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1、大庆柳树河油页岩特点及干馏工艺选择郑德温 王红岩 李景明 王佰长 方朝合（中国石油勘探开发研究院廊坊分院新能源所，河北 廊坊065007）摘要：研究了大庆柳树河油页岩的性质（含油率、热值、水份、热稳定性、强度等），针对该地区油页岩 “三高一低”（高含油、高含水、高热值和低强度）的特点，全面开展室内干馏及放大评价实验，提出大庆柳树河油页岩可走小颗粒固体热载体干馏工艺路线。关键词：油页岩;含油率;热稳定性;小颗粒0 前言近几年来，伴随着高油价时代的来临，全球重新掀起了油页岩开发和利用两大热潮，石油资源短缺已是制约全球经济发展的重大难题，开发非常规石油及替代品是各国非常规开发研究的主要课题。我国油页
2、岩资源丰富，替代作用不容忽视。2006年全国新一轮资源评价结果表明，全国油页岩资源量7199亿吨，可采2432亿吨，页岩油资源量476亿吨，可回收120亿吨。油页岩是最现实的接替资源之一，是未来中国石油油气新的增长点。为适应国内外能源发展形势，满足国家能源需求，国家加大了油页岩的勘探开发投资力度。中国石油从2004年开始对内蒙巴格毛德、大庆探区和吉林等进行了勘探，发现了优质的油页岩资源。同时通过技术研发和攻关，掌握和使用先进技术，加快油页岩砂的产业化步伐，中国石油计划“十一五”期间建设3万吨页岩产能的中试试验基地，为中国石油实现可持续发展做超前技术储备，符合中国石油向综合性大型国际能源公司转变
3、的战略定位。1 大庆柳树河油页岩资源现状与分布大庆地区发现了19个油页岩矿点，油页岩产于第三系，页岩油资源量为108亿吨。其中五河矿柳Y109井区面积1.71km2，探井9口，单井控制面积0.20km2，柳树河盆地五河断陷剖井面见图1，钻探结果见表1。表1 柳树河盆地五河断陷柳109井控制区域储量厚度（m）平均厚度（m）面积（km2）密度（Kg/m3）矿石量（万吨）平均含油率（%）页岩油储量（万吨）5m7.71.231.591505.9414.8222.885m3.00.481.59229.1314.833.91合计1.711.591735.0714.8256.79图1 柳树河盆地五河断陷柳Y
4、106-Y109井剖面图柳Y108井见9.1m、柳Y109井见10.4m，油页岩由北向东南增厚。厚度5m油页岩面积1.23km2，按平均值7.7m、密度按平均值1.80计算，矿石量为1704.78万吨；厚度5m面积0.48km2，按平均值3m计算，矿石量为259.2万吨。柳Y109井区矿石量合计1735.07万吨，含油率为7.617.2%，平均含油率为12.93%，页岩油储量为256.78万吨。柳树河盆地五河矿区油页岩分布比较稳定、埋藏浅、厚度大、盖层成岩性较差的特点，是较有利的开发目标区。2 大庆柳树河油页岩性质与室内评价2.1油页岩类型 柳树河Y109油页岩干酪根Van-Krevelen分
5、布见图2，产气实验结果见表2。经分析化验，初步认为大庆柳树河油页岩有机质干酪根类型为腐泥腐殖型，具有一定生油、产气能力。平均含油率达到10.83%，平均产水34.56%，平均产气10.89%，具高含油、高含水、产气量大的特点。图2 柳Y109油页岩干酪根Van-Krevelen分布表2 柳Y109油页岩干馏实验数据样品编号取样深度（m）含油率（%）表面水（%）热解水（%）总水分（%）干馏气（%）柳Y109#77.85-78.3511.4523.6112.4136.0210.11柳Y109#79.35-79.8510.0221.189.6030.787.64柳Y109#80.40-80.9010
6、.9720.589.7030.288.18柳Y109#81.15-81.6511.4928.332.7131.0418.80柳Y109#82.50-83.0012.5425.3910.6136.0010.45柳Y109#84.00-84.4512.2424.9111.7636.6711.05柳Y109#84.50-85.007.1327.7613.4041.169.99平均值10.8324.5410.0334.5610.892.2油页岩发热量及油品性质表3是柳树河地区油页岩与全国各地油页岩发热量对比结果，可以看出，该地区油页岩具有中高发热量、高挥发份、低硫低灰分的特点，属于优质油页岩资源。表3
7、 柳树河油页岩与其其它地区油页岩发热量结果地区含油率（%）发热量（MJ/kg）灰分（%）挥发份（%）全硫 （%）柳树河12.4913.8635.8565.040.22抚顺8.733.5171.4421.052.55茂名7.275.02 65.0020.125.78桦甸12.009.6364.4081.931.00龙口14.0012.249.9035.661.202.3油页岩热解曲线用自行研制的2kg级小型干馏室内干馏炉对柳树河油页岩进行干馏，实验结果见图3。实验结果表明，250之前主要产水，270后开始产油，当温度达到520附近，产油率达到最高，随着温度的继续升高，油气裂解，产油率下降，产气量
8、急剧上升。 图3 温度对干馏效果的影响曲线 图4 干馏后的柳树河油页岩半焦2.4油页岩热稳定性及抗压强度对柳树河油页岩样进行了抗压强度测定，实验结果见表4。发现柳Y109油页岩单轴抗压强度为467Kpa，柳Y108油页岩单轴抗压强度为1349Kpa，而抚顺露天矿油页岩单轴抗压强度达到7800Kpa。油页岩干馏后的半焦强度更低，几乎完全破碎，干馏后半焦见图4。表4 柳Y109油页岩干馏实验数据样品编号取样深度（m）尺寸 (mm)压力 (kN)单轴抗压强度P (kpa)柳 Y10871.958.33.61348.58柳 Y1098063.971.5466.71抚顺油页岩露天矿7800总的来说，大庆
9、柳树河油页岩具有强度小、热稳定性差、易碎的特点，干馏后半焦机械强度更低，因此不能采用抚顺块状气体热载体干馏工艺。3 小颗粒油页岩干馏工艺及适应性目前世界上广泛应用的成熟干馏技术主要有两大类：一是处理块状的气体热载体干馏工艺：如中国抚顺式干馏炉、巴西的Petrosix干馏炉、爱沙尼亚的Kivite干馏炉。二是处理小颗粒的固体热载体干馏工艺：如爱沙尼亚的Galoter和澳大利亚的ATP水平旋转干馏炉。国内外不同干馏工艺适应技术对比见表5。表5 国内外不同干馏工艺适应技术对比类别气体热载体固体热载体炉型抚顺技术KIVITERPETROSIXGALOTERATP中石油工艺原理内热式内热式内热式回转干馏
10、回转干馏回转干馏粒径要求（mm）10-7510-1256-760-120-250-30油收率（%）90%85-90%85-90%85-90%处理能力（吨/天）1001000600030006000200适应性硬质块料硬质块料硬质块料小颗粒小颗粒小颗粒干馏过程页岩热解半焦气化页岩热解半焦冷却页岩热解半焦冷却页岩热解半焦燃烧页岩热解半焦燃烧页岩热解半焦燃烧主要产品燃料油+低热煤气燃料油+化工品+半焦燃料油+高热值气+半焦燃料油+化工品+高热值气低硫轻油+轻燃料油+高热值气轻油+高热值气应用情况抚顺桦甸爱沙尼亚巴西爱沙尼亚澳大利亚新疆根据大量室内评价结果，大庆柳树河油页岩普遍具有三高一低（含油率高1
11、0-20%、含水高15-35%、高热值，强度低）的特点，因此柳树河油页岩不能采用国内抚顺式干馏工艺，可采用小颗粒固体热载体干馏工艺。中国石油廊坊分院从2004年开始进行干馏工艺设计，2005年进行了现场干馏试验，取得了重要工艺参数，2007年集成创新，又研制出了第二代新型高效工艺。新型干馏工艺采用预热、干馏分段式优化设计，实现环保、高效、节能，装置处理能力为200吨/天。工艺流程简图见图5。图5 油页岩水平旋转干馏工艺流程示意图4 结论（1） 大庆柳树河盆地油页岩资源丰富，分布稳定、埋藏浅，厚度大，是有利开发目标区之一。（2）大庆柳树河盆地油页岩有机质干酪根类型为腐泥腐殖型，具有一定生油、产气
12、能力。（3）热解实验表明，该地区油页岩的最佳干馏温度在520附近，继续升高温度页岩油产率下降，但产气量明显增加。（4）大庆柳树河盆地油页岩具有“三高一低”（高含油、高含水、高热值、低强度）的特点，因此不能采用抚顺干馏工艺提油。（5）小颗粒干馏工艺具有出油速度快、出油率高、原料利用率高、环保等优点，小颗粒固体热载体干馏工艺可以用于该地区油页岩的干馏提油。本项工作得到大庆油田新能源筹备组领导和同仁们的帮助与支持!在此向他们致谢。参考文献1 刘招君, 董清水, 叶松青等. 中国油页岩资源现状J. 吉林大学学报, 地球科学版, 2006, 36(6): 869-8762 粟翼娥. 我国油页岩资源及抚顺
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