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油页岩1

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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油 页 岩 概 述,主要内容,油页岩的概念 油页岩的主要用途 油页岩的发展历程 油页岩的分布特征 油页岩的物质组成及性质,油页岩与煤炭、石油、天然气一样属于化石燃料,是非可再生资源、一次能源。 以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源。 目前,世界大部分油页岩分布区地质勘探程度低,很难对全球的油页岩资源量正确预测,只有部分国家对本国油页岩矿床进行了详细的勘探和评价工作。,概 述,,2003~2007年,国土资源部、国家发改委和财政部联合开展了新一轮全国油气资源评价工作,除评价石油天然气外,还评价了煤层气、油砂、油页岩。评价认为:中国非常规油气资源丰富,随着勘探开发的进一步深入,一定会对常规油气资源形成重要的补充。,我国对油页岩资源进行了国内首次评价,查明地质资源量为7199亿吨,折合成页岩油为476亿吨。我国在煤炭开采过程中产生的油页岩达到近千万吨,仅抚顺西露天矿油母页岩每年排弃量就达800万吨。,概 述,常规油气(石油、天然气)与非常规油气(煤层气、油页岩、油砂)的可采资源量之比为1.7:1,概 述,我国能源供应安全、能源结构调整,迫切需要能源供应的多元化。 在发现大油气田之前,油页岩在我国是一种重要的油气替代能源。 我国油页岩资源丰富,技术、设备成熟,具备油页岩产业发展的基础条件。 目前,原油价格一直走高,使页岩油具有了竞争能力。 加快发展我国油页岩资源的勘探开发利用,以满足国民经济发展的需求已成当务之急,概 述,油页岩的概念,美国绿河盆地R7段油页岩宏观地貌图,油页岩的概念,油页岩的主要用途,油页岩可提炼出各种燃料油类,也可炼制出各种合成燃料气体及化工原料,副产品还可用于制砖、水泥等建筑材料。油页岩可谓“全身是宝”。归纳起来,油页岩有三种主要用途: 1、干馏制取页岩油及相关产品 若将油页岩打碎并加热至500℃左右,就可以得到页岩油。我国常称页岩油为人造石油。一般来说,1吨油页岩可提炼出38至378公升(相当于0.3至3.2桶)页岩油。页岩油加氢裂解精制后,可获得汽油、煤油、柴油、石蜡、石焦油等多种化工产品。,油页岩的主要用途,2、作为燃料用来发电、取暖和运输 利用油页岩发电的形式有两种: 一是直接把油页岩用作锅炉燃料,产生蒸汽发电; 二是把油页岩低干馏,产生气体燃料,然后输送到内燃机燃烧发电。目前普遍采用的一种形式。 利用油页岩燃烧供暖。在2001/2002年度,爱沙尼亚利用油页岩发电和向居民、工业供暖所创造的效益分别占国家税收的76%和14%,对其国民经济具有重要意义。 利用油页岩燃烧带动发动机,用于长途运输。,3、生产建筑材料、水泥和化肥 作为附加品,油页岩干馏和燃烧后的页岩灰主要用于生产水泥、砖等建筑材料。 在德国,每年有30万吨油页岩用于水泥的生产。 在我国,油页岩干馏和燃烧后的半焦灰渣用来制造砌块、砖、水泥、陶粒等建材产品。 此外,油页岩还可以直接用于有机肥料的生产。如我国陕西有一企业就拟投资1000万元,利用印台地区现有的油页岩资源,在原有50000吨磷肥生产线的基础上进行技术改造,建设年产50000吨油页岩有机复合肥的生产线。,油页岩的主要用途,油页岩的主要用途,不同国家对油页岩的用途不同: 爱沙尼亚:发电和提炼页岩油 巴西:运输燃料 德国:制造水泥和建筑材料 中国和澳大利亚:提炼页岩油和用作燃料 俄罗斯和以色列:油页岩主要用于发电,从1838年法国页岩油工业开始至今,油页岩的开发和应用有近200年历史。相对油页岩来说,天然石油质优价廉,伴随着第二次世界大战的爆发、能源危机的出现和石油工业的兴起,油页岩工业曾几度兴衰。油页岩的生产出现过三个高峰期。二战期间石油需求量剧增,油价猛涨,不少国家兴起了油页岩开发热潮。20世纪60年代初油页岩开发的低谷与中国大庆油田投产密切相关,20世纪70年代出现世界能源危机,各国都在为寻求新的能源而努力,油页岩的开发与利用又重新得到了重视。,油页岩的发展历程,美国、日本、德国、巴西、俄罗斯等国家研究了各种油页岩干馏炼制页岩油的方法,部分国家形成工业化生产规模,油页岩利用快速增长,所以1980年出现第3个高峰期,产量达到历史上的最高水平(4540万吨)。自1980年以后,由于石油被大量发现和开发,油价大幅下降,油页岩的产量也一路下滑,到2000年,只有1600万吨。 随着国际油价的不断上涨,以及剩余油、低渗透油气藏开发难度的增加、天然气水合物开发的瓶颈技术暂时无重大突破等原因,对油页岩的重视会不断加强。,油页岩的发展历程,油页岩的发展历程,世界主要国家页岩油资源量(3995.31),(单位:×108t),美国、俄罗斯、巴西三国占86%;美国占69%,1、世界油页岩资源分布,油页岩资源的分布,中国页岩油资源量476亿吨,排第二位(2006年),页岩油 资源储量,油页岩,页岩油,亿吨,油页岩 资源储量,油页岩技术 可采资源储量,亿吨,页岩油可回 收资源储量,2、我国油页岩资源量,油页岩资源的分布,3、 油页岩资源盆地分布,3、 油页岩资源盆地分布,超过一半的探明储量分布在吉林省,油页岩资源的分布,3、 油页岩资源盆地分布,油页岩资源的分布,我国油页岩查明资源量品级分布特征,4、油页岩储量品位分布,(单位:×108t),含油率(%),占全国页岩油资源量的38%,油页岩资源的分布,油页岩的物质组成,1、,2、有机显微组分,油页岩的物质组成,油页岩的物质组成,3、,油页岩的物质组成,4、,分析方法:等离子发射光谱仪 化学组分中3%-30%的页岩油是有用、有益组分,其他化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO及TiO2等,含有少量的其它金属氧化物可以考虑综合利用。,化学组分中页岩油是有用、有益组分,页岩油,(松辽盆地油页岩样品进行化学成分分析),铝硅酸盐矿物为主要存在形式,与粘土矿物成分相近,故油页岩有高灰分的特点。,油页岩的物质组成,矿物成分以粘土矿物、石英为主,占总含量的85%以上,油页岩X-衍射矿物分布,(松辽盆地油页岩样品矿物成分分析),(内蒙油页岩样品矿物成分分析),松辽盆地油页岩X衍射图谱,油页岩中的主要矿物为层状硅酸盐粘土矿物伊利石、伊蒙混层、绿泥石和高岭石,石英、长石、方解石等碎屑矿物,部分样品中含有一定量的白云石和方沸石,此外,少量样品中含有黄铁矿和菱铁矿。,油页岩的物质组成,油页岩的物质组成,致密块状构造,薄片状结构,油页岩结构、构造,泥状结构,抚顺油页岩镜下鉴定,页理构造,抚顺油页岩手标本,层状,板状,油页岩的性质,,1、颜色,2、密度、硬度与强度,油页岩的性质,油页岩的密度与有机质含量呈负相关。,(松辽、鄂尔多斯、新疆等地区油页岩样品分析),3、灰熔点,油页岩的性质,油页岩物理特性是快速识别油页岩的重要标志,油页岩的性质,油页岩、碳质页岩、煤的区别,油页岩和煤的主要区别是灰分高于40%,和碳质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。,油页岩的性质,,油页岩的性质,4、含油率和热值,依兰盆地油页岩自燃景观(可燃性),油页岩的性质,含油率是指油页岩中页岩油所占的重量百分比(wt%),测定方法:目前以低温干馏、有机浸取法 油页岩边界品位界为ω3.5,由此可将油页岩分为三个品级: 我国油页岩资源以中低品位为主,高品位油页岩资源分布范围小。,,3.5 ω≤5 低,5 ω≤10 中,ω10 高,含油率随有机质含量增高而变大,,油页岩含油率与有机质含量有明显的正相关性,同时有机质转化率也影响着油页岩含油率的好坏。,(我国多个盆地油页岩矿床有机质含量与含油率关系),油页岩的性质,灰分为评价油页岩的重要指标,是指油页岩中有机质完全燃烧后,矿物在一定温度下发生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。,油页岩灰分产率在 75%—85%间,含油率一般大于 5%;灰分产率为大于90%,一般含油率小于 3.5,显示出油页岩含油率随灰分含量增加而降低。,油页岩含油率与灰分关系图,(松辽盆地油页岩样品,包括农安、达连河等矿区样品),含油率与灰分、挥发份的关系,灰分与油页岩含油率的负相关性,挥发份是样品中的有机成分,是表征有机质性质的重要指标,通过对松辽盆地油页岩样品的挥发份统计,挥发份分布范围为 11-23%,平均值为17.38%,主要集中在 15-19%之间。,挥发份与含油率的正相关性,含油率与有机质呈正相关性,而挥发份是由油页岩中有机质的类型及含量的多少决定的,故挥发份与含油率也呈正相关性。,油页岩的性质,油页岩中提取的页岩油实际上是由油页岩中有机质转化而来,而发热量是油页岩中有机质与氧气燃烧而释放出的热量,有机质越丰富,发热量就越高,含油率和发热量都与有机质有正相关关系,所以含油率与发热量亦正相关关系。,含油率与发热量、有机碳的关系,含油率与发热量的正相关性,(松辽盆地农安、达连河、巴格毛德油页岩样品),含油率与有机碳含量的正相关性,有机碳是指沉积岩中与有机质有关的碳元素,它是以碳元素的多少表示岩石中有机质含量。有机质的含量直接影响着含油率的高低,通过对松辽盆地油页岩样品进行分析,发现含油率随着有机碳含量的增高而变大。,当有机碳含量大于6.99%时,含油率才大于3.5%才能称为油页岩,此外,还有总水分、含硫量、含氮量等指标也间接反应了油页岩质量的好坏。,油页岩的性质,含油率与干酪根类型关系:干酪根中Ⅰ、Ⅱ1型是形成油页岩的主要类型,通过H/C原子比和O/C原子比分析,最有利形成油页岩的有机质干酪根类型为Ⅰ、Ⅱ1型,即表现为原始氢(H/C比高)高含量和氧(O/C比低)低含量的 腐泥型—混合型干酪根类型。,干酪根类型图,(松辽盆地油页岩样品干酪根图谱),②Ⅰ、Ⅱ1往往形成含油率高,物性好的油页岩,油页岩中有机质的类型是影响油页岩含油率的主要因素之一,因为有机质类型可以决定油页岩的生油潜能,从而可以决定油页岩含油率的高低。其中有机质类型为I和Ⅱ1型的,其生油潜能比较大,在同等条件下,油页岩的含油率较高,而Ⅲ型有机质与I、Ⅱ型相比,对生油不利,故其很难形成油页岩。,①确定形成有利干酪根类型,油页岩的性质,1、油页岩物性影响因素指标,有机质类型、有机质丰度和有机质成熟度是现代评价生油岩质量优劣的三大要素,也是影响含油率大小的最直接的因素。,①有机质类型,油页岩物性影响因素,松辽盆地油页岩有机质类型采用了干酪根氢氧指数法、干酪根的 H/C 和 O/C(原子)比值和岩石快速热解三种方法,从定性-半定量、定量到快速定量的进行研究区油页岩的有机质类型的分析。油页岩的有机质类型为I型-II2型都有发育,其中混合型的类型较多;,依兰盆地达连河组煤层间油页岩类型表现为II1型;而煤层顶板巨厚油页岩则表现为II1与II2型。抚顺盆地富矿呈现为I型,而贫矿为II1-II2。此次测试的桦甸样品为第四层富矿层,呈现为I型,并具有很好的生烃潜力。,②有机质丰度,油页岩中有机质的丰度可以决定有机质的数量,它主要受盆地中生物发育程度及其保存条件的控制,常根据有机碳(TOC)、氯仿沥青“A”含量、总烃含量(HC)、产烃潜量等来评价。,有机碳含量高,有机质丰度就大,就更有利于形成物性好的油页岩。,油页岩的含油率与C和H元素含量间存在明显的线性相关性;有机碳含量的高低反应出不同层位油页岩质量的好坏。,含 量 %,氯仿沥青“A”含量及总烃含量,通过对不同层位油页岩样品进行氯仿沥青“A”含量及总烃含量分析,氯仿沥青“A”含量呈现两高两低指示沉积环境从湖相向沼泽过渡,有机质丰度的变化;总烃含量与油页岩的质量有正相关。,(松辽盆地东部达连河油页岩分析),(松辽盆地油页岩分析),油页岩物性影响因素,对同一矿床往往显示不同层位油页岩产烃潜量相差较大,这也间接影响了油页岩最终含油率的高低,表现为不同部位含油率存在较大差别。,有机质丰度变化规律,有机质丰度各指标随深度变化规律,表征有机质丰度的指标有机碳含量、生烃潜量、氯仿沥青“A”含量随着深度加大,均呈现台阶式增大趋势。,一级台阶,二级台阶,三级台阶,产烃潜量高是形成高含油率油页岩的先决条件,油页岩物性影响因素,有机质的输入方式影响有机质丰度,烃源岩有机质评价标准,有机质丰度评价标准,湖泊自生的生产力输入占优势,此种输入类型有机质丰度高常形成I型和II1有机质类型,抚顺富矿和桦甸油页岩显示此特征,表明其自生生产的有机质大于陆源供给的有机质含量。,陆源有机质占优势,依兰盆地煤层顶板油页岩有机质类型显示为II2的主要原因是来自浊流带来的陆源有机质的大量输入,故形的油页岩厚度大但是物性差。,湖沼相有机质堆积,依兰盆地煤层间油页岩有机质类型显示为II1型,湖沼环境下,水生生物很繁盛,水流闭塞也很少有外来物源干扰。因此,在依兰盆地与煤互层的油页岩的有机质很丰富,形成物性好的油页岩。,油页岩物性影响因素,由于目前尚无油页岩有机质成熟度的划分标准,参照烃源岩的划分标准同时根据油页岩有机质的特点,建立了如下油页岩成熟度模板。,③有机质成熟度,松辽盆地油页岩的反射率的变化范围Ro(%)=0.43-0.56,其中抚顺的油页岩富矿的反射率较高,达到了 0.56,其它的都≤0.5。根据有机质演化模式和油气生成阶段,油页岩大部分相当于成岩阶段的未成熟阶段。,生油阶段,未熟阶段,生油岩成熟度划分(据邬立言、顾信章等),油页岩物性影响因素,古构造、古地貌以及沉积环境 古气候及古植物演化 有机质演化 这些条件构成了油页岩成矿的地质背景,同时也是油页岩分布、富集成矿的主导因素。,2、油页岩成矿条件对物性的影响,古地貌低洼部位,油页岩沉积厚度较大,含油率相应较高,构造不仅控制了油页岩的空间展布,也控制着油页岩的含油率的分布,①古构造和古地貌对油页岩物性的控制,达连河矿区油页岩厚度等值线,在盆地内部受断裂控制形成的凹陷深部位,油页岩层厚度最大,向盆地四周厚度逐渐减薄,含油率也表现出相似的规律。,沉积中心与古地貌的坳陷中心相对应,往往形成沉积厚度大,含油率高的油页岩矿。,油页岩物性影响因素,半深湖-深湖沉积环境的水进体系域和高水位体系域是主要的成矿环境,达连河矿床层序体系域图,②沉积环境——空间分布、赋存层位、含油率高低有重要的控制作用,研究发现稳定且含油率较高的油页岩形成于半深湖-深湖环境,且水化学性质为咸水,还原条件很好。,③古气候及古植物演化,④有机质演化,有机质的演化经历一个沉积~消耗~聚集~保存的过程后形成了油页岩中有机质。,有机质演化模式图,古气候对湖泊初始生产力的控制 古气候对油页岩有机质类型的控制 古气候对有机质保存的控制 古气候对油页岩层数和厚度的控制,油页岩物性影响因素,
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