Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 Chương 1 THAN ĐÁ 3 1.1. Sự hình thành 3 1.2. Khai thác 4 1.3. Trữ lượng 5 Chương 2 DẦU MỎ 8 2.1. Sự hình thành 8 2.2. Khai thác 9 2.3. Trữ lượng 11 Chương 3 KHÍ THIÊN NHIÊN 16 3.1. Sự hình thành 16 3.2. Khai thác 17 3.3. Trữ lượng 18 Chương 4 DẦU ĐÁ PHIẾN 20 4.1. Đặc điểm dầu đá phiến 20 4.2. Công nghệ khai thác 21 LỜI NÓI ĐẦU Môn học Năng Lượng Tái Tạo có một vai trò quan trọng trong ngành Cơ khí Động lực, giúp sinh viên kiểm tra lại lý thuyết mà mình đã được học, đồng thời hiểu rõ hơn về các năng lượng. Với sự hướng dẫn tận tình của thầy BÙI VĂN GA, chúng em đã hoàn thành bài học và tiến hành làm báo cáo nhằm vận dụng những kiến thức được học Em xin chân thành cảm ơn thầy BÙI VĂN GA đã hướng dẫn tận tâm cho chúng em về môn học năng lượng tái tạo, giúp cho em hiểu được kiến thức sâu rộng và bản chất của nó. Nhưng do kiến thức còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện và làm báo cáo này chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy chỉ dạy thêm. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy đã tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong quá trình tiến hành học tập Đà Nẵng, ngày 8 tháng 4 năm 2019 Sinh viên thực hiện Phạm Phúc Nhật Chương 1 THAN ĐÁ 1.1. Sự hình thành Than đá là một loại đá trầm tích có màu nâuđen hoặc đen có thể đốt cháy và thường xuất hiện trong các tầng đá gồm nhiều lớp hoặc lớp khoáng chất hay còn gọi là mạch mỏ. 1 Hình 1.1 Than đá Thành phần chính của than là cacbon, cùng với sự đa dạng về số lượng của các nguyên tố, chủ yếu là hydro, lưu huỳnh, ôxy, và nitơ. Than là một dạng nhiên liệu hóa thạch. Than đá được hình thành do các vết tích bị nén chặt của thực vật sống trong đầm lầy 250350 triệu năm trước. Đấy là vào kỷ Carbon, khi động vật nguyên thuỷ lần đầu tiên xuất hiện trên cạn. Than đá hình thành từ vết tích của dương xỉ và các động vật nguyên thuỷ khác, bị bùn cát bao phủ và chôn vùi như một dạng đá mới. Trải qua nhiều triệu năm, vật liệu này biến thành than đá. Ngày nay, quá trình tương tự cũng diễn ra ở các đầm lầy than bùn, nơi mà vết tích của các bãi cây bụi thấp mục rữa tạo thành than bùn. Khi than bùn khô, nó cháy giống như than đá. Ở một số nơi trên thế giới, diệp thạch (than nâu) được khai thác. Dạng than đá cứng nhất và tinh khiết hơn gọi là anthracit chứa rất ít tạp chất 1.2. Khai thác Trong cơ cấu sử dụng năng l¬ượng, than được coi là nguồn năng l¬ượng truyền thống và cơ bản. Than được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống. Trước đây, than được dùng làm nhiên liệu trong các máy hơi nước, đầu máy xe lửa; sau đó, than được dùng làm nhiên liệu trong các nhà máy nhiệt điện, than được cốc hoá làm nhiên liệu cho ngành luyện kim. Gần đây, nhờ sự phát triển của công nghiệp hoá học, than được sử dụng như là nguồn nguyên liệu để sản xuất ra nhiều loại dược phẩm, chất dẻo, sợi nhây. Hình 1.2. khai thác than Công nghiệp khai thác than xuất hiện tương đối sớm và được phát triển từ nửa sau thế kỉ XIX. Sản lượng than khai thác được rất khác nhau giữa các thời kì, giữa các khu vực và các quốc gia, song nhìn chung, có xu hướng tăng lên về số lượng tuyệt đối. Trong vòng 50 năm qua, tốc độ tăng trung bình là 5,4%năm, còn cao nhất vào thời kì 1950 1980 đạt 7%năm. Từ đầu thập kỉ 90 đến nay, mức tăng giảm xuống chỉ còn 1,5%năm. Mặc dù việc khai thác và sử dụng than có thể gây hậu quả xấu đến môi trường (đất, nước, không khí...), song nhu cầu than không vì thế mà giảm đi. Theo BP Statistical (2013, 2015 và 2016): từ năm 1991 đến 2015, tình hình khai thác than thế giới có những mốc sụt giảm đáng chú ý với nguyên nhân chính từ các cuộc khủng hoảng kinh tế tài chính lớn trên thế giới. Cụ thể là: 1 Giai đoạn 1991÷1993: Tăng trưởng khai thác than thế giới bị âm (3,9%; 0,8% và 2,7%) do ảnh hưởng từ cuộc khủng hoảng trong lĩnh vực ngân hàng (tác động đến giao dịch thương mại quốc tế) và khủng hoảng của nền kinh tế Ấn Độ (một quốc gia khai thác, sử dụng than lớn trên thế giới). 2 Giai đoạn 1997÷1998: Một lần nữa khai thác than tăng trưởng âm (1,7%) khi châu Á tiêu thụ than lớn nhất thế giới lâm vào cuộc khủng hoảng tài chính. 3 Giai đoạn 2002÷2003: Tốc độ tăng trưởng khai thác than thế giới giảm xuống dưới 1% khi kinh tế Nam Mỹ khủng hoảng. 4 Giai đoạn 2008÷2009: Tốc độ tăng trưởng khai thác than thế giới giảm 0,02% khi cả thế giới rơi vào cuộc khủng hoảng tài chính. Giai đoạn 2014÷2015: Tốc độ tăng trưởng khai thác than thế giới giảm 4,0%, chủ yếu do tác động của giá dầu giảm và suy giảm kinh tế làm cho nhu cầu than giảm. Châu Á dẫn đầu thế giới về sản lượng khai thác than gần như trong toàn giai đoạn 1991÷2015. Xu hướng sản xuất than trong 25 năm qua giữa các khu vực cũng có sự khác nhau. Khu vực Bắc Mỹ giảm, Trung Đông và châu Âu và Eurasia có xu hướng giảm. Trong khi khu vực châu Á Thái Bình Dương, châu Phi, Trung Nam Mỹ có xu hướng tăng mạnh, nhưng đến 2015 thì giảm 1.3. Trữ lượng trữ lượng xác minh than thế giới được thống kê tại thời điểm cuối năm 2015 vào khoảng 891.531 triệu tấn, gồm than antraxit, bitum là 403.199 triệu tấn (45,2%). Còn than á bitum và than nâu là 488.332 triệu tấn (54,8%). Trong đó, ở khu vực châu Âu và Eurasia (Liên Xô trước đây): 310.538 triệu tấn (chiếm 34,8%); châu Á Thái Bình Dương 288.328 triệu tấn (chiếm 32,3%); khu vực Bắc Mỹ 245.088 triệu tấn (chiếm 27,5%); khu vực Trung Đông châu Phi 32.936 triệu tấn (chiếm 3,7%); Trung Nam Mỹ 14.641 triệu tấn (chiếm 1,6%). Trong tổng trữ lượng than khu vực châu Âu và Eurasia 310.538 triệu tấn, gồm than á bitum, than non 217.981 triệu tấn (70,2%) và than antraxit, bitum 92.557 triệu tấn (29,8%). Hình 1.3 trữ lượng than đá thế giới Trữ lượng than phân bố chủ yếu ở Liên bang Nga 157.010 triệu tấn (chiếm 17,6%), trong đó, antraxit và bitum 31,3%. Đức 40.548 triệu tấn (chiếm 4,5%), trong đó, antraxit và bitum 0,12%. Ukraina 33.873 triệu tấn (chiếm 3,8%), trong đó, antraxit và bitum 45,3%. Kazakhstan 33.600 triệu tấn (chiếm 3,8%), trong đó, antraxit và bitum 64%. Séc Bi 13.411 triệu tấn (chiếm 1,5%), toàn bộ là than á bitum và than non. Thổ Nhĩ Kỳ 8.702 triệu tấn (chiếm 1,0%,0), trong đó, antraxit và bitum 3,7% và Ba Lan 5.465 triệu tấn (chiếm 0,6%), trong đó antraxit và bitum 76,5%. Trữ lượng than khu vực châu Á Thái Bình Dương 288.328 triệu tấn, trong đó than antraxit và bitum 157.803 triệu tấn (54,7%), á bitum, than non 130.525 triệu tấn (45,3%). Trữ lượng than phân bố chủ yếu tại các nước: Trung Quốc 114.500 triệu tấn (chiếm 12,8%), trong đó, antraxit và bitum 54,3%. Australia 76.400 triệu tấn (chiếm 8,6%), trong đó antraxit và bitum 48,6%. Ấn Độ 60.600 triệu tấn (chiếm 6,8%), trong đó antraxit và bitum 92,6% và Indonesia 28.017 triệu tấn (chiếm 3,1%), toàn bộ là than á bitum và than non. Trữ lượng than khu vực Bắc Mỹ 245.088 triệu tấn, trong đó antraxit và bitum 112.835 triệu tấn (46,0%), á bitum, than non 132.253 triệu tấn (54,0%). Trữ lượng than phân bố chủ yếu tại các nước: Mỹ 237.295 triệu tấn (chiếm 26,6%), trong đó antraxit và bitum 45,7%. Canada 6.582 triệu tấn (chiếm 0,7%), trong đó antraxit, bitum 52,8%. Ở Việt Nam, than có nhiều loại, trữ lượng lớn, tập trung chủ yếu ở Quảng Ninh (90% trữ lượng than cả nước). Trữ lượng than của nước ta ước chừng hơn 6,6 tỷ tấn, trong đó trữ lượng có khả năng khai thác là 3,6 tỷ tấn (đứng đầu ở Đông Nam As). Sản lượng và xuất khẩu than tăng nhanh trong những năm gần đây. Với mức sản lượng năm 2015, trữ lượng than thế giới đảm bảo khai thác trong 114 năm tiếp theo và hiện đứng đầu trong số các nhiên liệu hóa thạch trên thế giới. Tuy nhiên, thời hạn khai thác của từng khu vực có sự chênh lệch khá lớn phản ánh phần nào chính sách và tốc độ khai thác tài nguyên than của các châu lục và từng nước. Cụ thể là tại khu vực châu Âu và Eurasia 273 năm, Bắc Mỹ 276 năm, châu Á Thái Bình Dương 53 năm. Trữ lượng than thế giới đã giảm từ 1.031.610 triệu tấn năm 2005 xuống 909.064 triệu tấn năm 2005 và 891.531 triệu tấn năm 2015. Chương 2 DẦU MỎ 2.1. Sự hình thành Có tới 45% trữ lượng dầu mỏ có thể khai thác trên thế giới nằm dưới đáy đại dương. Vậy nguồn tài bguyên phong phú này đã được hình thành và tích trữ . Hình 2.1 Sự hình thành dầu Trong chiều dài lịch sử, Trái đất đã trải qua những thời kỳ ấm áp, sinh vật biển phát triển, sinh sôi nảy nở một cách nhanh chóng. Sau khi những sinh vật này chết đi, chúng tích tụ ở đáy biển. Càng tích càng dày, cùng với môi trường dưới đáy biển thiếu oxy, dưới tác động của áp lực và nhiệt độ, chất hữu cơ bị phân giải và hình thành dầu mỏ. 2 Sau đó, trải qua quá trình biến đổi địa chất của địa cầu, dầu mỏ bị phân tán sẽ được đẩy về tập trung ở một vị trí nhất định, dưới sự bảo vệ của tầng trầm tích, chúng sẽ trở thành những kho cất chứa dầu mỏ khổng lồ. 2 2.2. Khai thác Muốn khai thác dầu, người ta khoan những lỗ khoan gọi là giếng dầu. Khi khoan trúng lớp dầu lỏng, thông thường dầu sẽ tự phun lên do áp suất cao của vỉa. Khi lượng dầu giảm thì áp suất cũng giảm đi, người ta phải dùng bơm hút dầu lên hoặc bơm nước hay khí xuống để duy trì áp suất cần thiết. Một số nước có phần lớn các giếng dầu nằm trên đất liền và tương đối nông như Mỹ, Nga, khu vực Trung Đông. Tuy nhiên tại nhiều khu vực khác các giếng dầu được khoan và khai thác ngoài biển kéo theo chi phí khá cao. Thu hồi dầu cơ bản Trong giai đoạn thu hồi dầu cơ bản, sự biến đổi của bể chứa đến từ một số cơ chế tự nhiên. Bao gồm: nước di chuyển dầu vào giếng dầu, sự mở rộng của khí tự nhiên ở phía trên của bể chứa, khí mở rộng ban đầu hòa tan trong dầu thô, và hệ thống hút nước trọng lực do dầu di chuyển từ phần cao đến phần thấp của bể chứa nơi có giếng khoan. Tỉ lệ dầu thu hồi dược trong giai đoạn cơ bản thường là là 515%. 2 Trong khi áp lực ngầm trong hồ chứa dầu là đủ để đẩy dầu lên bề mặt, tất cả những gì cần thiết là phải đặt một bộ van được sắp xết một cách phức tạp trên miệng giếng để kết nối tốt với mạng lưới đường ống dẫn dầu để lưu trữ và xử lý. Đôi khi bơm, như máy bơm hơi và máy bơm điện chìm, được sử dụng để đưa dầu lên bề mặt; chúng được biết đến là hệ thống nâng nhân tạo. Thu hồi dầu bậc hai Trong suốt thời gian sử dụng giếng dầu, áp suất giảm và có khi không có đủ áp suất ngầm để đưa dầu lên bề mặt. Sau khi biến đổi bế chứa bằng cách tự nhiên giảm đi, phương pháp thu hồi cấp hai được áp dụng. Nó dựa vào nguồn cung cấp năng lượng bên ngoài truyền vào bể chứa bằng các hình thức bơm chất lỏng để tăng áp suất bể chứa, do đó thay thế hoặc tăng cường hoạt động tự nhiên của bể chứa bằng cơ cách nhân tạo. Kỹ thuật phục hồi cấp hai làm tăng áp suất của bể chứa bằng bơm nước, bơm lại khí và nâng khí, nghĩa là bơm không khí, cacbon dioxit hoặc một số chất khí khác vào đáy giếng dầu đang hoạt động, giảm khối lượng riêng tổng thể của chất lỏng trong giếng khoan. Tỷ lệ thu hồi dầu điển hình từ các hoạt động bơm nước là khoảng 30%, tùy thuộc vào tính chất của dầu và các đặc tính của đá chứa. Trung bình, tỷ lệ dầu thu hồi sau hai phương pháp cơ bản và cấp hai khoảng 35 đến 45%. 2 Hình 2.2 Cách khai thác dầu Tăng cường thu hồi dầu Hơi được bơi vào nhiều mỏ dầu nơi mà dầu dầy hơn và nặng hơn dầi thô Phương pháp thu hồi dầu tăng cường, hay còn gọi là phương pháp thu hồi dầu bậc ba, tăng tính di động của dầu để tăng sản lượng khai thác. Phương pháp thu hồi dầu nhiệt tăng cường là kỹ thuật đốt nóng dầu, làm giảm độ nhớt của nó và khai thác dễ dàng hơn. Phun hơi nước là hình thức tăng cường thu hồi dầu nhiệt phổ biến nhất, và nó thường được thực hiện qua một nhà máy đồng phát. Loại nhà máy đồng phát này sử dụngtuabin khí để tạo ra điện và nhiệt thải ra được sử dụng để sản xuất hơi nước, sau đó nó được bơm vào bồn chứa. Đây là hình thức thu hồi được sử dụng rộng rãi để tăng cường khai thác dầu ở thung lũng San Joaquin, nơi mà khai thác được loại dầu rất nặng, nhưng chỉ chiếm mười phần trăm sản lượng khai thác dầu của Hoa Kỳ. Bơm lửa cũng là một hình thức tăng cường thu hồi dầu, nhưng thay vì hơi nước, sau đó một phần dầu được đốt nóng tiếp tục đốt nóng dầu xung quanh đó. Đôi khi, chất hoạt động bề mặt (chất tẩy rửa) được bơm vào để làm thay đổi độ căng bề mặt giữa nước và dầu trong bể chứa, di chuyển lượng dầu mà nếu không sẽ vẫn còn lại trong bể chứa dầu. 3 Một phương pháp khác để làm giảm độ nhớt là bơm cacbon dioxit. Phương pháp thu hồi dầu cấp ba giúp tăng thêm 5% đến 15% lượng dầu của bể chứa thu hồi được.2 Trong một số mỏ dầu nặng ở California, phun hơi nước đã tăng gấp đôi hoặc thậm chí gấp ba lần trữ lượng dầu và lượng dầu thu hồi tối đa.4 Ví dụ, xem mỏ dầu MidwaySunset, mỏ dầu lớn nhất của California. Phương pháp thu hồi dầu cấp ba bắt đầu khi phương pháp thu hồi dầu cấp hai không đủ để tiếp tục khai thác, nhưng chỉ khi dầu còn đủ để khai thác có lãi. Điều này phụ thuộc vào chi phí của các phương pháp khai thác và mức giá hiện tại của dầu thô. Khi giá cao, giếng trước đó không có lợi nhuận được đưa trở vào sử dụng trở lại, và khi nó đang ở mức thấp, khai thác được giảm bớt. Việc sử dụng các phương pháp thu hồi dầu vi khuẩn là một phương pháp phục hồi bậc ba. Sự pha trộn đặc biệt của các vi sinh vật được sử dụng để xử lý và phá vỡ các chuỗi hydrocarbon trong dầu, làm cho thu hồi dầu dễ dàng hơn. Nó cũng tiết kiệm hơn so với phương pháp thông thường khác. Ở một số tiểu bang như Texas, có những ưu đãi về thuế cho việc sử dụng các vi sinh vật tăng cường thu hồi dầu. 2.3. Trữ lượng Do trữ lượng đã được chứng minh bao gồm dầu có thể phục hồi trong điều kiện kinh tế hiện nay, các quốc gia có thể thấy sự gia tăng lớn về trữ lượng đã được chứng minh khi được biết, nhưng tiền gửi không kinh tế trước đó trở thành kinh tế để phát triển. Bằng cách này, trữ lượng đã được chứng minh của Canada tăng đột ngột vào năm 2003 khi các bãi cát dầu của Alberta được xem là có khả năng kinh tế. Tương tự, trữ lượng đã được chứng minh của Venezuela đã tăng vào cuối những năm 2000 khi dầu nặng của Orinoco được đánh giá là kinh tế. Lượng dự trữ được liệt kê trong hàng triệu thùng (MMbbl). Cột Năm cho đến khi cạn kiệt sử dụng số liệu sản xuất hàng ngày tính đến năm 2016 1 (nhân với 365). Hình 2.3 Trữ lượng dầu mỏ của các quốc gia trên thế giới Chương 3 KHÍ THIÊN NHIÊN 3.1. Sự hình thành Khí thiên nhiên được tạo ra từ sinh vật phù du, các vi sinh vật sống dưới nước bao gồm tảo và động vật nguyên sinh. Khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ trên đáy đại dương, chúng dần bị chôn đi và xác của chúng được nén dưới các lớp trầm tích. Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt do các lớp trầm tích chồng lên nhau tạo nên trên xác các loại sinh vật này đã chuyển hóa hóa học các chất hữu cơ này thành khí thiên nhiên.3 Hình 3.1 Sự hình thành khí thiên nhiên Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằng các quá trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocarbon này thường được tìm thấy cùng nhau ở trong các bể chứa ngầm tự nhiên. Sau khi dần được tạo nên trong lòng vỏ Trái Đất, dầu mỏ và khí thiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của các tầng đá xốp xung quanh, những tầng đá xốp này có vai trò như các bể chứa tự nhiên. Do các lớp đá xốp này thường có nước chui vào, cả dầu mỏ và khí tự nhiên, vốn nhẹ hơn nước và kém dày đặc hơn các tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên trên qua lớp vỏ, đôi khi cách xa nơi chúng được tạo ra. Cuối cùng, một số hydrocacbon này bị bẫy lại bởi các lớp đá không thấm (đá không xốp), các lớp đã này được gọi là đá mũ chụp. Khí thiên nhiên nhẹ hơn dầu mỏ, do đó nó tạo ra một lớn nằm trên dầu mỏ. Lớp khí này được gọi là mũ chụp khí. Các lớp than đá có chứa lượng mêtan đáng kể, mêtan là thành phần chính của khí thiên nhiên. Trong các trữ lượng than đá, mêtan thường thường bị phân tán vào các lỗ các vết nứt của tầng than. Khí thiên nhiên này thường được gọi là khí mêtan trong tầng than đá (coalbed methane). 3.2. Khai thác Để định vị được các mỏ khí, các nhà địa chất học thăm dò những khu vực có chứa những thành phần cần thiết cho việc tạo ra khí thiên nhiên: đá nguồn giàu hữu cơ, các điều kiện chôn vùi đủ cao để tạo ra khí tự nhiên từ các chất hữu cơ, các kiến tạo đá có thể bẫy các hyđrôcacbon. Hình 3.2 Khai thác khí thiên nhiên Khi các kiến tạo địa chất có thể chứa khí tự nhiên được xác định, thông thường chứ không phải luôn ở bể trầm tích, người ta tiến hành khoan các giếng các kiến tạo đá. Nếu giếng khoan đi vào lớp đá xốp có chứa trữ lượng đáng kể khí thiên nhiên, áp lực bên trong lớp đá xốp có thể ép khí thiên nhiên lên bề mặt. Nhìn chung, áp lực khí thường giảm sút dần sau một thời gian khai thác và người ta phải dùng bơm hút khi lên bề mặt. 3.3. Trữ lượng trữ lượng khí đốt tự nhiên đề cập đến lượng lớn khí tự nhiên , dựa trên các khảo sát địa chất và nghiên cứu kỹ thuật, được cho là tồn tại ở mức độ rất chắc chắn. Ngoài các kiến thức về sự tồn tại của chúng, các trữ lượng này cũng có thể tiếp cận và có khả năng kinh tế để trích xuất. Trữ lượng khí tự nhiên được lan truyền trên toàn thế giới, tuy nhiên, một số nước có khí tự nhiên nhiều hơn những nước khác. Người ta ước tính rằng tổng số lượng dự trữ thế giới khoảng 6 nghìn tỷ feet khối . ước tính sơ bộ cho thấy trữ lượng lớn này là tương đương với khoảng 6000 exajoules của năng lượng . Hình 3.3 Trữ lượng khí tự nhiên của các khu vực Dự trữ Tỷ lệ sản xuất Một cách để suy nghĩ về kích thước của quỹ dự trữ được gọi là dự trữ tỷ lệ sản xuất hoặc R P . Con số này thể hiện số năm mà dự trữ sẽ kéo dài nếu sản xuất và sử dụng tiếp tục ở mức hiện tại. Trữ lượng khí tự nhiên (và tỷ lệ R P) nhỏ hơn trữ lượng than nhưng lớn hơn tỷ lệ R P của dầu . Ước tính cho thấy rằng với tỷ lệ sử dụng hiện tại, có khoảng 60 năm giá trị của khí tự nhiên còn lại. Tuy nhiên, tỷ lệ này cần phải được giải thích cẩn thận vì điều này giả định mức sản xuất hiện tại. Sản xuất đã tăng đều đặn trong vài năm qua với công nghệ cải tiến và có thể tiếp tục tăng. Hơn nữa, con số này không tính đến việc thay đổi giá hoặc phát triển cho phép nhiên liệu được chiết xuất từ các nguồn lực hiện tại . Khí tự nhiên trên toàn thế giới Nga có trữ lượng khí thiên nhiên lớn nhất thế giới, theo sau là Iran và Qatar. Gần đây, khí tự nhiên ngày càng trở nên quan trọng như một nguồn nhiên liệu vì trữ lượng của nó quá lớn. Ngoài dự trữ tồn tại hiện nay, có tiềm năng rất lớn cho nhiều dự trữ được tìm thấy. Ngoài ra, một số hiện tượng khí tự nhiên đang trở thành dự trữ khi công nghệ khoan tiến lên. Những tiến bộ gần đây trong công nghệ khoan cho phép khí tự nhiên được chiết xuất bằng cách bẻ gãy thủy lực từ các thành tạo đá phiến sét . Những công nghệ này đã cho phép mọi người chiết xuất khí thiên nhiên từ những nguồn trước đây là không thể, điều này đã làm tăng trữ lượng khí tự nhiên. Chương 4 DẦU ĐÁ PHIẾN 4.1. Đặc điểm dầu đá phiến Đá phiến dầu là một loại đá trầm tích hạt mịn giàu chất hữu cơ và chứa một lượng lớn kerogen có thể chiết tách các loại hydrocacbon lỏng. Các nhà địa chất không xếp nó vào nhóm đá phiến sét, và hàm lượng kerogen cũng khác so với dầu thô. Kerogen đòi hỏi cần phải xử lý nhiều hơn để có thể sử dụng được so với dầu thô, các quá trình xử lý tốn nhiều chi phí so với sử dụng dầu thô cả về mặt tài chính và tác động môi trường. Sự tích tụ đá phiến dầu diễn ra trên khắp thế giới, đa số là ở Hoa Kỳ. Ước tính lượng tích tụ này trên toàn cầu đạt khoảng 2,8 đến 3,3 ngàn tỷ thùng (450×109 đến 520×109 m3) có thể thu hồi. 4 Hình 4.1 Đá phiến dầu Quá trình nhiệt phân hóa học có thể biến đổi kerogen trong đá phiến dầu thành dầu thô tổng hợp. Nung đá phiến dầu ở một nhiệt độ đủ cao sẽ tạo ra hơi, quá trình này có thể chưng cất để tạo ra dầu đá phiến giống dầu mỏ và khí đá phiến dầu có thể đốt được (khí đá phiến sét cũng được dùng để chỉ các khí xuất hiện tự nhiên trong đá phiến sét). Các ngành công nghiệp cũng có thể đốt trực tiếp đá phiến dầu như là một nguồn nhiên liệu cấp thấp để phát điện và sưởi ấm, và cũng có thể dùng nó như là nguyên liệu thô trong hóa học và sản xuất vật liệu xây dựng. Đá phiến dầu được chú ý đến như là một nguồn năng lượng khi mà giá dầu thô thông thường tăng cao và cũng là một lựa chọn đối với các khu vực phụ thuộc vào năng lượng cung cấp từ bên ngoài. Việc khai thác và xử lý đá phiến dầu liên quan đến các vấn đề môi trường như: sử dụng đất, chất thải, sử dụng nước, quản lý nước thải, phát thải khí nhà kính và ô nhiễm không khí. Estonia và Trung Quốc đã phát triển mạnh các ngành công nghiệp đá phiến dầu, bên cạnh đó Brazil, Đức, Israel và Nga cũng sử dụng đá phiến dầu.4 4.2. Công nghệ khai thác Sau cuộc khủng hoảng dầu năm 1973, sản lượng dầu đá phiến trên thế giới đạt đến đỉnh là 46 triệu tấn trong năm 1980 và sau đó giảm xuống còn 16 triệu tấn năm 2000, do sự cạnh tranh của chương trình dầu mỏ truyền thống giá rẻ thập niên 1980. Công nghiệp dầu đá phiến “phục sinh” trở lại vào những năm đầu thế kỷ XXI. Với công nghệ nứt vỡ thủy lực (hydraulic fracturing hay fracking), nước Mỹ đã tạo nên một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp dầu đá phiến khi việc khai thác loại dầu này trở nên dễ dàng với chi phí và thời gian ngắn hơn. Quá trình khai thác dầu khí đá phiến bằng công nghệ nứt vỡ thủy lực gồm các công đoạn chính sau: Đầu tiên người ta khoan thẳng xuống từ 13 km tùy theo độ sâu của các vỉa đá phiến có chứa dầu khí. Tiếp đó, kỹ thuật khoan ngang sẽ giúp mũi khoan bẻ cua một góc 90 độ và tiếp tục khoan ngang vào vỉa đá với độ sâu từ 12km. Hình 4.2 Khai thác dầu đá phiến Sau khi đã có giếng khoan rồi, người ta dùng một thiết bị đặc biệt để cách ly từng vùng một trong giếng khoan ngang và tạo ra các lỗ nhỏ trên thành giếng lẫn đá phiến bằng việc kích nổ các chất nổ chứa trong thiết bị đó. Một hỗn hợp dung dịch gồm nước, cát và hóa chất (trong đó, nước và cát chiếm đến 99,5%) được bơm thẳng xuống giếng ngang với áp lực cao. Dưới áp lực cao, hỗn hợp dung dịch bị đẩy mạnh vào các lỗ nhỏ trên thành giếng tiếp xúc trực tiếp với đá phiến và khiến cấu trúc đá phiến bị phá vỡ tạo thành nhiều khe nứt li ti về mọi hướng. Tiếp đó, nước được bơm ngược lên trên, chuyển đi xử lý. Dầu và khí sẽ theo những khe nứt này di chuyển ngược lên và được tách lọc trên mặt đất bằng những phương pháp tương tự như đã áp dụng với dầu khí truyền thống. Bất chấp những hoài nghi của “đối thủ” Nga, việc hoàn thiện kỹ thuật nứt vỡ thủy lực trong khai thác dầu khí đá phiến đã khiến sản lượng dầu và khí của Mỹ tăng vọt trong gần một thập kỷ qua. Từ năm 20052013, sản lượng khai thác dầu và khí đá phiến ở Mỹ tăng từ 5% lên đến 35% tổng lượng dầu khí khai thác ở nước này. Hiện Mỹ đã vượt Nga, trở thành nước sản xuất khí đốt lớn nhất thế giới. Còn dầu thì từ năm 2008 đến nay, sản lượng Mỹ khai thác đã tăng đến 70%, lên mức 8,7 triệu thùngngày. Thậm chí, Mỹ nhiều lần tuyên bố trở thành nước sản xuất dầu lớn nhất thế giới trong năm 2014. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 https:vi.wikipedia.orgwikiThan_%C4%91%C3%A1 2https:petrotimes.vnvideodaumoduochinhthanhvatichtrunhuthenao495156.html 3 https:vi.wikipedia.orgwikiKh%C3%AD_thi%C3%AAn_nhi%C3%AAn 4 http:voer.edu.vnmdaphiendau94367fb2
Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương THAN ĐÁ 1.1 Sự hình thành .3 1.2 Khai thác 1.3 Trữ lượng Chương DẦU MỎ 2.1 Sự hình thành .8 2.2 Khai thác 2.3 Trữ lượng 11 Chương KHÍ THIÊN NHIÊN 16 3.1 Sự hình thành 16 3.2 Khai thác 17 3.3 Trữ lượng 18 Chương DẦU ĐÁ PHIẾN 20 4.1 Đặc điểm dầu đá phiến .20 4.2 Công nghệ khai thác 21 SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến LỜI NĨI ĐẦU Mơn học Năng Lượng Tái Tạo có vai trò quan trọng ngành Cơ khí Động lực, giúp sinh viên kiểm tra lại lý thuyết mà học, đồng thời hiểu rõ lượng Với hướng dẫn tận tình thầy BÙI VĂN GA, chúng em hoàn thành học tiến hành làm báo cáo nhằm vận dụng kiến thức học Em xin chân thành cảm ơn thầy BÙI VĂN GA hướng dẫn tận tâm cho chúng em môn học lượng tái tạo, giúp cho em hiểu kiến thức sâu rộng chất Nhưng kiến thức nhiều hạn chế nên trình thực làm báo cáo chúng em khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy dạy thêm Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy tạo điều kiện, hướng dẫn giúp đỡ chúng em trình tiến hành học tập! Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Phạm Phúc Nhật SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Chương 1.1 THAN ĐÁ Sự hình thành Than đá loại đá trầm tích có màu nâu-đen đen đốt cháy thường xuất tầng đá gồm nhiều lớp lớp khống chất hay gọi mạch mỏ [1] Hình 1.1 Than đá Thành phần than cacbon, với đa dạng số lượng nguyên tố, chủ yếu hydro, lưu huỳnh, ôxy, nitơ Than dạng nhiên liệu hóa thạch Than đá hình thành vết tích bị nén chặt thực vật sống đầm lầy 250-350 triệu năm trước Đấy vào kỷ Carbon, động vật nguyên thuỷ lần xuất cạn Than đá hình thành từ vết tích dương xỉ động vật nguyên thuỷ khác, bị bùn cát bao phủ chôn vùi dạng đá Trải qua nhiều triệu năm, vật liệu biến thành than đá Ngày nay, trình tương tự diễn đầm lầy than bùn, nơi mà vết tích bãi bụi thấp mục rữa tạo thành than bùn Khi than bùn khơ, SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến cháy giống than đá Ở số nơi giới, diệp thạch (than nâu) khai thác Dạng than đá cứng tinh khiết gọi anthracit chứa tạp chất 1.2 Khai thác Trong cấu sử dụng l¬ượng, than coi nguồn l¬ượng truyền thống Than sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống Trước đây, than dùng làm nhiên liệu máy nước, đầu máy xe lửa; sau đó, than dùng làm nhiên liệu nhà máy nhiệt điện, than cốc hoá làm nhiên liệu cho ngành luyện kim Gần đây, nhờ phát triển cơng nghiệp hố học, than sử dụng nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiều loại dược phẩm, chất dẻo, sợi nhây Hình 1.2 khai thác than Công nghiệp khai thác than xuất tương đối sớm phát triển từ nửa sau kỉ XIX Sản lượng than khai thác khác thời kì, khu vực quốc gia, song nhìn chung, có xu hướng tăng lên số lượng tuyệt đối Trong vòng 50 năm qua, tốc độ tăng trung bình 5,4%/năm, cao vào thời kì 1950 - 1980 đạt 7%/năm Từ đầu thập kỉ 90 đến nay, mức tăng giảm xuống 1,5%/năm Mặc dù việc khai thác sử dụng than gây hậu xấu đến mơi trường (đất, nước, khơng khí ), song nhu cầu than khơng mà giảm SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Theo BP Statistical (2013, 2015 2016): từ năm 1991 đến 2015, tình hình khai thác than giới có mốc sụt giảm đáng ý với nguyên nhân từ khủng hoảng kinh tế - tài lớn giới Cụ thể là: 1/ Giai đoạn 1991÷1993: Tăng trưởng khai thác than giới bị âm (-3,9%; -0,8% -2,7%) ảnh hưởng từ khủng hoảng lĩnh vực ngân hàng (tác động đến giao dịch thương mại quốc tế) khủng hoảng kinh tế Ấn Độ (một quốc gia khai thác, sử dụng than lớn giới) 2/ Giai đoạn 1997÷1998: Một lần khai thác than tăng trưởng âm (-1,7%) châu Á - tiêu thụ than lớn giới lâm vào khủng hoảng tài 3/ Giai đoạn 2002÷2003: Tốc độ tăng trưởng khai thác than giới giảm xuống 1% kinh tế Nam Mỹ khủng hoảng 4/ Giai đoạn 2008÷2009: Tốc độ tăng trưởng khai thác than giới giảm 0,02% giới rơi vào khủng hoảng tài Giai đoạn 2014÷2015: Tốc độ tăng trưởng khai thác than giới giảm 4,0%, chủ yếu tác động giá dầu giảm suy giảm kinh tế làm cho nhu cầu than giảm Châu Á dẫn đầu giới sản lượng khai thác than gần tồn giai đoạn 1991÷2015 Xu hướng sản xuất than 25 năm qua khu vực có khác Khu vực Bắc Mỹ giảm, Trung Đông châu Âu Eurasia có xu hướng giảm Trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương, châu Phi, Trung - Nam Mỹ có xu hướng tăng mạnh, đến 2015 giảm 1.3 Trữ lượng trữ lượng xác minh than giới thống kê thời điểm cuối năm 2015 vào khoảng 891.531 triệu tấn, gồm than antraxit, bitum 403.199 triệu (45,2%) Còn than bitum than nâu 488.332 triệu (54,8%) Trong đó, khu vực châu Âu Eurasia (Liên Xô trước đây): 310.538 triệu (chiếm 34,8%); châu Á - Thái Bình Dương 288.328 triệu (chiếm 32,3%); khu vực Bắc Mỹ 245.088 triệu (chiếm 27,5%); khu vực Trung Đông - châu Phi 32.936 triệu (chiếm 3,7%); Trung - Nam Mỹ 14.641 triệu (chiếm 1,6%) Trong tổng trữ lượng than khu vực châu Âu Eurasia 310.538 triệu tấn, gồm than bitum, than non 217.981 triệu (70,2%) than antraxit, bitum 92.557 triệu (29,8%) SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Hình 1.3 trữ lượng than đá giới Trữ lượng than phân bố chủ yếu Liên bang Nga 157.010 triệu (chiếm 17,6%), đó, antraxit bitum 31,3% Đức 40.548 triệu (chiếm 4,5%), đó, antraxit bitum 0,12% Ukraina 33.873 triệu (chiếm 3,8%), đó, antraxit bitum 45,3% Kazakhstan 33.600 triệu (chiếm 3,8%), đó, antraxit bitum 64% Séc Bi 13.411 triệu (chiếm 1,5%), toàn than bitum than non Thổ Nhĩ Kỳ 8.702 triệu (chiếm 1,0%,0), đó, antraxit bitum 3,7% Ba Lan 5.465 triệu (chiếm 0,6%), antraxit bitum 76,5% SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Trữ lượng than khu vực châu Á - Thái Bình Dương 288.328 triệu tấn, than antraxit bitum 157.803 triệu (54,7%), bitum, than non 130.525 triệu (45,3%) Trữ lượng than phân bố chủ yếu nước: Trung Quốc 114.500 triệu (chiếm 12,8%), đó, antraxit bitum 54,3% Australia 76.400 triệu (chiếm 8,6%), antraxit bitum 48,6% Ấn Độ 60.600 triệu (chiếm 6,8%), antraxit bitum 92,6% Indonesia 28.017 triệu (chiếm 3,1%), toàn than bitum than non Trữ lượng than khu vực Bắc Mỹ 245.088 triệu tấn, antraxit bitum 112.835 triệu (46,0%), bitum, than non 132.253 triệu (54,0%) Trữ lượng than phân bố chủ yếu nước: Mỹ 237.295 triệu (chiếm 26,6%), antraxit bitum 45,7% Canada 6.582 triệu (chiếm 0,7%), antraxit, bitum 52,8% Ở Việt Nam, than có nhiều loại, trữ lượng lớn, tập trung chủ yếu Quảng Ninh (90% trữ lượng than nước) Trữ lượng than nước ta ước chừng 6,6 tỷ tấn, trữ lượng có khả khai thác 3,6 tỷ (đứng đầu Đông Nam As) Sản lượng xuất than tăng nhanh năm gần Với mức sản lượng năm 2015, trữ lượng than giới đảm bảo khai thác 114 năm đứng đầu số nhiên liệu hóa thạch giới Tuy nhiên, thời hạn khai thác khu vực có chênh lệch lớn phản ánh phần sách tốc độ khai thác tài nguyên than châu lục nước Cụ thể khu vực châu Âu Eurasia 273 năm, Bắc Mỹ 276 năm, châu Á - Thái Bình Dương 53 năm Trữ lượng than giới giảm từ 1.031.610 triệu năm 2005 xuống 909.064 triệu năm 2005 891.531 triệu năm 2015 SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Chương 2.1 DẦU MỎ Sự hình thành Có tới 45% trữ lượng dầu mỏ khai thác giới nằm đáy đại dương Vậy nguồn tài bguyên phong phú hình thành tích trữ Hình 2.1 Sự hình thành dầu Trong chiều dài lịch sử, Trái đất trải qua thời kỳ ấm áp, sinh vật biển phát triển, sinh sơi nảy nở cách nhanh chóng Sau sinh vật chết đi, chúng tích tụ đáy biển Càng tích dày, với mơi trường đáy biển thiếu oxy, tác động áp lực nhiệt độ, chất hữu bị phân giải hình thành dầu mỏ [2] Sau đó, trải qua q trình biến đổi địa chất địa cầu, dầu mỏ bị phân tán đẩy tập trung vị trí định, bảo vệ tầng trầm tích, chúng trở thành kho cất chứa dầu mỏ khổng lồ [2] SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến 2.2 Khai thác Muốn khai thác dầu, người ta khoan lỗ khoan gọi giếng dầu Khi khoan trúng lớp dầu lỏng, thông thường dầu tự phun lên áp suất cao vỉa Khi lượng dầu giảm áp suất giảm đi, người ta phải dùng bơm hút dầu lên bơm nước hay khí xuống để trì áp suất cần thiết Một số nước có phần lớn giếng dầu nằm đất liền tương đối nông Mỹ, Nga, khu vực Trung Đông Tuy nhiên nhiều khu vực khác giếng dầu khoan khai thác biển kéo theo chi phí cao Thu hồi dầu Trong giai đoạn thu hồi dầu bản, biến đổi bể chứa đến từ số chế tự nhiên Bao gồm: nước di chuyển dầu vào giếng dầu, mở rộng khí tự nhiên phía bể chứa, khí mở rộng ban đầu hòa tan dầu thô, hệ thống hút nước trọng lực dầu di chuyển từ phần cao đến phần thấp bể chứa nơi có giếng khoan Tỉ lệ dầu thu hồi dược giai đoạn thường là 515% [2] Trong áp lực ngầm hồ chứa dầu đủ để đẩy dầu lên bề mặt, tất cần thiết phải đặt van xết cách phức tạp miệng giếng để kết nối tốt với mạng lưới đường ống dẫn dầu để lưu trữ xử lý Đôi bơm, máy bơm máy bơm điện chìm, sử dụng để đưa dầu lên bề mặt; chúng biết đến hệ thống nâng nhân tạo Thu hồi dầu bậc hai Trong suốt thời gian sử dụng giếng dầu, áp suất giảm có khơng có đủ áp suất ngầm để đưa dầu lên bề mặt Sau biến đổi bế chứa bằng cách tự nhiên giảm đi, phương pháp thu hồi cấp hai áp dụng Nó dựa vào nguồn cung cấp lượng bên truyền vào bể chứa bằng hình thức bơm chất lỏng để tăng áp suất bể chứa, thay tăng cường hoạt động tự nhiên bể chứa bằng cách nhân tạo Kỹ thuật phục hồi cấp hai làm tăng áp suất bể chứa bằng bơm nước, bơm lại khí nâng khí, nghĩa bơm khơng khí, cacbon dioxit số chất khí khác vào đáy giếng dầu hoạt động, giảm khối lượng riêng tổng thể chất lỏng giếng khoan Tỷ lệ thu hồi dầu điển hình từ hoạt động bơm nước khoảng 30%, tùy thuộc vào tính chất dầu đặc tính đá chứa Trung bình, tỷ lệ dầu thu hồi sau hai phương pháp cấp hai khoảng 35 đến 45% [2] SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Hình 2.2 Cách khai thác dầu Tăng cường thu hồi dầu Hơi bơi vào nhiều mỏ dầu nơi mà dầu dầy nặng dầi thô Phương pháp thu hồi dầu tăng cường, hay gọi phương pháp thu hồi dầu bậc ba, tăng tính di động dầu để tăng sản lượng khai thác Phương pháp thu hồi dầu nhiệt tăng cường kỹ thuật đốt nóng dầu, làm giảm độ nhớt khai thác dễ dàng Phun nước hình thức tăng cường thu hồi dầu nhiệt phổ biến nhất, thường thực qua nhà máy đồng phát Loại nhà máy đồng phát sử dụngtuabin khí để tạo điện nhiệt thải sử dụng để sản xuất nước, sau bơm vào bồn chứa Đây hình thức thu hồi sử dụng rộng rãi để tăng cường khai thác dầu thung lũng San Joaquin, nơi mà khai thác loại dầu nặng, chiếm mười phần trăm sản lượng khai thác dầu Hoa Kỳ Bơm lửa hình thức tăng cường thu hồi dầu, thay nước, sau phần dầu đốt nóng tiếp tục đốt nóng dầu xung quanh Đơi khi, chất hoạt động bề mặt (chất tẩy rửa) bơm vào để làm thay đổi độ căng bề mặt nước dầu bể chứa, di chuyển lượng dầu mà khơng lại bể chứa dầu [3] SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 10 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Một phương pháp khác để làm giảm độ nhớt bơm cacbon dioxit Phương pháp thu hồi dầu cấp ba giúp tăng thêm 5% đến 15% lượng dầu bể chứa thu hồi được.[2] Trong số mỏ dầu nặng California, phun nước tăng gấp đôi chí gấp ba lần trữ lượng dầu lượng dầu thu hồi tối đa.[4] Ví dụ, xem mỏ dầu Midway-Sunset, mỏ dầu lớn California Phương pháp thu hồi dầu cấp ba bắt đầu phương pháp thu hồi dầu cấp hai không đủ để tiếp tục khai thác, dầu đủ để khai thác có lãi Điều phụ thuộc vào chi phí phương pháp khai thác mức giá dầu thơ Khi giá cao, giếng trước khơng có lợi nhuận đưa trở vào sử dụng trở lại, mức thấp, khai thác giảm bớt Việc sử dụng phương pháp thu hồi dầu vi khuẩn phương pháp phục hồi bậc ba Sự pha trộn đặc biệt vi sinh vật sử dụng để xử lý phá vỡ chuỗi hydrocarbon dầu, làm cho thu hồi dầu dễ dàng Nó tiết kiệm so với phương pháp thông thường khác Ở số tiểu bang Texas, có ưu đãi thuế cho việc sử dụng vi sinh vật tăng cường thu hồi dầu 2.3 Trữ lượng Do trữ lượng chứng minh bao gồm dầu phục hồi điều kiện kinh tế nay, quốc gia thấy gia tăng lớn trữ lượng chứng minh biết, tiền gửi không kinh tế trước trở thành kinh tế để phát triển Bằng cách này, trữ lượng chứng minh Canada tăng đột ngột vào năm 2003 bãi cát dầu Alberta xem có khả kinh tế Tương tự, trữ lượng chứng minh Venezuela tăng vào cuối năm 2000 dầu nặng Orinoco đánh giá kinh tế Lượng dự trữ liệt kê hàng triệu thùng (MMbbl) Cột "Năm cạn kiệt" sử dụng số liệu sản xuất hàng ngày tính đến năm 2016 [1] (nhân với 365) SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 11 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 12 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 13 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 14 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Hình 2.3 Trữ lượng dầu mỏ quốc gia giới SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 15 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Chương 3.1 KHÍ THIÊN NHIÊN Sự hình thành Khí thiên nhiên tạo từ sinh vật phù du, vi sinh vật sống nước bao gồm tảo động vật nguyên sinh Khi vi sinh vật chết tích tụ đáy đại dương, chúng dần bị chôn xác chúng nén lớp trầm tích Trải qua hàng triệu năm, áp suất nhiệt lớp trầm tích chồng lên tạo nên xác loại sinh vật chuyển hóa hóa học chất hữu thành khí thiên nhiên.[3] Hình 3.1 Sự hình thành khí thiên nhiên Do dầu mỏ khí thiên nhiên thường tạo bằng trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocarbon thường tìm thấy bể chứa ngầm tự nhiên Sau dần tạo nên lòng vỏ Trái Đất, dầu mỏ khí thiên nhiên dần chui vào lỗ nhỏ tầng đá xốp xung quanh, tầng đá xốp có vai trò bể chứa tự nhiên Do lớp đá xốp thường có nước chui vào, dầu mỏ khí tự nhiên, vốn nhẹ nước dày đặc tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên qua lớp vỏ, SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 16 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến cách xa nơi chúng tạo Cuối cùng, số hydrocacbon bị bẫy lại lớp đá không thấm (đá không xốp), lớp gọi đá "mũ chụp" Khí thiên nhiên nhẹ dầu mỏ, tạo lớn nằm dầu mỏ Lớp khí gọi "mũ chụp khí" Các lớp than đá có chứa lượng mêtan đáng kể, mêtan thành phần khí thiên nhiên Trong trữ lượng than đá, mêtan thường thường bị phân tán vào lỗ vết nứt tầng than Khí thiên nhiên thường gọi khí mêtan tầng than đá (coal-bed methane) 3.2 Khai thác Để định vị mỏ khí, nhà địa chất học thăm dò khu vực có chứa thành phần cần thiết cho việc tạo khí thiên nhiên: đá nguồn giàu hữu cơ, điều kiện chơn vùi đủ cao để tạo khí tự nhiên từ chất hữu cơ, kiến tạo đá "bẫy" hyđrơcacbon Hình 3.2 Khai thác khí thiên nhiên Khi kiến tạo địa chất chứa khí tự nhiên xác định, thơng thường chứ khơng phải ln bể trầm tích, người ta tiến hành khoan giếng kiến tạo đá Nếu giếng khoan vào lớp đá xốp có chứa trữ lượng đáng kể khí thiên nhiên, áp lực bên lớp đá xốp ép khí thiên nhiên lên bề mặt Nhìn chung, áp lực khí thường giảm sút dần sau thời gian khai thác người ta phải dùng bơm hút lên bề mặt SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 17 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến 3.3 Trữ lượng trữ lượng khí đốt tự nhiên đề cập đến lượng lớn khí tự nhiên , dựa khảo sát địa chất nghiên cứu kỹ thuật, cho tồn mức độ chắn Ngoài kiến thức tồn chúng, trữ lượng tiếp cận có khả kinh tế để trích xuất Trữ lượng khí tự nhiên lan truyền tồn giới, nhiên, số nước có khí tự nhiên nhiều nước khác Người ta ước tính rằng tổng số lượng dự trữ giới khoảng nghìn tỷ feet khối ước tính sơ cho thấy trữ lượng lớn tương đương với khoảng 6000 exajoules lượng Hình 3.3 Trữ lượng khí tự nhiên khu vực Dự trữ / Tỷ lệ sản xuất Một cách để suy nghĩ kích thước quỹ dự trữ gọi dự trữ / tỷ lệ sản xuất R / P Con số thể số năm mà dự trữ kéo dài sản xuất sử dụng tiếp tục mức Trữ lượng khí tự nhiên (và tỷ lệ R / P) nhỏ trữ lượng than lớn tỷ lệ R / P dầu Ước tính cho thấy rằng với tỷ lệ sử dụng tại, có khoảng 60 năm giá trị khí tự nhiên lại Tuy nhiên, tỷ lệ cần phải giải thích cẩn thận điều giả định mức sản xuất Sản xuất tăng đặn vài năm qua với cơng nghệ cải tiến tiếp tục tăng Hơn nữa, số SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 18 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến khơng tính đến việc thay đổi giá phát triển cho phép nhiên liệu chiết xuất từ nguồn lực Khí tự nhiên tồn giới Nga có trữ lượng khí thiên nhiên lớn giới, theo sau Iran Qatar Gần đây, khí tự nhiên ngày trở nên quan trọng nguồn nhiên liệu trữ lượng q lớn Ngồi dự trữ tồn nay, có tiềm lớn cho nhiều dự trữ tìm thấy Ngồi ra, số tượng khí tự nhiên trở thành dự trữ công nghệ khoan tiến lên Những tiến gần công nghệ khoan cho phép khí tự nhiên chiết xuất bằng cách bẻ gãy thủy lực từ thành tạo đá phiến sét Những công nghệ cho phép người chiết xuất khí thiên nhiên từ nguồn trước không thể, điều làm tăng trữ lượng khí tự nhiên SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 19 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Chương 4.1 DẦU ĐÁ PHIẾN Đặc điểm dầu đá phiến Đá phiến dầu loại đá trầm tích hạt mịn giàu chất hữu chứa lượng lớn kerogen chiết tách loại hydrocacbon lỏng Các nhà địa chất khơng xếp vào nhóm đá phiến sét, hàm lượng kerogen khác so với dầu thô Kerogen đòi hỏi cần phải xử lý nhiều để sử dụng so với dầu thơ, q trình xử lý tốn nhiều chi phí so với sử dụng dầu thơ mặt tài tác động mơi trường Sự tích tụ đá phiến dầu diễn khắp giới, đa số Hoa Kỳ Ước tính lượng tích tụ tồn cầu đạt khoảng 2,8 đến 3,3 ngàn tỷ thùng (450×109 đến 520×109 m3) thu hồi [4] Hình 4.1 Đá phiến dầu Q trình nhiệt phân hóa học biến đổi kerogen đá phiến dầu thành dầu thô tổng hợp Nung đá phiến dầu nhiệt độ đủ cao tạo hơi, trình chưng cất để tạo dầu đá phiến giống dầu mỏ khí đá phiến dầu đốt (khí đá phiến sét dùng để khí xuất tự nhiên đá phiến sét) Các ngành cơng nghiệp đốt trực tiếp đá phiến dầu nguồn nhiên liệu cấp thấp để phát điện sưởi ấm, dùng ngun liệu thơ hóa học sản xuất vật liệu xây dựng SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 20 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Đá phiến dầu ý đến nguồn lượng mà giá dầu thô thông thường tăng cao lựa chọn khu vực phụ thuộc vào lượng cung cấp từ bên Việc khai thác xử lý đá phiến dầu liên quan đến vấn đề môi trường như: sử dụng đất, chất thải, sử dụng nước, quản lý nước thải, phát thải khí nhà kính nhiễm khơng khí Estonia Trung Quốc phát triển mạnh ngành công nghiệp đá phiến dầu, bên cạnh Brazil, Đức, Israel Nga sử dụng đá phiến dầu.[4] 4.2 Công nghệ khai thác Sau khủng hoảng dầu năm 1973, sản lượng dầu đá phiến giới đạt đến đỉnh 46 triệu năm 1980 sau giảm xuống 16 triệu năm 2000, cạnh tranh chương trình dầu mỏ truyền thống giá rẻ thập niên 1980 Công nghiệp dầu đá phiến “phục sinh” trở lại vào năm đầu kỷ XXI Với công nghệ nứt vỡ thủy lực (hydraulic fracturing hay fracking), nước Mỹ tạo nên cách mạng ngành công nghiệp dầu đá phiến việc khai thác loại dầu trở nên dễ dàng với chi phí thời gian ngắn Q trình khai thác dầu khí đá phiến bằng công nghệ nứt vỡ thủy lực gồm cơng đoạn sau: - Đầu tiên người ta khoan thẳng xuống từ 1-3 km tùy theo độ sâu vỉa đá phiến có chứa dầu khí Tiếp đó, kỹ thuật khoan ngang giúp mũi khoan bẻ cua góc 90 độ tiếp tục khoan ngang vào vỉa đá với độ sâu từ 1-2km SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 21 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Hình 4.2 Khai thác dầu đá phiến - Sau có giếng khoan rồi, người ta dùng thiết bị đặc biệt để cách ly vùng giếng khoan ngang tạo lỗ nhỏ thành giếng lẫn đá phiến bằng việc kích nổ chất nổ chứa thiết bị - Một hỗn hợp dung dịch gồm nước, cát hóa chất (trong đó, nước cát chiếm đến 99,5%) bơm thẳng xuống giếng ngang với áp lực cao - Dưới áp lực cao, hỗn hợp dung dịch bị đẩy mạnh vào lỗ nhỏ thành giếng tiếp xúc trực tiếp với đá phiến khiến cấu trúc đá phiến bị phá vỡ tạo thành nhiều khe nứt li ti hướng - Tiếp đó, nước bơm ngược lên trên, chuyển xử lý Dầu khí theo khe nứt di chuyển ngược lên tách lọc mặt đất bằng phương pháp tương tự áp dụng với dầu khí truyền thống Bất chấp hoài nghi “đối thủ” Nga, việc hoàn thiện kỹ thuật nứt vỡ thủy lực khai thác dầu khí đá phiến khiến sản lượng dầu khí Mỹ tăng vọt gần thập kỷ qua Từ năm 2005-2013, sản lượng khai thác dầu khí đá phiến Mỹ tăng từ 5% lên đến 35% tổng lượng dầu khí khai thác nước Hiện Mỹ vượt Nga, trở thành nước sản xuất khí đốt lớn giới Còn dầu từ năm 2008 đến nay, sản lượng Mỹ khai thác tăng đến 70%, lên mức 8,7 triệu thùng/ngày Thậm chí, SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 22 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến Mỹ nhiều lần tuyên bố trở thành nước sản xuất dầu lớn giới năm 2014 SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 23 Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dầu đá phiến TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://vi.wikipedia.org/wiki/Than_%C4%91%C3%A1 [2]https://petrotimes.vn/video-dau-mo-duoc-hinh-thanh-va-tich-tru-nhu-the-nao495156.html [3] https://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD_thi%C3%AAn_nhi%C3%AAn [4] http://voer.edu.vn/m/da-phien-dau/94367fb2 SVTH: Phạm Phúc Nhật Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga 24 ... GA, chúng em hoàn thành học tiến hành làm báo cáo nhằm vận dụng kiến thức học Em xin chân thành cảm ơn thầy BÙI VĂN GA hướng dẫn tận tâm cho chúng em môn học lượng tái tạo, giúp cho em hiểu... dầu đá phiến LỜI NĨI ĐẦU Mơn học Năng Lượng Tái Tạo có vai trò quan trọng ngành Cơ khí Động lực, giúp sinh viên kiểm tra lại lý thuyết mà học, đồng thời hiểu rõ lượng Với hướng dẫn tận tình thầy... thực làm báo cáo chúng em không tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy dạy thêm Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy tạo điều kiện, hướng dẫn giúp đỡ chúng em trình tiến hành học tập! Đà Nẵng, ngày