油页岩原位挖采对地下水环境的影响研究

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1、油页岩原位挖采对地下水环境的影响研究第1章绪论1.1选题依据及研究意义本课题依托吉林省自然科学基金项目油页岩原位开采对地下水环境的影响（20140101164JC）和教育部国家潜在油气资源（油页岩勘探利用）产学研用合作创新研究项目油页岩开发利用示范区环境现状评价与岩土工程稳定性评价与防治专题。目前，油页岩开发利用典型示范区一期选址工作已基本完成，对示范区的地质、水文地质、工程地质、岩土工程及环境地质进行了调查，同时，完成钻孔3个，钻探进尺450m左右，油页岩原位开采试验即将开展。这些资料均可作为本课题研究的基础，此后在示范区完成的工作也可作为本课题研究的依据

2、。全球油气资源的紧缺，引起国际油价不断地上升，昂贵的原油价格正逐渐影响着我国社会经济的快速发展。同时，随着工业化的飞速发展、城镇化建设的全面推进、汽车工业的迅猛增长等，使国内油气需求量逐年攀升，2010年原油的对外依存度高达54%，并呈逐年上升趋势。面对居高不下的国际油价和巨大的能源需求，我国急需大力开发油页岩、油砂、天然气、煤层气等非常规油气资源。油页岩（又称油母页岩）是一种含可燃有机质的高灰分沉积岩。其灰分含量超过40%，这是它与煤的主要区别；其含油率大于3.5%，这是它与碳质页岩的主要区别。油页岩通过低温干馏工艺可提取出页岩油，页岩油近似原油，可直接作

3、为燃料油，或经过加工处理可生产出柴油、汽油等。油页岩的有机质含量较高，主要为腐泥质、腐殖质或混合型，其发热量一般大于4186.8kJ[1]。全球油页岩资源主要分布在美国、巴西、俄罗斯、中国、爱沙尼亚等国，其储量丰富，折算成页岩油，相当于世界原油探明可采储量的5.4倍[2-3]。我国油页岩资源主要分布在松辽、鄂尔多斯、准噶尔等盆地[4]。2004~2006年，国内首次对我国油页岩资源进行了评价，油页岩探明资源量315亿吨，预测资源量4520亿吨，约85%分布在吉林、辽宁和广东。其中吉林省已探明可采储量为174.5亿吨，约占全国油页岩探明总量的55.3%，其主要

4、分布在农安、桦甸、扶余和汪清罗子沟等地[5]。吉林省油页岩具有含油率不高、埋藏相对较深，矿层厚度不大，地下含水量较大等特点[6]。..1.2国内外研究现状使用最广泛的电加热器为Y形加热器（图1.1）。Y形加热器被置于目标矿带的3个相邻井中，在目标矿带下方的底部实现电气连接。3个电极加热器井在电气配置上采用了三相Y电路，在底部连接端采用中性连接。这样，就构成了3个电极的三合一机组[12]。电加热方式中，以壳牌ICP技术最为成熟。该技术将70~100个Y形加热器，间隔6~12m，安置在指定位置的电加热井中，延伸约600m，在设计上将大部分热输出集中在300m处[

5、13]。本课题以ICP技术为例，进而研究油页岩开发过程中对地下水环境的影响。壳牌ICP开采技术主要包括5部分，分别为冷冻、加热、生产、地面装置及环境恢复[14]。刘志逊、高健、赵寒冬等[15]详细介绍了ICP电加热技术的特点。ICP地下转化工艺主要是利用电加热方式，把热量引入地下来加热油页岩层，使油页岩中干酪根受热裂解为油气，然后将这些油气从地层的孔隙、裂隙中采集到地面进行分离[16-18]。该工艺需要在油页岩开采区地表钻冷冻井、监测井、疏干井、加热井和生产井[19]。冷冻井的作用是在开采之前，向其中注入冷冻液，建立冷冻墙（图1.2）。建立冷冻墙是为了阻挡地

6、下水流入开采区及防止油气的泄露污染地下水。冷冻墙由冷冻井及连接冷冻井的密闭管网组成。第2章研究区概况2.1自然地理油页岩原位开采示范区位于扶余市长春岭镇骑马屯东南部。扶余市位于吉林省西北部，松原市东部，西与松原市宁江区接壤，南隔第二松花江与前郭县、农安县、德惠市为邻，北以松花江为界与黑龙江省肇源县相对，东北隔拉林河同黑龙江省双城市相望，东以回塘沟为界与吉林省榆树市接壤。地理坐标为东经125°0′~126°10′，北纬44°44′~44°30′。长春岭镇位于扶余市东北部，松辽盆地中

7、央坳陷区和东南隆起区的过渡地带。全镇幅员300km2，辖31个行政村，一个街道办事处。总人口52896人。其中非农业人口7087人，镇区人口6743人。骑马屯位于长春岭镇北部，松花江与拉林河交汇处。示范区占地面积约11300m2，本次研究以示范区为中心外扩面积169km2作为研究区范围。扶余市交通便利。京哈铁路、海南省三亚到黑龙江省同江高速公路贯穿南北。102国道、203国道及省道与周边市县相通。境内有吉林省内陆河最重要的天然港口下岱吉码头，方便与邻省货物运输，并可同俄罗斯通航，水陆交通便捷。研究区交通位置见图2.1。.2.2社会经济扶余市的工业体系是以粮食

8、、农副产品深加工和农业肥料制造为主。近年，扶余加大了