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        石油科普二則

        時間:2023-04-23 16:04 來源:石油與裝備23年4月 作者:宮柯

        漠大線輸油管道

         
        石油是當下最熱門的能源和化工原料,國際間的大宗交易,長距離大口徑輸油管道是輸送能力最大、損耗率最小、安全性最好、運營成本最低、效率最高、速度最快的首選運輸方式。目前,我國已經建成了中哈(哈薩克斯坦)、中亞(土庫曼斯坦、烏茲別克斯坦)、中緬(緬甸)、中俄(俄羅斯)四條從國外向國內輸送油氣的大動脈。漠大線(漠河——大慶)是我國從俄羅斯引進能源的重要通道之一,每年3000萬噸的輸油能力相當于現今一個大慶油田的總產量。
         
        漠大線首站北起黑龍江右岸的興安鎮西南,與俄羅斯遠東輸油管道斯科沃羅季諾分輸站相連;南抵大慶油田林源作業區末站的儲備油庫,與國內原有的“八三”輸油管道貫通。這條輸油大動脈共建設了兩條口徑813毫米,單線年輸油能力1500萬噸的管道。其中漠一線全長925公里,2009年5月18日開工建設,2011年1月1日投產運營;漠二線全長932.1公里,2016年8月13日開工建設,2018年1月1日建成投產。兩條輸油管道并行于大興安嶺的綿綿群山之中,延展至廣闊無垠的松嫩平原,宛若埋在地下的黑色長龍,穿越了440公里的原始森林、108公里的永久凍土帶、5個自然保護區、跨過11條大中型河流、15處鐵路、途經5市12縣的轄區,把我國從俄羅斯購買的原油輸送到內地。與其他三條輸油管道相比,漠大線是我國獨立設計建造的緯度最高、氣候最嚴寒、安全環保標準最嚴苛、管理難度最大的跨國長輸石油管道。這條管道的建成投產,標志著我國大口徑管道的制造和設計施工能力均達到了國際一流的先進水平。
         
        接收俄羅斯原油的漠大線首站,坐落于北緯53度線的山巒之中,建有60萬立方米庫存容量的儲罐區,泵房廠里安裝了17臺大型輸油泵機組、多套精準的原油計量儀表和標定裝置,站區內還設有監測原油質量的化驗室,以及消防和遠程監控設備。全部自動化、智能化的流程管理一目了然,操作人員只需坐在計算機的屏幕前按動鍵盤就可以下達指令,每天24小時不間斷地將接收到的俄羅斯原油,按照預設的溫度、壓力、流量轉輸到大慶油田的儲備庫。

        蔚為壯觀的漠大線輸油管道起點,是“北極國門第一站”,猶如鑲嵌在雄雞形國土雞冠上的一顆明珠,日夜放射出保障國家能源安全的絢麗光澤。建成以來,在冬季氣溫低于攝氏零下50度的極寒環境下安全運行無事故,累計輸送原油數億噸,為緩解我國能源短缺的現狀做出了卓越貢獻。
         
        頁巖油氣資源
         
        近些年,頁巖油氣的勘探開發成為新聞媒體頻頻報道的熱點,但是眾多的普通人并不清楚到底什么是頁巖油氣。要想弄明白這個問題,首先得說一說頁巖的來歷。
         
        現代地質學根據不同成因,把構成地殼的巖石分為三個大類:由巖漿活動形成的巖石稱為巖漿巖,亦稱火成巖,例如火山噴發冷凝結晶的花崗巖就是最常見的巖漿巖。因水或風流動的外力搬運作用形成的巖石稱為沉積巖,用來燒制石灰的石頭,就是水中溶解的鈣元素逐漸沉淀形成的一種沉積巖。已經形成的巖漿巖、沉積巖雖然看起來很堅硬,但是都抗不住長時間的磨礪,在數千萬年乃至上億年的演化中會發生蛻變,這種改變了原有性質的巖石稱為變質巖。三大類巖石當中,沉積巖的總量雖然僅占5%左右,卻覆蓋了地殼75%的面積,是蘊藏化石類能源礦物的主體,與煤碳、石油、天然氣的關系最為密切。
         
        頁巖是沉積巖當中的一個大家族,解釋詞匯的《辭?!芬粫o出了明晰的定義,特指“由各種粘土壓緊而成的粘土巖。層理明顯,沿層理易剝成薄片。是沉積巖當中分布最廣的一種巖石。顏色不定,一般為灰色、褐色或黑色。常見的類型有鈣質頁巖、硅質頁巖、碳質頁巖等。”由于構成頁巖的主要成分是細如粉末的粘土壓實所致,顧名思義很像由紙張裝訂的書本,層層疊疊的特征十分鮮明。地質學家把近似平行、薄厚不均的分層狀態賦予了一個專業名詞叫做層理。頁巖的層理如同地書的頁碼,因而也叫頁理。
         
        由于頁巖絕大部分是在海洋或者大型湖泊環境下緩慢沉淀、堆積、壓實形成的巖層。因而質地細膩,十分致密,幾乎沒有孔隙,連純凈的空氣也難于滲透過去。頁巖曾經是埋葬大量遠古生物的墳場,多數遺骸在漫長、高溫、缺氧的的地質演變中被逐漸分解,少數變成了化石,因此其中富含的有機物質遠遠高于其它巖石。當代的主流地質學家普遍認定頁巖地層是孕育石油和天然氣的溫床,故而把古生物化石含量豐富、厚度比較大的頁巖地層視為誕生油氣的故鄉,在石油地質學的專業術語中稱其為烴源巖,簡而言之就是生油層。
         
        頁巖地層能夠生成油氣的復雜過程,已經被大量的科學實驗反復證明,但是并不等于能夠形成油氣藏。已經轉化成石油天然氣的油珠和氣泡很不安分,依靠比水輕、易于流動的特性,一旦有機會便四散逃逸,在地層細小的空隙或者裂縫中隨波逐流,無孔不入,浮力的作用致使漂浮的油氣逐漸向上遷徙。這個流浪的過程,在石油地質學中叫做一次運移。
         
        能夠逃脫頁巖地層束縛的油氣雖然僅是一小部分,但是聚少成多的數量不可小覷。當地下水把分散的油珠、氣泡帶到無路可逃的地層圈閉時,就像被裝進了一個沒有出口的容器,遵循重力分異的原理,相對密度最輕的天然氣浮在上層,石油懸在中間,被下面的水托舉著穩定下來,聚集成一定儲量規模的油氣藏。如果遇到火山、地震等自然力的破壞,聚集成藏的油氣還會再次逃逸,這個過程叫做二次運移。以往的油氣勘探,主要是尋找經過運移導致油氣聚集成藏的地質條件,發現的地質儲量統稱為常規油氣。
         
        地質學家們都知道,滯留在頁巖地層中出不來的油氣數量相當龐大。由于頁巖地層的致密性,被束縛住的零散油氣無法聚集到一起,失去了商業化開采的利用價值。例如在我國東北的撫順地區就蘊藏了大量的油母頁巖,石油的含量平均在5%左右,有些劃根火柴就可以點燃。挖掘這種少量含油的頁巖進行粉碎蒸餾,可以獲得一定油氣產量,但是成本太高,效益遠低于開采儲量豐富的油氣藏。
         
        被冷落了多年的頁巖油氣儲量,如同食之無肉棄之可惜的雞肋。21世紀初葉,隨著科學技術的飛速進步出現轉機,美國的石油工程師率先探索出開采頁巖油氣的有效方法,他們充分研究了頁巖地層沉積厚度大、硬度低、層理發育、易于產生裂縫的特征。運用現代導向鉆井技術打出了大段水平井眼,在盡可能增大滲流面積的基礎上,再進行大規模水力壓裂改造地層,將致密頁巖破碎出大量相互溝通的縫隙,為分散滯留的油氣打開了流向井筒通道。這項異想天開,打破常規的綜合技術成功運用,使沉寂多年的頁巖油氣儲量變廢為寶,獲得了可以和開發常規油氣相媲美的可觀產量,雖然成本略高,但是在國際油價不低于每桶50美元情況下經濟效益明顯。頁巖油氣的大量開采,不僅大幅度縮減了美國對進口油氣的依賴,還掀起了一場改變世界能源格局的洶涌浪潮,學術界稱為非常規的頁巖油氣革命。
        我國領土遍布沉積巖地層,預測頁巖油氣的儲量十分豐富,可排在世界的第三位。學習借鑒美國的成功經驗,十年前已經開始了針對我國頁巖地層特征的科學研究,在四川率先建成了第一口開采頁巖氣的生產井,取得重大突破,近期探明并投入開發的涪陵頁巖大氣田名列國內榜首。目前在長慶、大慶、勝利、新疆等主力油田相繼建立了開采頁巖油氣的生產示范區,正在總結經驗優化方案,一個頁巖油氣蓬勃發展的新時代撲面而來。
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