Современные технологии добычи горючих сланцев (стр. 1 )

Группа компаний «Недра»

Региональный координационный научно-технический центр «Нефтяная долина»

,

Современные технологии добычи горючих сланцев

Серия: «Нефтегазовое дело»

Выпуск VIII

Практическое пособие

Уфа, 2013

УДК 622/337/1

Современные технологии добычи горючих сланцев: Практическое пособие// , . РКНТЦ, 2013г., 81 с.

ISBN

В учебном пособии дано описание технологии добычи горючих сланцев, основанное на их перспективности как источника углеводородного сырья в виде нефти и газа. Даны сведения о размещении перспективных месторождений горючих сланцев на территории Российской Федерации, особенностях их залегания и формирования в различные геологические периоды.

Дано описание современных технологий добычи и переработки горючих сланцев на основе подземных и наземных способов разработки.

Пособие может быть полезно для специалистов-технологов специализирующихся в области нетрадиционных способов добычи углеводородного сырья и студентов специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений».

Рецензент: , доктор технических наук

ISBN                                                                        ©

©

© РКНТЦ, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………………...	4
Глава 1. Горючие сланцы, их реологические свойства и компонентный состав……………..…..………………………………….	5
Вопросы для самоконтроля………………………………………………	24
Глава 2. Особенности размещения и геологического строения месторождений горючих сланцев на территории России.......................	25
Вопросы для самоконтроля………………………………………………	43
Глава 3. Технологии добычи горючих сланцев………………………..	44
3.1. Разработка горючих сланцев с использованием наземной перегонки……………………………………………………………	48
3.2. Разработка горючих сланцев с использованием подземной перегонки……………………………………………………………	59
Вопросы для самоконтроля………………………………………………	76
Заключение………………………………………………………………..	78
Список литературы……………………………………………………….	79

Введение

Горючие сланцы уже длительное время привлекают внимание специалистов не только, как источник достаточно экономичной тепловой энергии, особенно в районах бедных лесными ресурсами, но также как сырье содержащее достаточно большое количество других веществ полезных для нефтеперегонной и химической промышленности.

В середине 20 века интерес к перечисленным достоинствам горючих сланцев значительно ослаб ввиду бурного развития нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Однако постепенно по мере выработки основных запасов нефти и быстрого роста цен на нее и продукты ее переработки интерес к возможностям горючих сланцев в качестве источника углеводородного сырья стал неуклонно расти, что способствовало новому развитию сланцедобывающей и сланцеперерабатывающей промышленности в различных странах в начале 21 века.

В настоящем пособии авторы ставят перед собой задачу ознакомить специалистов-технологов и студентов специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» с современными достижениями в области добычи горючих сланцев.

Глава 1. Горюче сланцы, их реологические свойства и компонентный состав

Термин «горючие сланцы» имеет различные значения. В широком его понимании горючими сланцами называются высокозольные горючие твердые полезные ископаемые, содержащие вещества различного происхождения и различных условий и стадий преобразования. Этот термин включает: углистые, битуминозные, пиробитумные и липтобиолитовые сланцы, высокозольные сапропелиты и другие породы с повышенным содержанием органического вещества.

С термином «горючие сланцы» более правильно связывать понятие о самостоятельном виде ископаемого топлива, со­держащем особую горючую составляющую: так называемый кероген. Таким образом, керогеном в узком смысле называ­ется органическое вещество горючих сланцев. Однако веще­ство богхедов, некоторых сапропелитов, барзасита и балхашита обладает сходными свойствами с керогеном горючих сланцев. На обзорных диаграммах эти вещества объединены в одной группе, в пределах которой намечается общий для них генетический ряд диагенеза и метаморфизма [1]. При­мерно такими же свойствами обладают ископаемые смолы и вещество некоторых растительных оболочек (экзинит) - кутикул листьев и стеблей, оболочек спор и пыльцы, коры некоторых деревьев. Все эти вещества на основании сход­ства их свойств следует рассматривать в одной группе ке рогенов.

По элементарному составу керогены занимают промежу­точное место между углями и битумами. Они не растворя­ются ни в каких растворителях, что обусловлено большой ве­личиной их молекул (молекулярная масса больше 1000). Более или менее сильно они набухают в бензоле и других жидкостях; водой не смачиваются и в ней не набухают.

Под действием агентов метаморфизма керогены изменя­ются труднее, чем гумусовые вещества; поэтому в одинако­вых условиях, например в одном разрезе пласта, они обла­дают меньшей молекулярной уплотненностью и упорядоченно­стью, чем гумусовые вещества и антракоиды.

Барзасит, богхеды и многие другие сапропелиты содержат довольно чистый кероген. В виде примеси он содержится в торфах, сапропелях, бурых и каменных углях. По-видимому, некоторые нерастворимые составные части битумов (битум­ные карбоиды) также следует причислить к керогенам.

Балхашит состоит из остатков микроводорослей в стадии накопления. Он встречается в песке на берегах залива Ала-Куль на юге оз. Балхаш.

Органические жидкости из балхашита экстрагируют 24% растворимых веществ, которые состоят в основном из выс­ших жирных кислот и не содержат смолистых веществ.

Не растворимый в органических жидкостях остаток балхашита (а также куронгита), т. е. кероген, при нагревании до 200 °С начинает разлагаться и превращаться в густую черную жидкость. В результате нагревания с 2%-ным раствором едкого натра в автоклаве он деполимеризуется при 200 - 225°С и переходит в раствор. При подкислении из этого раствора выделяются жидкие органические кислоты, которые полностью растворимы в эфире. На воздухе они постепенно густеют и через 15-20 суток превращаются в каучукообразный материал. Первичный деготь балхашита не содержит фенолов и асфальтенов.

Куронгит сходен с балхашитом. Он имеет зеленовато-бу­рый цвет и напоминает резину. В аппарате Сокслета бензином извлекают из куронгита 57,4% углеводородов, затем бензолом извлекают еще 5%. Во всех экстрактах преоблада­ют жирные кислоты. Смолистых веществ нет.

Таким образом, балхашит и куронгит являются в основ­ном жировыми образованиями.

Сапропелиты Иркутского угленосного бассейна и богхеды содержат, мало растворимых веществ (1-4%). Извлеченные из них углеводороды состоят из ряда метана, насыщенных кислородных соединений, высших жирных кислот и ангидри­дов.

Нерастворимый остаток имеет тем более высокую темпе­ратуру плавления, чем более ассоциирован кероген. Обычно остаток начинает плавиться выше 300°С, причем весь пре­вращается в темную жидкость и не обугливается. В результате омыления спиртовой щелочью значительная часть ос­татка превращается в непредельные жирные кислоты.

Таблица 1 – Результаты исследования битума, извлеченного из кукерсита после нагревании при 350єС

Показатели	Битум	Растворимая часть битума	Не растворимая в спрте часть битума
вся раствори- мая чвсть	асфаьтены	мальтены	вся раствори- мая часть	асфаьтены	мальтены
Выход из керогена, %	71,3	27,6	-	-	43,7	-	-
Элементарный состав, % С Н N О	81,8 8,7 0,4 9,1	81,2 9,1 0,8 8,9	79,6 9,1 - 11,3	81,8 9,85 - 8,4	84,0 8,0 0,4 7,6	- - - -	- - - -
Молекулярная масса	350	274	11,3	8,4	550	-	-
Числа Кислотное Эфирное Омыления Гидроксильное	9,5 54,1 63,6 147,5	10,3 37,3 47,6 174,3	- - - -	- - - -	5,4 57,2 62,6 93,6	- - - -	- - - -
Функциональные группы, % -ОН -ОСН3 -СО	4,5 0,14 11,0	5,3 0,25 12,7	- - -	- - -	2,8 0,23 11,4	- - -	- - -
Н-активный	0,5	0,5	-	-	0,4	-	-
Сухая перегонка, % Гє Вє Тє ПКє	18,0 0,6 55,1 26,9	5,8 0,0 76,9 17,3	11,7 0,0 63,3 25,0	9,3 0,0 75,9 14,8	16,7 0,0 52,6 30,7	19,2 0,0 39,5 41,3	12,1 0,0 70,7 17,2
Содержание фенолов в дегте, %	17,7	33,6	41,7	18,5	15,7	16,8	7,6

Кукерсит - горючий сланец, залегающий в кукерском яру­се ордовикской системы Прибалтики. Согласно общепринятым представлениям, он образовался из сапропеля, отложившегося в открытом море на глубине около 150 м, причем суще­ственную составную часть его исходного материала дали планктонные микроводоросли.