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主要油气伴生矿产综合评价体系探究

来源:原创论文网 添加时间:2019-10-17

  摘    要: 油气伴生矿产综合评价中的一项重要内容就是依据伴生矿产综合工业品位评价其可利用性和经济意义等。文章参照相关标准、资料、文献并依据相关原则,初步制定了天然气中硫化氢、二氧化碳、氦气,油田卤水及其中的伴生元素和原油及沥青等衍生物中的多种伴生元素的综合评价指标。随着技术的进步、经济的发展以及地缘政治、战略储备、贸易保护等因素的影响,油气伴生矿产的综合评价指标可能会降低。

  关键词: 油气伴生矿产; 综合评价; 指标;

  Abstract: Based on the comprehensive industrial grade of associated minerals, it is an important content for comprehensive evaluation of oil and gas associated minerals to evaluate their availability and economic significance. According to relevant standards, materials, literature and relevant principles, the comprehensive evaluation indexes of hydrogen sulfide, carbon dioxide, helium in gas, oil field brine, its associated elements and various associated elements in crude oil and asphalt derivatives are preliminarily formulated. With the progress of technology, development of economic and the influence of geopolitics, strategic reserve, trade protection as well as other factors, the comprehensive evaluation index of oil and gas associated minerals may be reduced.

  Keyword: oil and gas associated minerals; comprehensive evaluation; indicator;

  0、 引言

  近年来的勘探实践表明,我国油气资源潜力较大,勘探领域形势十分广阔,大型油气田将不断被发现[1]。但油气资源开发面临机遇与挑战并存的形势,油气勘探的难度将越来越大,勘探开发技术要求将越来越高[2]。在这种资源背景和勘探开发技术发展趋势下,油气勘探开发单位必须在深化地质认识的同时拓宽勘探领域,提升油气共伴生资源的综合开发利用技术,降低资源门槛,积极培育新的经济增长点。因此,未来油气勘探人员应对油气伴生矿产资源具有清晰的认识,了解其综合评价指标。在油气勘探中,若发现达到工业综合品位的伴生资源一定要慎重对待,加强研究。本文就参照相关标准、资料、文献并依据相关原则,对主要油气伴生矿产综合评价指标进行初步分析,以供参考。

  1、 伴生矿产与综合评价

  油气伴生矿产指在油气勘探开发过程中,发现或钻遇的未达到工业品位(指标),不具有单独开采价值,但通过开采油气,可以综合回收利用的其它有用组分矿产。油气伴生矿产的种类有很多,基本上是以液态或气态方式赋存于原油、天然气中。目前发现的主要有:与天然气伴生的硫化氢、二氧化碳、氦气等;赋存于天然气中的汞;油田卤水及其中的伴生元素,以及与原油、沥青等衍生物伴生的多种金属元素。

  油气伴生矿产综合评价是指在油气勘探开发过程中,为综合开发利用油气伴生矿产,对其赋存形式、分布规律、品位指标、储量估算、可利用性及经济意义等进行研究和评价 [3]。也就是说,油气伴生矿产是否具有经济价值,能否被开发利用,主要是看其品位是否达到了工业综合利用品位。而油气伴生矿产的综合利用品位的制定是一个极其复杂和漫长的过程,并有其特定的原则和方法,要在综合论证的基础上研究制定。

主要油气伴生矿产综合评价体系探究

  综合论证主要包括地质、技术和经济三个方面研究内容。地质条件方面主要包括油气伴生矿产的成因类型、储量规模、分布规律等,此外还要考虑有用、有益、有害组分的赋存状态。技术条件方面主要包括矿产资源的开采方式、开采技术条件,同时还要充分考虑后续的加工、回收利用等技术条件。经济条件方面不仅要考虑市场需求及发展趋势、未来几年的矿产品平均价格和经济效益等,还要充分考虑国家资源政策、外部建设条件等多方面因素。

  2 、主要伴生矿产综合评价指标分析

  2.1、 硫化氢、二氧化碳

  硫化氢和二氧化碳是油气藏中常见的非烃气体。我国已在四川、华北、鄂尔多斯、塔里木和渤海湾等多个盆地和地区发现高含硫或含硫化氢天然气藏,其中四川盆地分布最广、规模最大。

  天然气中的硫化氢气体,是有毒有害的气体,大气中硫化氢的浓度达到150mg/kg时,就会刺激人的眼睛,使人看不清,进入呼吸道后会使人感到呼吸困难,感到麻痹,神经错乱;当浓度达到800mg/kg时,两分钟内人就会死亡。根据天然气中硫化氢含量高低,可以将其划分为低、中、高硫化氢气体。低硫化氢气体,硫化氢的含量小于0.3%(约4600 mg/m3);中硫化氢气体,硫化氢的含量为0.3%~5%;高硫化氢气体,硫化氢的含量大于5%(约76800 mg/m3)。

  国家标准GB 17820—2012《天然气》,为充分利用天然气的自然属性,依照不同要求,并结合我国天然气资源的实际情况,根据总硫、硫化氢和二氧化碳含量的多少,将其划分为三类。一类和二类气体主要用作民用燃料和工业原料或燃料,三类气体主要作为工业用气。一类、二类、三类天然气中硫化氢含量分别不大于6mg/m3、20mg/m3、350mg/m3;一类、二类天然气中二氧化碳含量分别不大于2.0%和3.0%(表1)[4]。

  表1 天然气技术指标
表1 天然气技术指标

  同时,石油行业标准SY/T 6610—2014含硫化氢油气井井下作业推荐作法中规定:硫化氢浓度<15mg/m3,对生命和健康有潜在风险,在控制下作业;15mg/m3≤硫化氢浓度<30 mg/m3,对生命和健康有一定影响,危险井在受控下作业;硫化氢浓度≥30 mg/m3,对生命和健康有威胁;硫化氢浓度≥150 mg/m3,对生命和健康有极大威胁。

  表2 美国德克萨斯州制定的硫回收指标(1997年)
表2 美国德克萨斯州制定的硫回收指标(1997年)

  表3 加拿大制定的最低硫回收率新标准
表3 加拿大制定的最低硫回收率新标准

  在天然气中提取回收有毒气体硫化氢,是变害为利、变害为宝的重大举措。天然气净化后的酸气中主要含有H2S和CO2等气体,若将酸气直接放空,不仅会对人体造成危害、对环境造成污染,而且是对资源的极大浪费。因此必须对脱硫脱碳后的酸气进行后续处理,主要有四种方式:硫磺回收、生产化工产品、灼烧排放以及酸气回注,其中最经济环保的工艺为硫磺回收。在制定SO2排放标准时,也须充分虑及制硫行业的特殊性,不同国家有不同的标准(参见表2、表3)[5]。

  表4 中国SO2排放达标标准部分内容(GB 16297—1996)
表4 中国SO2排放达标标准部分内容(GB 16297—1996)

  我国也有现行的标准,GB 16297—1996对废气中SO2的排放速率和浓度都有严格规定(表4)。仔细对比后,可以看出我国对SO2的排放浓度要求非常高,新建标准的排放浓度必须小于960mg/m3,折算成H2S为510mg/m3。

  此外,在地质行业标准DZ/T 0217—2005石油天然气储量计算规范中规定了烃类气和非烃类气地质储量的计算要求:硫化氢含量大于0.5%,二氧化碳含量大于5%,氦含量大于0.1%时,应计算储量。

  四川盆地普光气田天然气组分中H2S含量较高,一般为12.68%~16.89%,平均为15.2%,它是我国首个成功投入开发的整装海相高含硫化氢气田。目前,普光净化厂高含硫天然气年处理能力为120亿m3,年产硫磺210万吨,约占我国硫磺总产量的45%。

  综合上述各项指标、条件及生产开发利用的实际情况,通过分析、计算认为:①将硫化氢浓度510 mg/m3作为天然气脱硫处理的下限标准;②硫化氢作为矿产资源估算资源量或储量的起算标准下限为大于或等于0.5%(约7680 mg/m3);③能够工业利用,且具有一定经济价值的硫化氢综合评价指标为10%。

  另外,我国东部含油气盆地中,具有多个富二氧化碳气田,如松辽盆地的万金塔气田、渤海湾盆地的黄骅油气田、苏北盆地的黄桥气田等。据有关资料,综合地质特征和工业可利用性,CO2气藏应该以CO2浓度大于60%为标准,才有一定的经济意义。但随着环保意识的加强和中国不断加大缩放减排力度,直接从地下开采二氧化碳的行为本身就与我国减排目标相悖。

  综合上述各项指标、条件、实际情况,分析认为:①将二氧化碳浓度3%作为天然气处理的标准下限;②将二氧化碳作为矿产资源估算资源量或储量的起算标准下限为大于或等于5%。由于开采二氧化碳的行为本身就与我国减排的目标相悖,这里对其综合利用指标不做评价和分析。

  2.2 、氦气

  地球上的氦气赋存形态主要有三种:一是作为油气伴生气聚集于油气藏中;二是作为非烃伴生气聚集于非烃气藏中;三是作为水溶气存在于地热田中。世界上所发现的天然气中氦气含量最高可达8%左右,而大多数含量低于2%。

  我国氦气产业长期面临资源短缺与利用率不足双重问题,所需资源长期依赖进口,工业用氦对外依存度几近百分之百,并且需求量逐年增长。多年的勘探和研究证实,氦气在中国的分布范围较广泛,部分油气藏、非烃气藏,以及地热田开采伴生气体中均存在一定的氦气资源。在东部的松辽、海拉尔、渤海湾、苏北、三水盆地,以及中西部的四川、鄂尔多斯、渭河、柴达木、塔里木等10个盆地都检出过氦气含量超过0.1%的天然气样品。但我国天然气中氦气含量较低,唯一工业化生产氦气的威远气田的氦气含量平均只有0.2%。

  综合氦气的特性、天然气中的实际含量以及我国国情等多方的情况,并依据相关的标准规范,分析认为,将0.1%的含量作为氦气综合开发利用的工业指标。

  2.3、 天然气中的汞

  在天然气、凝析气和原油中通常会含有汞和汞化合物。国内外天然气中汞含量的数据统计显示,源岩母质类型决定汞含量,煤型气中汞含量普遍高于油型气汞含量;部分含油气盆地油型气汞含量较高,这主要与深大断裂的发育、岩浆活动和深部地质过程有关。垢艳侠等根据全球天然气的汞含量分布特征,将天然气划分为3类,即低含汞天然气(汞含量<5000 ng/m3),中等含汞天然气(汞含量5000~50000 ng/m3),高含汞天然气(汞含量>50000 ng/m3)。从我国天然气样品中汞的含量测定结果来看,差别较大:煤型气样品中汞含量为10~3000000 ng/m3,通常大于700 ng/m3,算术平均值为79685 ng/m3;油型气样品汞含量为4~142000 ng/m3,一般小于600 ng/m3,平均值为6875 ng/m3。

  据矿产资源综合勘查评价规范,在大多数金属矿床中汞作为伴生矿产,其综合评价参考指标多为0.005%。据此推算在金属矿石中,汞的综合评价参考指标为50克/吨。在标准大气条件下,1吨天然气大约为1408.5m3,按照固体金属矿石汞的综合评价的指标推算,天然气中汞的含量要超过50克/1408.5m3,即35000000ng/m3,才会有利用价值。然而,实际上天然气中汞的含量非常低,即使是目前发现汞含量最高的德国北部蒙斯特气田,汞的含量才有4000000ng/m3,这个数值大约是推算数值十分之一。由此看来目前国内发现所有气田中天然气中汞的含量都达不到数量级别,至少目前或近期内不能作为资源开发利用。

  2.4、 油田水及其伴生元素

  油气与卤水共存的现象十分常见,油田卤水中的伴生元素多以离子或化合物方式赋存。油田卤水主要分布在各类沉积盆地特别是大中型含油气沉积盆地中,例如我国的四川盆地、江汉盆地、柴达木盆地西部,有的地方已经对油田卤水进行了开采和开发利用。油田卤水中的伴生元素有很多,其中含量较丰富,且具有一定潜在经济价值的伴生元素主要有钾、锂、硼、溴、碘、锶、铷、铯等。从油田卤水中可获得许多伴生矿产资源产品,其中具有一定的利用价值和经济意义的产品主要有氯化钾(硫酸钾)、硼酸(硼砂)、碳酸锂、溴、碘、碳酸锶、铷、铯等。

  参考国家标准和地质行业标准等资料,油田卤水的工业利用指标矿化度一般要大于等于100g/L,各主要伴生元素品位指标如表5[6,7]。

  表5 油田卤水中主要伴生元素的综合评价指标
表5 油田卤水中主要伴生元素的综合评价指标

  2.5、 原油及沥青等衍生物中的伴生元素

  原油及沥青等衍生物中通常富含多种伴生的金属元素,尤其是以V、Ni、Mo、U、Hg、Au、Pb、Zn等亲烃类元素居多。由于油气勘查开采方式与可地浸入砂岩铀矿类似,因此可以参考铀矿床的伴生组分的综合评价指标国家标准来确定原油及伴生元素综合评价指标[7](表6)。另外,铀的工业品位指标是0.01%,铀作为铁矿床的伴生组分的综合评价指标为0.005%,铀作为铅锌矿床或磷矿床伴生组分的综合评价指标均为0.02%,综合分析认为,铀作为油气伴生元素,其综合评价指标宜定为0.005%。

  表6 石油及沥青主要伴生元素的综合评价指标
表6 石油及沥青主要伴生元素的综合评价指标

  3、 合理性、继承性分析

  前文所探讨的综合评价指标,主要是在实际的地质情况和当前的技术、经济等条件基础上,同时参考安全、环保等因素,采用综合指标评价法及专家打分推荐法而确定的,因此各油气伴生矿产的综合评价指标具有相当的合理性。但随着技术的进步、经济的发展以及生产规模的扩大,综合工业指标可能还会降低。例如,富硫化氢天然气是硫磺的一种重要来源,我国四川从含硫的天然气中回收硫磺占我国硫磺总产量的30%。随着脱硫工艺的发展和成本的降低,以及生产规模的扩大,硫化氢的综合工业指标可能会降低。再如,受地缘政治、贸易保护、战略储备等因素的影响,氦气未来价格可能持续走高,由此可能造成其综合工业指标的降低。

  4、 结论

  (1)油气田勘探开发过程中发现或钻遇的伴生矿产资源有很多,已经开发利用或按照环保、安全要求必须处理、回收的伴生资源主要有赋存于天然气中的硫化氢、二氧化碳、氦气和赋存于油田卤水及其中的伴生元素;已经发现,尚未开发利用的伴生资源主要有赋存于天然气中的汞,以及赋存于原油及沥青等衍生物中的多种伴生金属元素。

  (2)参照相关标准、资料并依据相关原则以及实际情况,初步制定了天然气中硫化氢、二氧化碳、氦气、油田卤水的伴生元素和原油及沥青等衍生物中的多种伴生元素的综合评价指标。估算认为在目前已发现所有气田中天然气中汞的含量都达不到资源级别,至少是目前或近期内不能作为资源开发利用。

  (3)随着技术的进步、经济的发展以及地缘政治、战略储备、贸易保护等因素的影响,未来油气伴生矿产的综合评价指标可能会降低。

  参考文献

  [1]邹才能,赵群,陈建军,等.中国天然气发展态势及战略预判[J].天然气工业,2018,38(4):1-11.
  [2]张大伟.创新勘探开发模式 提升我国油气勘探开发力度[J].中国国土资源经济,2019(8):4-7.
  [3]陈新军,李朋威.油气共伴生矿产分类与综合勘查评价体系框架[J].国土资源情报,2017(8):25-30.
  [4] GB 17802—2012,天然气[S].北京:中国标准出版社,2012.
  [5]朱利凯.我国天然气工业的发展及面临的挑战[J].石油与天然气化工,2002(S1):37-40,2.
  [6] DZ/T 0212—2002,盐湖和盐类矿产地质勘查规范[S].北京:地质出版社,2003.
  [7] GB/T 25283—2010,矿产资源综合勘查评价规范[S].北京:中国标准出版社,2011.

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