用距離比較短，還需進(jìn)一步完善，以及對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

1.2 流體對(duì)流加熱

對(duì)流加熱是依靠冷熱流體互相摻混和移動(dòng)所引起的熱量傳遞，主要為蒸汽加熱，即通過熱蒸汽向儲(chǔ)層提供熱量，其主要優(yōu)勢(shì)在于加熱速度快、開發(fā)周期短、產(chǎn)油量高、可充分利用干餾氣等優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)進(jìn)行流體物質(zhì)交換時(shí)存在水體污染、能耗高、產(chǎn)出氣需分離、注入的熱蒸汽無法保證能達(dá)到油頁巖裂解所需的溫度以及需要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造以防加熱初期蒸汽難以注入等問題。具有代表性的有雪佛龍公司的CRUSH 技術(shù)、Mountain West Energy 公司的IVE技術(shù)、太原理工大學(xué)的MTI 技術(shù)、Petro Probe 公司的Superheated Air 技術(shù)、EGL 公司的EGL 技術(shù)以及吉林大學(xué)的近臨界水原位開采技術(shù)[16]。

（1）CRUSH 技術(shù) 該技術(shù)利用對(duì)流和回流傳熱原理對(duì)油頁巖礦層進(jìn)行加熱分解。通過爆破將油頁巖礦層破碎，將礦層大幅度壓裂產(chǎn)生大小、方向各異的裂縫，然后將高溫流體CO2以對(duì)流的方式注入來加熱儲(chǔ)層，使其發(fā)生裂解。經(jīng)充分熱解轉(zhuǎn)化為油氣后，通過生產(chǎn)井將油氣采出。該技術(shù)僅適用于小范圍的礦層開采，并不具備大規(guī)模商業(yè)開采的條件。

該技術(shù)極大地提高了礦層的滲透性，相比電加熱不需要預(yù)熱期，具有加熱效率高、油氣易產(chǎn)出、日產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)也比較明顯，CO2自身的比熱容較低，運(yùn)輸不方便，且生產(chǎn)時(shí)需要大量的水，對(duì)環(huán)境的影響也較大。

（2）IVE 技術(shù) 為了便于熱解產(chǎn)物的開采與分離，該技術(shù)通過對(duì)流加熱的方式，將高溫蒸汽作為載體通過直井注入到油頁巖儲(chǔ)層中，對(duì)其進(jìn)行加熱裂解。然后通過采油井將油氣運(yùn)轉(zhuǎn)至地面，利用壓縮機(jī)對(duì)氣體產(chǎn)物的不凝氣進(jìn)行壓縮，最后將裂解的油氣開采出來，多余的氣體還可再循環(huán)利用。李姿[17]通過CMG 軟件對(duì)撫順油頁巖蒸汽加熱原位開采的效果進(jìn)行了模擬，證明了蒸汽加熱法的加熱效率較高。M.Razvigorova 等[18]對(duì)保加利亞油頁巖顆粒進(jìn)行了熱解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，高溫水蒸氣可使頁巖油的產(chǎn)量增產(chǎn)20%左右。該工藝在美國(guó)茶壺圓頂油田還進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果表明，在約30d 的注蒸汽后，井口產(chǎn)生了大量的直徑約180m 的氣泡。

該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于工藝過程簡(jiǎn)單、成本低、加熱快、污染小，可實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效利用。

（3）MTI 技術(shù) 該技術(shù)通過在地面布置群井，采用氣體對(duì)流傳熱原理，利用群井水力壓裂技術(shù)使儲(chǔ)層內(nèi)形成大面積的裂縫結(jié)構(gòu)，然后將高溫過熱蒸汽沿注入井注入到儲(chǔ)層中，注入的氣體借助裂縫將熱量傳遞給油頁巖，使其熱解為油氣資源，通過交替?zhèn)鳠嵘郎?，使?chǔ)層受熱均勻。熱解后的頁巖油氣還可以進(jìn)行余熱發(fā)電，最后將油、氣、水進(jìn)行分離處理。該技術(shù)雖然在實(shí)驗(yàn)室完成了測(cè)試，但還未進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。該技術(shù)所用的水蒸汽理化性質(zhì)穩(wěn)定，無污染且易于獲取，同時(shí)還具有加熱速度快、周期短等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是加熱過程中熱量損失較大以及會(huì)造成地面下沉、地下水污染等問題。

（4）Superheated Air 技術(shù) 該技術(shù)是將壓縮空氣和干餾氣置于燃燒器中進(jìn)行燃燒，使部分氧氣被消耗掉，然后以高溫壓縮空氣為熱源對(duì)油頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行對(duì)流加熱，提高其孔隙度和滲透性，使儲(chǔ)層中的有機(jī)質(zhì)生成烴氣。其中將產(chǎn)出的部分烴氣再次通入，以實(shí)現(xiàn)能量的自給自足，而大部分烴氣則通過生產(chǎn)井導(dǎo)出至地表，最后將其冷凝可得到需要的輕質(zhì)油品。該技術(shù)目前還未進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

該工藝的優(yōu)勢(shì)在于污染小、環(huán)保、能量可循環(huán)，此外，由于該技術(shù)通入的是高溫壓縮空氣，不僅可以保持礦層結(jié)構(gòu)高度的完整性，還可開發(fā)深層次的儲(chǔ)礦。

（5）EGL 技術(shù) 該技術(shù)將開采分為加熱和采油兩部分，采用高溫甲烷或丙烷、干餾氣利用對(duì)流傳熱對(duì)油頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行加熱。通過幾個(gè)平行的水平井組成一個(gè)封閉的加熱系統(tǒng)，然后向其中通入高溫氣體來加熱儲(chǔ)層，而豎直井則是將生成的油氣傳輸至地表，然后進(jìn)行收集處理。該技術(shù)還停留在小型試驗(yàn)階段，未進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化開采。

該技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是能量可循環(huán)利用，可利用本身產(chǎn)生的干餾氣進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，提高了能量利用率，對(duì)環(huán)境也更加友好，但是在開采過程中還未徹底解決脫水問題。

（6）近臨界水原位開采技術(shù) 該技術(shù)利用對(duì)流加熱的原理，將水從注入井導(dǎo)入到油頁巖儲(chǔ)層中，然后通過安置在井下的加熱裝置，將水進(jìn)行加熱，直至其變?yōu)榻R界狀態(tài)，然后借助該狀態(tài)下的水傳遞熱量來加熱儲(chǔ)層，由于近臨界水可與有機(jī)質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，有利于有機(jī)質(zhì)裂解，最后利用其自身性質(zhì)將裂解后的有機(jī)質(zhì)萃取出來，在地面上進(jìn)行油水分離，最終得到頁巖油。另外，分離出來的水還可以重復(fù)用于開采過程。目前該技術(shù)已計(jì)劃在吉林扶余地區(qū)進(jìn)行先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

該方法的優(yōu)勢(shì)在于能量消耗低、加熱速度快、能量利用率高。

1.3 輻射加熱

微波加熱和射頻加熱是輻射加熱兩種主要的方式。微波的核心在于可以穿透整個(gè)儲(chǔ)層而無需考慮其形狀及非均質(zhì)性，可以將油頁巖儲(chǔ)層加熱到既定溫度，待其分解產(chǎn)生油氣，因而具有加熱靈活，加熱均勻，能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)。在微波中添加具有高介電常數(shù)粒子、金屬氧化物等也可提高其加熱效率[19]。但該技術(shù)尚處于測(cè)試階段，技術(shù)相對(duì)不成熟，具有代表性的是Raytheon 公司的RF/CF 技術(shù)。而射頻的核心是利用無線電波對(duì)油頁巖進(jìn)行立體加熱，由于其擁有較大的加熱功率，能夠提高儲(chǔ)層內(nèi)部熱傳導(dǎo)的速度。但存在前期投資大、設(shè)備成本高等問題，因而還未在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，具有代表性的是LLNL 射頻技術(shù)。

（1）RF/CF 技術(shù) 該技術(shù)是將射頻加熱裝置放置在目標(biāo)加熱區(qū)域，將處于超臨界狀態(tài)的流體通過注入井導(dǎo)入到油頁巖儲(chǔ)層中，借助熱輻射加熱的原理對(duì)其進(jìn)行加熱分解，待其產(chǎn)生油氣資源，熱解產(chǎn)物在流體驅(qū)動(dòng)下集中到生產(chǎn)井。最后通過生產(chǎn)井導(dǎo)出至地面對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離，而經(jīng)地面處理后，CO2可重新注入生產(chǎn)井以循環(huán)利用。Mokhlisse 等[15]對(duì)摩洛哥油頁巖進(jìn)行了微波輻射實(shí)驗(yàn)，表明微波加熱可以獲得優(yōu)質(zhì)的油品以及有較高的加熱效率。Yang 等[20]的研究也證明，通過微波輻射收集的油比常規(guī)熱解擁有更多的飽和烷烴和芳烴，以及更少的硫、氮成分。

由于該技術(shù)具有加熱速度快、環(huán)境無污染、可選擇性加熱和易控制等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣闊的發(fā)展空間。但缺點(diǎn)也很突出，需要消耗大量的電能，所以開發(fā)成本高，能耗比較大，且目前該技術(shù)并不成熟。

（2）LLNL 技術(shù) 該技術(shù)是將無線射頻設(shè)備置于油頁巖儲(chǔ)層的目標(biāo)加熱區(qū)域，通過在地面上控制其功率，利用輻射加熱原理對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行加熱，由于無線射頻的穿透力強(qiáng)，故熱傳遞效率高。同時(shí)在儲(chǔ)層中布置水平井以加強(qiáng)礦層的受熱范圍，待其產(chǎn)生油氣，最后將裂解后的油氣開采出來。該技術(shù)目前還未進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

該技術(shù)具有加熱速度快、熱解效率高、容易控制等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是加熱范圍有限、距離短、技術(shù)相對(duì)不成熟。

1.4 燃燒加熱

該技術(shù)可將儲(chǔ)層中富含碳的殘?jiān)行У剞D(zhuǎn)化為熱能，具有加熱快、能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)，可有效提高油氣產(chǎn)率，與此同時(shí)，燃燒產(chǎn)生的熱量可供循環(huán)利用。但控制技術(shù)復(fù)雜，由于原位開采所需的加熱時(shí)間長(zhǎng)，如何能持續(xù)穩(wěn)定的操控一直是一個(gè)難點(diǎn)所在。具有代表性的有吉林大學(xué)的TSA 技術(shù)[21]、眾誠公司的IFCD[22]技術(shù)。

（1）TSA 技術(shù) 該技術(shù)先對(duì)油頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行大規(guī)模壓裂，使其產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)通道，然后將高溫富氧氣體注入到儲(chǔ)層內(nèi)進(jìn)行局部加熱，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)燃燒生熱，使其發(fā)生分解。然后繼續(xù)添加化學(xué)物質(zhì)，為熱解提供充足的熱量供其持續(xù)熱解，裂解油頁巖生成油氣資源。整項(xiàng)技術(shù)通過控制氣體流速來控制整個(gè)反應(yīng)進(jìn)程，最終將油氣開采出來。該技術(shù)于2014 年在吉林農(nóng)安成功開采出1.65t 頁巖油，石油采收率為78.5%[23]。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于既能節(jié)約能源又可以徹底地?zé)峤庥晚搸r，反應(yīng)易于控制，但缺點(diǎn)也顯而易見，在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢氣污染環(huán)境，并且高溫條件下裂縫也不能一直存在。

（2）IFCD 技術(shù) 該技術(shù)采用地下原位燃燒裂解方式，通過設(shè)置燃燒井與生產(chǎn)井，然后將可燃?xì)怏w導(dǎo)入到注氣井中，點(diǎn)燃這些可燃?xì)怏w，通過燃燒加熱的方式，對(duì)油頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行加熱分解。最后通過生產(chǎn)井將熱解后的油氣資源開采出來，并在地面對(duì)產(chǎn)出物進(jìn)行氣液分離。該技術(shù)于2014 年在吉林松原長(zhǎng)春嶺試驗(yàn)區(qū)成功地從地下300m 油頁巖儲(chǔ)層中開采出了優(yōu)質(zhì)頁巖油，但至今并未進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。該技術(shù)具有污染小、產(chǎn)油速度快等優(yōu)勢(shì)，且隨著國(guó)際原油價(jià)格持續(xù)上漲，其開采成本相對(duì)較低。

2 存在的主要問題及建議

這些原位轉(zhuǎn)化技術(shù)都有著各自的缺陷。電加熱法由于油頁巖本身是致密沉積巖，致使?jié)B透性低，存在加熱周期長(zhǎng)、能量利用率低、傳熱效率低、開采成本高等問題。對(duì)流加熱法在進(jìn)行流體物質(zhì)交換時(shí)存在水體污染、能耗高、產(chǎn)出氣需分離、注入的熱蒸汽無法保證能達(dá)到熱裂解所需的溫度等問題。輻射加熱法由于設(shè)備復(fù)雜且技術(shù)相對(duì)不成熟，目前尚處于測(cè)試階段。燃燒加熱法由于控制技術(shù)復(fù)雜，原位開采所需的加熱時(shí)間長(zhǎng)，如何能持續(xù)穩(wěn)定的操控一直是未能突破的瓶頸。與此同時(shí)，部分技術(shù)還存在著地域適配性的問題，并不能直接照搬使用，因此，高效開發(fā)利用油頁巖資源依然任重而道遠(yuǎn)，距離最終的商業(yè)化開采也存在差距。為了推動(dòng)油頁巖產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，特提出以下建議：

（1）未來應(yīng)考慮將可控循環(huán)作為重點(diǎn)研究對(duì)象，通過對(duì)可控循環(huán)系統(tǒng)合理布局，包括通風(fēng)路徑的選取、風(fēng)機(jī)的選型、控制系統(tǒng)的安置以及需要采取的安全措施等逐個(gè)考量，從而確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)、安全、高效的作業(yè)環(huán)境。這樣不僅能使能量得以循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)能量的自給自足，還將大大提高利用效率，對(duì)環(huán)境也更加環(huán)保。

（2）在實(shí)現(xiàn)高效開采的同時(shí)，決不能忽視對(duì)環(huán)境的影響以及能源的浪費(fèi)，資源的可持續(xù)發(fā)展將是一切的前提條件?？煽紤]將儲(chǔ)量巨大的可再生能源（例如太陽能、風(fēng)能等）加以利用到油頁巖開采過程中，替代傳統(tǒng)能源的消耗，目前已有學(xué)者結(jié)合太陽能為流體提供能量。對(duì)于地下水污染問題，可考慮建立一個(gè)獨(dú)立封閉系統(tǒng)，將熱解區(qū)與地下水分隔開。對(duì)于污染嚴(yán)重的水力壓裂要加以改進(jìn)或摒棄，研發(fā)對(duì)環(huán)境友好的新型技術(shù)（如采用高溫蒸汽、超臨界CO2壓裂等），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層的改造。

（3）原位開采的整個(gè)環(huán)節(jié)，需要多要素的協(xié)調(diào)配合，不應(yīng)只注重一方面的創(chuàng)新。作為一個(gè)整體，需要將相關(guān)技術(shù)進(jìn)行滲透、改進(jìn)，在儲(chǔ)能、熱裂解、溫控、傳輸?shù)榷喾矫骈_展研究，同國(guó)情相結(jié)合，依托高校和相關(guān)科研單位實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)學(xué)研”一體化，將理論成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力。

3 結(jié)語

綜上可知，無論用哪種開采方式，都或多或少地避免不了對(duì)環(huán)境的影響以及對(duì)能源的消耗，如何有效的結(jié)合各技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提高能量利用率，降低生產(chǎn)成本，將是未來研究的重中之重。為了響應(yīng)國(guó)家對(duì)環(huán)保的號(hào)召，今后應(yīng)盡可能地將可再生能源應(yīng)用于油頁巖轉(zhuǎn)化過程中，這將對(duì)環(huán)境保護(hù)、碳中和目標(biāo)的達(dá)成具有重要現(xiàn)實(shí)意義。