ĐÁ PHIẾN DẦU VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC CHẾ BIẾN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

Môn học: Nhiên liệu sinh học &

Năng lượng thay thế
BÁO CÁO ĐỀ TÀI:

GVHD: Cô Phạm Hồ Mỹ Phương
Danh sách thành viên:
STT
HỌ VÀ TÊN
MSSV
1
Đinh Hồng Phúc
1412932
2

1


MỤC LỤC

I.
TỔNG QUÁT CHUNG:
1. Khái niệm:

Đá phiến dầu là một loại đá trầm tích hạt mịn giàu chất hữu cơ và chứa một lượng lớn kerogen
(một hỗn hợp các chất hữu cơ rắn) có thể chiết tách các loại hydrocacbon lỏng.
Các nhà địa chất phân loại đá phiến dầu thành đá phiến giàu cacbonat và loại giàu silica.

2. Thành phần:
Trong đá phiến dầu kerogen chưa chuyển đổi thành dầu mỏ do yếu tố nhiệt và áp suất. Nhiệt
phân có thể biến đổi kerogen trong đá phiến dầu thành khí và dầu thô tổng hợp.
Dầu chiết tách từ đá phiến dầu tốt nhất là để chưng cất ra các sản phẩm trung bình như kerosene
(dầu hỏa), nhiên liệu động cơ và diesel. Nhu cầu thế giới hiện nay về nhiên liệu diesel tăng
nhanh. Tuy nhiên, các quá trình chưng cất thích hợp tương tự như cracking hydro có thể chuyển
đá phiến dầu thành các hydrocacbon nhẹ như xăng.
Dầu chiết tách từ đá phiến dầu chứa hàm lượng olefin, oxy và nitơ cao hơn dầu thô truyền thống.
Một vài loại có hàm lượng lưu huỳnh hoặc asen cao
2


-

Lưu huỳnh: trong đá phiến dầu sông Green Mỹ trung bình 0,76%, của Jordan có thể lên
tới 9,5%.
Asen cao sẽ là trở ngại lớn vì dầu phải trải ra các công đoạn xử lý hydro trước khi đưa
vào nhà máy lọc dầu.

Đá phiến dầu chứa hàm lượng hữu cơ thấp hơn than đá. Trong đá phiến dầu thương mại, tỷ lệ vật
chất hữu cơ so với các khoáng vật khác nằm trong khoảng 0,75 : 5 và 1,5 : 5, vật chất hữu cơ
trong đá phiến dầu có tỉ lệ hydro/cacbon (H/C) thấp hơn trong dầu thô khoảng 1,2 đến 1,8 lần và
cao hơn trong than đá khoảng 1,5 đến 3 lần.
3. Trữ lượng:
Sự tích tụ đá phiến dầu diễn ra trên khắp thế giới, ban đầu nhận định 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.
Mặc dù tài nguyên đá phiến dầu có mặt ở một số nước nhưng chỉ có 33 nước có thể khai thác
mang lại giá trị kinh tế. Các mỏ được thăm dò tốt, có khả năng xếp vào trữ lượng như các mỏ
sông Green miền tây Hoa Kỳ, ở Queensland Úc, Thụy Điển, Estonia, Jordan, Pháp, Đức, Brazil,

Trung Quốc, nam Mông Cổ và Nga. Các mỏ này được đánh giá có khả năng sản xuất ít nhất 40
lít dầu từ 1 tấn đá phiến dầu.
Theo Bộ Năng lượng Mỹ công bố 10/6/2014 thì trữ lượng dầu đá phiến quy đổi theo tỷ thùng
như sau: Nga 75, Mỹ 58, Trung Quốc 32, Argentina 27, Libya 26, Venezuela 13, Mexico 13,
Paskistan 9, Canada 9, Indonesia 8 tỷ thùng.
4. Quá trình hình thành:
a) Dầu khí:
Quá trình hình thành dầu khí bắt nguồn từ hàng trăm triệu năm trước, khi xác các sinh vật chìm
dưới đáy biển và bị chôn vùi rất sâu trong lòng đất, hình thành lớp bùn lắng hữu cơ. Năm này
qua năm khác, quá trình này tiếp diễn, các lớp bùn lắng hữu cơ trộn lẫn với trầm tích và nhiều
vật chất khác tiếp tục bị chôn vùi sâu hơn và hình thành nên những lớp đá phiến hạt mịn.
Càng nhiều trầm tích chồng lên nhau thì càng tạo ra môi trường áp suất lớn và nhiệt độ cao,
khiến lớp bùn lắng hữu cơ bị phân giải, hình thành dầu và khí (gọi tắt là dầu khí), len lỏi trong
các lớp đá có độ thấm và độ rỗng cao, và dồn về nơi có áp suất thấp hơn tạo thành các túi dầu thô
và khí đốt mà con người đã và đang khai thác trong hơn 100 năm qua. Đây được gọi là dầu khí
truyền thống (conventional oil & gas)
b) Đá phiến dầu:
Nhưng, khi ở độ sâu chưa đủ tạo ra áp suất và nhiệt độ cao và ở những lớp đá có độ thấm và độ
rỗng thấp thì dầu khí không thể tập trung vào một chỗ mà tích tụ trong các lỗ hổng nhỏ, không
liên thông, nằm xen kẽ giữa các lớp đá phiến. Các lớp đá phiến này thường nằm ở độ sâu chừng
hơn 1-6 km trong lòng đất, tùy theo cấu tạo địa chất từng vùng. Dầu khí được hình thành trong
trạng thái như vậy được gọi là dầu khí bị “nhốt” trong đá phiến, gọi tắt là dầu khí đá phiến (shale
oil & gas) hay dầu khí phi truyền thống (unconventional oil & gas).
3


II.

CÔNG NGHỆ KHAI THÁC, CHẾ BIẾN:

1. Lịch sử công nghiệp khai thác dầu đá phiến:
Thực tế, con người đã phát hiện và sử dụng đá phiến dầu làm nhiên liệu đốt từ thời tiền sử.
Tuy nhiên, tới giữa thế kỷ 19, việc khai khoáng dầu đá phiến với quy mô công nghiệp mới
được tiến hành.

Dầu đá phiến đã được con người biết tới từ lâu.
Trong một thời gian dài, việc khai thác dầu đá phiến gắn liền với khai thác mỏ theo phương pháp
hầm lò. Các sản phẩm từ quá trình này được vận chuyển đi đốt phát điện hoặc trải qua quá trình
xử lý để tạo ra các thành phẩm. Tuy nhiên, do đặc điểm các túi dầu phân tán và nằm sâu dưới
lòng đất nên việc khai thác dầu đá phiến gặp khá nhiều trở ngại, sản lượng thấp và chi phí rất
cao. Chính vì vậy, vào khoảng thập niên 50-60 của thế kỷ trước, hầu hết các quốc gia đều đã
dừng các dự án khai thác dầu đá phiến do dầu mỏ rẻ hơn trong khi chi phí xử lý dầu đá phiến lại
quá cao.
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.

4


Công nghiệp dầu đá phiến “phục sinh” trở lại vào những năm đầu thế kỷ 21. 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.
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 2005-2013, 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 thùng/ngày. Thậm chí, Mỹ nhiều lần tuyên bố trở thành nước sản xuất dầu lớn nhất

thế giới trong năm 2014.
Nói cách khác, về bản chất, chính công nghệ nứt vỡ thủy lực đã tạo nên cuộc cách mạng dầu khí
đá phiến tại Mỹ và là nguyên nhân đẩy giá dầu mỏ xuống đáy trong những ngày qua, chứ không
phải là bản thân dầu đá phiến. Vậy, bí mật của công nghệ nứt vỡ thủy lực là gì?

Hệ thống máy bơm thủy lực dùng trong kỹ thuật khai thác dầu khí đá phiến.

2. Quá trình tìm ra công nghệ khai thác:
 Khởi đầu phá đá:
Từ những năm 1860, người ta cho nổ nitơ lỏng trong giếng đá cứng để khai thác dầu dễ dàng
hơn. Việc dùng nitơ gây nổ nguy hiểm và bị xem là bất hợp pháp, nhưng nó khá hiệu quả với các
5


giếng nước và khí đốt. Đến thập niên 1930 người ta nghĩ ra cách dùng chất lỏng không nổ để phá
đá, dùng axit tạo các khe hở để luồng dầu chảy vào giếng nhiều hơn và khai thác hiệu quả hơn.
Tuy không phải là giải pháp tốt nhất nhưng những công nghệ này mở đường cho một công nghệ
có tính thương mại phát triển trong thập niên tiếp theo.
Những mũi khoan thí nghiệm theo công nghệ nứt vỡ thủy lực đã được thực hiện vào năm 1947
và tới năm 1949 thì nó mới được áp dụng thương mại lần đầu tiên.
Năm 1947, Công ty Stanolind Oil tiên phong thử nghiệm công nghệ HF tại vùng khí đốt
Hugoton ở Kansas, sử dụng 1.000 galông (3.785 lít) xăng đậm đặc cùng chất khử nhờn kích
thích vỉa đá vôi sâu 0,7 km bên dưới lớp khí. Tuy việc này không cải thiện sản lượng giếng được
bao nhiêu nhưng nó là bước đi đúng hướng. Nhiều thập niên sau công nghệ HF đã được sử dụng
để sản xuất hàng chục nghìn tỷ mét khối khí đốt tự nhiên. Năm 1949, Halliburton được cấp bằng
sáng chế độc quyền sử dụng công nghệ HF, trở thành công ty đầu tiên thương mại hóa hoạt động
khai thác khí đốt tự nhiên dùng công nghệ này. Trong năm đầu tiên có 332 giếng được áp dụng
công nghệ HF, kết quả rất ấn tượng: sản lượng các giếng tăng trung bình 75%. Trong thập niên
1950, việc thương mại hóa công nghệ HF cất cánh. Có thời điểm, mỗi tháng có đến 3.000 giếng
được vỡ vỉa thủy lực. Khi bằng sáng chế của Halliburton hết hạn vào năm 1968, các công ty dầu

khí khác lập tức nhảy vào cuộc chơi.
 Khai vỉa đá phiến:

Năm 1975, Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) bắt đầu tài trợ cho nghiên cứu fracking và khoan ngang,
và tập trung nghiên cứu các vỉa đá phiến được cho là có chứa dầu và khí đốt nhưng chưa có
phương thức khai thác hiệu quả về mặt kinh tế. George Mitchell, người sau này được mệnh danh
là “cha đẻ kỹ thuật khai thác dầu khí đá phiến”, bất chấp những nghi ngờ, thậm chí chế giễu,
Mitchell vẫn cần mẫn phát triển công nghệ nút vỡ thủy lực dùng cho khai thác dầu khí đá phiến.
Mitchell tin rằng, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc khai thác dầu khí đá phiến bằng
phương pháp này là hoàn toàn có thể. Mitchell đã theo đuổi điều đó trong suốt 17 năm, với vô số
thử nghiệm và điều chỉnh công nghệ fracking. Chất lỏng sử dụng rất thành công trong thập kỷ
trước với các vỉa đá vôi không thích hợp để sử dụng với vỉa đá phiến, đội ngũ của Mitchell đã
phải thử rất nhiều tổ hợp hóa chất, gel và chất lỏng khác nhau. Và rồi một bước đột phá xảy ra
vào giữa thập niên 1990 tạo cú hích quan trọng cho sự phát triển của fracking. Một thành viên
6


trong nhóm nghiên cứu của Mitchell đề nghị sử dụng cách thức tiết kiệm cho chất lỏng dùng
trong fracking với nước là thành phần chủ yếu. Cách này hiệu quả và dầu khí khai thác từ đá
phiến tăng vọt.
Pha chế "nước cốt fracking" hoàn hảo cho đá phiến chỉ mới là một phần của giải pháp nhằm khai
thác tối đa vỉa đá phiến. “Đòn quyết định” kích hoạt cuộc cách mạng đá phiến (và là bước phát
triển kế tiếp của fracking) đó là kết hợp những tiến bộ trong công nghệ fracking với kỹ thuật
khoan ngang. Sự kết hợp này giúp cho khai thác dầu và khí đốt tự nhiên từ vỉa đá phiến trở nên
khả thi về mặt thương mại và sản lượng thu được nhiều hơn dự đoán của các chuyên gia từ trước
đến giờ.
Tới năm 2002, thấy được tiềm năng của công nghệ nứt vỡ thủy lực, hãng Devon Energy của Mỹ
đã mua lại công ty của Mitchell với giá lên đến 3,5 tỉ đô la. Devon đã kết hợp kỹ thuật nứt vỡ
thủy lực với kỹ thuật khoan ngang (horizontal drilling) để hoàn thiện công nghệ khai thác dầu
khí đá phiến hiệu quả với chi phí thấp vào năm 2005.

3. Quá trình công nghệ khai thác đá phiến dầu hiện nay:
a) Công nghệ nứt vỡ thủy lực:
Về cơ bản, công nghệ nứt vỡ thủy lực là kỹ thuật bơm chất lỏng gồm hỗn hợp nước, cát và hóa
chất vào lỗ khoan với áp lực cực mạnh, làm nứt gãy các vỉa đá phiến, từ đó tạo ra các lỗ hỏng để
tập trung dầu và khí trong đá vào các giếng khoan để khai thác.

7


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 1-3 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 1-2 km.
- 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.
b) Kỹ thuật khoan ngang:

8

Khoan ngang là quá trình trong đó
giếng đầu tiên được khoan thẳng
đứng xuống, khi đạt đến độ sâu
vỉa, nó được khoan ngang vào vỉa
(theo dạng chữ "J" hoặc "L").
Phương thức này cho phép khai
thác vùng rộng hơn nhiều so với
giếng đứng thông thường vì vỉa đá
phiến tự nhiên chạy theo chiều
ngang. Giếng đứng chỉ chọc vào
nguồn có sẵn xung quanh nó.
Giếng ngang tiếp xúc nhiều hơn
với các khối đá, khai thác được
nhiều nguồn hơn với ít giếng
hơn và đem lại lợi nhuận lớn
hơn.
Kỹ thuật khoan ngang đã có từ năm 1929 nhưng mãi đến thập niên 1980 mới được sử dụng rộng
rãi. Sự chậm chạp này do các công nghệ liên quan cần phát triển: thiết bị, động cơ và các công
nghệ khác được sử dụng trong qui trình.
Sự kết hợp fracking và khoan ngang vào đầu những năm 2000 cho phép tăng tối đa số lượng vết
nứt tự nhiên đan xen trong đá phiến để khai thác hiệu quả hơn nguồn tài nguyên mắc kẹt trong
đá.
Kể từ khi ngành dầu khí phát triển ở Mỹ, hơn 4 triệu giếng đã được khoan trên khắp đất nước
này. Hơn phân nửa trong số đó dùng công nghệ fracking, và ước tính có đến 95% giếng khoan
mới hiện nay được vỡ vỉa. Giờ là thời của fracking. Hội đồng Dầu khí Quốc gia Mỹ ước tính
trong thập kỷ tới khoảng 60 - 80% tổng lượng giếng khoan cần áp dụng fracking để tiếp tục khai
thác.
4. Công nghệ chế biến - Chiết tách dầu:
a) Lịch sử hình thành và phát triển:
Chưng cất A.C. Kirk, được sử dụng từ giữa tới cuối thế kỷ 19, là một trong những tháp chưng cất

đá phiến dầu kiểu đứng đầu tiên. Thiết kế của nó là điển hình của các tháp chưng cất được sử
dụng vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20.
Vào thế kỷ 10, nhà vật lý Ả Rập Masawaih al-Mardini đã viết về các thí nghiệm của ông liên
quan đến việc chiết tách dầu từ "một số loại đá phiến sét bitum". Bằng sáng chế về việc chiết
tách dầu đá phiến đầu tiên được trao vào năm 1684 cho 3 người đã "tìm thấy phương pháp để
chiết tách và tạo ra một lượng lớn hắc ín, nhựa đường, và dầu từ một loại đá".Việc chiết tách dầu
đá phiến ở mức độ công nghiệp thời kỳ hiện đại bắt đầu ở Pháp với công nghệ được Alexander
Selligue phát minh năm 1838, sau đó một thập kỷ phát minh của James Young được ứng dụng
sản xuất ở Scotland. Trong suốt thế kỷ 19, các nhà máy được xây dựng ở Úc, Brazil, Canada, và
9


Hoa Kỳ. Phát minh chưng cất Pumpherston năm 1894, là một công nghệ ít dựa vào nhiệt than đá
hơn các công nghệ trước đó, đánh dấu sự tách biệt của công nghiệp đá phiến dầu với công nghiệp
than.
Trung Quốc (Mãn Châu), Estonia, New Zealand, Nam Phi, Tây Ban Nha, Thụy Điển, và Thụy
Sĩ bắt đầu chiết tách dầu đá phiến vào đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, dầu thô được phát hiện
ở Texas trong suốt thập niên 1920 và ở Trung Đông vào giữa thế kỷ 20 làm cho hầu hết ngành
công nghiệp đá phiến dầu bị dừng lại.
Năm 1944, Hoa Kỳ khởi động lại việc chiết tách đá phiến dầu như là một phần của Chương trình
nhiên liệu lỏng tổng hợp (Synthetic Liquid Fuels Program) của mình. Ngành công nghiệp này đã
được duy trì cho đến khi giá dầu giảm mạnh trong thập niên 1980.
Cơ sở chưng cất đá phiến dầu cuối cùng do Unocal Corporation vận hành ở Hoa Kỳ đóng cửa
vào năm 1991. Chương trình trên của Hoa Kỳ lại tiếp tục vào năm 2003, theo sau là chương trình
cho thuê thương mại năm 2005 cho phép việc chiết tách đá phiến dầu và cát dầu trên đất của
Liên Bang theo Đạo Luật chính sách năng lượng 2005 (Energy Policy Act of 2005).
Cho đến năm 2010, việc chiết tách dầu đá phiến vẫn đang vận hành ở Estonia, Brazil, và Trung
Quốc. Các ngành công nghiệp này sản xuất khoảng 1.165 triệu lít dầu đá phiến trong năm
2008. Úc, Hoa Kỳ, và Canada đã hoàn thành việc thử nghiệm ứng dụng công nghệ chiết tách dầu
từ các dự án thử nghiệm và có kế hoạch đưa vào thương mại; Morocco và Jordan cũng đã thông

báo những dự định tương tự của họ. Chỉ có 4 loại công nghệ đang được sử dụng trong thương
mại gồm: Kiviter, Galoter, Fushun và Petrosix.
Miêu tả sớm nhất về quy trình này có từ thế kỷ 10. Năm 1684, Vương quốc Anh cấp bằng chứng
nhận quy trình chiết tách đầu tiên. Công nghiệp chiết tách và những đổi mới đã phát triển nở rộ
trong suốt thế kỷ 19. Nhưng vào giữa thế kỷ 20 ngành công nghiệp này bị lắng chìm khi có
những mỏ dầu lớn được phát hiện, tuy nhiên cho đến đầu thế kỷ 21 khi mà giá dầu thô tăng cao
đã làm cho nguồn dầu này được chú ý trở lại với những công nghệ mới đang được ứng dụng thử
nghiệm.
Đến năm 2010, ngành công nghiệp này đã trụ trong thời gian dài ở Estonia, Brasil, và Trung
Quốc. Giá trị kinh tế của nó thay đổi theo tỷ số giá năng lượng đầu vào và giá năng lượng đầu ra.
Vấn đề an ninh năng lượng quốc gia cũng đóng một vai trò quan trọng đối với sự phát triển của
quốc gia đó. Những câu hỏi về rủi ro của ngành công nghiệp này đối với môi trường cũng là vấn
đề được nhiều người quan tâm như chất thải, sử dụng lượng nước lớn. Quản lý nguồn nước và ô
nhiễm không khí.
b) Quy trình chiết tách:

10


Chiết tách dầu đá phiến hay sản xuất dầu đá phiến là một quy trình sản xuất sản phẩm dầu phi
truyền thống. Quy trình này biến đổi kerogen trong đá phiến dầu thành dầu đá phiến bằng
phương pháp nhiệt phân, thủy phân. Dầu đá phiến thành phẩm được sử dụng giống như dầu
thô hoặc được nâng cấp để đạt các tiêu chí nhất định trong quá trình lọc bằng cách thêm
vào hydro và loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh và nitơ.
Quy trình chiết tách dầu thường được tiến hành trên mặt đất (quy trình ex situ) từ việc khai thác
mỏ đá phiến dầu và xử lý các sản phẩm này trong các cơ sở chế biến. Các công nghệ hiện đại
khác có thể chiết tách ngay trong lòng đất (tại hiện trường hay quy trình in situ) bằng cách sử
dụng nhiệt và thu dầu thông qua các giếng dầu.
 Nguyên lý chiết tách:
Quy trình chiết tách dầu đá phiến là phân hủy đá phiến dầu và biến đổi kerogen trong đá thành

dầu thô tổng hợp giống như dầu mỏ. Quy trình được tiến hành theo các phương pháp như nhiệt
phân, thủy phân, và thấm nhiệt (thermal dissolution). Hiệu quả của các quy trình trên được đánh
giá bằng cách so sánh lượng dầu sinh ra với các kết quả thí nghiệm Fischer Assay trên mẫu.
Phương pháp cổ nhất và phổ biến nhất được sử dụng là phương pháp nhiệt phân, chưng cất.
Trong quy trình này, đá phiến dầu được nung cho đến khi kerogen của nó phân hủy thành hơi dầu
đá phiến có thể đông đặc và khí đá phiến dầu có thể cháy. Hơi dầu và khí dầu sau đó được tách ra
và làm lạnh, và dầu đá phiến chuyển thành dạng đông đặc. Thêm vào đó, các công đoạn xử lý đá
phiến dầu chứa các chất cặn rắn như các hợp chất vô cơ (các chất khoáng).

11


III.
MẶT TÍCH CỰC CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ ĐÁ PHIẾN :
1. Ứng dụng:
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.
Công nghiệp khai thác đá phiến dầu hiện đại bắt đầu từ năm 1837, ở Autun, Pháp theo sau đó là
Scotland năm 1850, Úc năm 1865 và một số quốc gia khác. Hoạt động khai thác trong suốt TK
XIX chủ yếu tập trung vào sản xuất dầu hỏa, đèn dầu và parafin cung cấp cho nhu cầu thấp sáng
đang tăng mạnh trong suốt cuộc cách mạng công nghiệp. Do bị hạn chế tiếp cận đến nguồn dầu
mỏ truyền thống nên công nghiệp đá phiến dầu phát triển nhanh chóng trước Thế chiến thứ nhất
để sản xuất một lượng lớn sản phẩm sử dụng cho vận tải dùng song song với xăng.
Các ngành công nghiệp có thể sử dụng đá phiến dầu để làm nhiên liệu chạy các nhà máy nhiệt
điện, đốt nó (giống như đốt than) để làm quay các tuốc bin hơi nước; một vài nhà máy kiểu
này sử dụng nhiệt để sưởi khu vực nhà dân và trung tâm thương mại.
Thêm vào đó ngoài việc sử dụng làm nhiên liệu, đá phiến dầu cũng có thể dùng để sản suất sợi
cacbon chuyên dụng, cacbon hấp phụ, cacbon đen, phenol, nhựa, keo, các chất thuộc da, mát tít,
bitum đường, xi măng, gạch, đá khối dùng trang trí và trong xây dựng, chất bổ sung vào

đất, phân bón, sợi cách nhiệt (cách âm), thủy tinh, dược phẩm. Tuy vậy, đá phiến dầu sử dụng để
xản suất các sản phẩm này thì rất ít, hoặc chỉ ở giai đoạn thí nghiệm.
Một số mỏ đá phiến dầu chứa lưu huỳnh, amoniac, nhôm, tro soda Na2CO3, urani, và NaHCO3.
Giữa năm 1946 và 1952, loại đá phiến sét có nguồn gốc biển Dictyonema dùng để
tách urani được sản xuất ở Sillamäe, Estonia, và giữa năm 1950 và 1989 khí từ đá phiến dầu tổng
hợp Thụy Điển sử dụng đá phiến sét phèn cho mục đích tương tự. Khí tổng hợp được sử dụng để
thay thế khí thiên nhiên, nhưng năm 2008, việc sản xuất khí này để sử dụng giống như khí thiên
nhiên không thể thực hiện được nữa vì lý do kinh tế.
2. Hiện trạng:
Sau lệnh cấm vận dầu mỏ những năm 1970, Quốc hội Mỹ đưa ra chương trình tổng hợp nhiên
liệu để đẩy mạnh phát triển thương mại về dầu khí đá phiến cũng như các nguồn tài nguyên mới
khác. Tuy nhiên sau khoảng mười năm thì chương trình buộc phải kết thúc khi giá dầu bắt đầu
tuột dốc do sản lượng tăng đột biến.
Một quãng thời gian sau, giá dầu tăng cao khiến cho dầu khí đá phiến một lần nữa nhận được
quan tâm. Năm 2005, Mỹ nhận ra dầu khí đá phiến là một chiến lược tài nguyên nội địa quan
trọng. Bằng cách khai thác, sử dụng dầu khí đá phiến Mỹ sẽ giảm sự lệ thuộc vào nguồn dầu từ
nước ngoài và tăng cường anh ninh quốc gia.
Cuộc cách mạng khai thác dầu khí đá phiến đã đột phát và đang diễn tiến liên tục hàng ngày trên
thế giới, làm thay đổi cán cân quyền lực của các cường quốc năng lượng. Đây được xem là biến
chuyển cực kỳ quan trọng, có tầm vóc lịch sử, góp phần rất lớn vào việc giảm sâu giá dầu, mang
đến lợi ích chung cho nhiều quốc gia và dân chúng.
12


3. Tiềm năng kinh tế:
a) Ổn định năng lượng:
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.
Đá phiến dầu tốt nhất là dùng để chưng cất ra các sản phẩm trung bình như kerosen, nhiên liệu

động cơ, và diesel. Nhu cầu thế giới về các sản phẩm chưng cất này, đặc biệt dùng làm nhiên
liệu diesel, tăng nhanh chóng trong thập niên 1990 và 2000. Tuy nhiên, các quá trình chưng cất
thích hợp tương tự như cracking hiđrô có thể chuyển đá phiến dầu thành các hydrocacbon nhẹ
như xăng.

b) Tầm quan trọng của dầu khí đá phiến đối với Mỹ:
Nhờ thành tựu vượt bậc trong kỹ thuật khai thác dầu khí đá phiến nên Mỹ sớm vượt qua các
nước khác trong lĩnh vực này. Từ năm 2005-2013, sản lượng khai thác dầu khí đá phiến của Mỹ
tăng từ 5% lên đến 35% tổng lượng dầu khí khai thác ở nước này. Theo ước tính của Cơ quan
Năng lượng quốc tế (IEA), trữ lượng dầu khí đá phiến của Mỹ hiện vào khoảng 58 tỉ thùng,
chiếm 1/4 tổng trữ lượng dầu mỏ của nước này, trong khi trên thế giới, dầu khí đá phiến chỉ
chiếm 1/10 tổng trữ lượng.
13


Hiện Mỹ đã vượt Nga để trở thành quốc gia sản xuất khí đốt lớn nhất thế giới. Vẫn theo thống kê
của tổ chức trên, nếu tính tổng sản lượng dầu thô quy đổi – bao gồm dầu thô và các loại khí thiên
nhiên dạng lỏng (natural gas liquids) – thì Mỹ đã đạt mức 11,5 triệu thùng/ngày, hiện vẫn dẫn
đầu thế giới.
Viện Nghiên cứu McKinsey dự báo, ngành công nghiệp dầu khí đá phiến sẽ giúp GDP của Mỹ
tăng bình quân 4% hàng năm (tương đương 690 tỉ USD Mỹ), đem lại 2,1 triệu việc làm và đóng
góp 74 tỉ USD tiền thuế cho ngân sách của Mỹ năm 2012. Dự báo đến năm 2020, ngành công
nghiệp này sẽ đem lại cho Mỹ hơn 3 triệu việc làm mới.
Hơn nữa, nhờ những tiến bộ khoa học kỹ thuật nên chi phí sản xuất dầu khí đá phiến của Mỹ
ngày một giảm, giúp sản lượng khai thác ngày càng tăng. Cụ thể, chi phí sản xuất dầu khí đá
phiến của Mỹ từ 60 USD/thùng năm 2014 được dự báo sẽ hạ không phanh đến mức chỉ còn trên
12 USD/thùng vào cuối năm 2015. Do đó, giá dầu thô dù có giảm xuống tới 30 USD/thùng thì
Mỹ vẫn có lãi trong khai thác.
Giá nhiên liệu lại tác động rất lớn đến nền kinh tế của mỗi quốc gia. Một khi giá nhiên liệu giảm,
dân chúng sẽ là người được hưởng lợi: cước vận tải giảm, giá lương thực giảm, chi phí sinh hoạt

giảm… Mặt khác, quốc gia nào làm chủ công nghệ khai thác dầu khí đá phiến sẽ giữ thế thượng
phong trên bản đồ địa chính trị thế giới.

Tuy nhiên theo chính sách phát triển, khai thác của Mỹ, dầu khí đá phiến là nguồn dự trữ cần bảo
tồn và phát triển. Nó chỉ được sử dụng trong tình huống ngặt nghèo, khó khăn. Vì với cơn sốt
fracking: giếng đá phiến sớm cạn. Sau lúc đầu tuôn ra dầu và khí, chỉ sau 1 năm trữ lượng giếng
giảm gần một nửa, sản lượng rớt nhanh, duy trì ở mức thấp trong thời gian dài rồi cạn kiệt. Tuổi
thọ ước tính kéo dài đến năm 2020, 2030 hoặc 2035. Mức độ sụt giảm sản lượng dầu khí đá
phiến làm cho hầu hết nhà đầu tư và hoạch định chính sách bối rối. Đến khi đó lượng năng lượng
14


thu được từ việc khai thác đá phiến sẽ không lớn hơn bao nhiêu so với năng lượng tiêu tốn cho
chính việc khai thác, thêm vào đó còn phải tính đến chi phí vận chuyển.

IV.
MẶT TIÊU CỰC CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ ĐÁ PHIẾN:
1. Sản lượng khai thác so với than đá:
Một bài báo trong tạp chí Pétrole Informations xuất bản năm 1972 so sánh sản lượng dầu từ đá
phiến dầu với các sản phẩm lỏng từ than rằng các sản phẩm hóa lỏng từ than thì ít đắt hơn, tạo ra
nhiều dầu hơn, và ít tác động đến môi trường hơn là chiết tách từ đá phiến dầu. Bài báo cũng nêu
rằng có thể tạo 650 lít (170 galon Mỹ; 140 imp gal) dầu từ một tấn than, trong khi đó chỉ tạo ra
được 150 lít (40 galon Mỹ; 33 imp gal) dầu từ 1 tấn đá phiến dầu.
Do đó người ta tính toán khả năng khai thác đá phiến dầu tới hạn dựa vào tỷ số năng lượng được
sản xuất bởi đá phiến dầu và năng lượng được sử dụng trong các công trình khai thác mỏ và
trong các quá trình xử lý nó, tỷ số này được gọi là "Năng lượng thu hồi dựa trên năng lượng đầu
tư" EROEI (Energy Returned on Energy Invested). Kết quả nghiên cứu vào năm 1984 ước tính
rằng EROEI đối với các mỏ đá phiến dầu thay đổi trong khoảng 0,7–13,3 mặc dù số liệu từ các
dự án khai thác đá phiến dầu cho thấy rằng tỷ số này dao động từ 3 đến 10
2. Tác động môi trường:

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.

Khu vực xử lý đá phiến dầu Kiviõli và nhà máy hóa chất ở Ida-Virumaa, Estonia
Khai thác đá phiến dầu gây ra một số tác động môi trường, đặc biệt là khai thác lộ thiên sẽ tác
động nhiều hơn khi khai thác hầm lò.
Các yếu tố tác động như nước axít mỏ, các kim loại cuốn theo dòng nước mặt và nước dưới đất,
tăng xói mòn, phát thải khí lưu huỳnh, và ô nhiễm không khí từ các nhà máy xử lý, khâu vận
chuyển và các hoạt động hỗ trợ khác trong khai thác và chế biến. Năm 2002, ngành công nghiệp

15


năng lượng ở Estonia sử dụng đá phiến dầu làm nguồn nguyên liệu chính phát thải khí là nguyên
nhân cho 97% ô nhiễm không khí, 86% ô nhiễm chất thải và 23% ô nhiễm nước.
Khai thác đá phiến dầu có thể phá hủy giá trị của đất về mặt sinh học và giải trí, và hệ sinh thái
trong khu vực khai thác mỏ. Các quá trình đốt và tạo nhiệt phát sinh ra nhiều chất thải rắn và thải
vào khí quyển các chất khí như điôxít cacbon, khí nhà kính. Các nhà môi trường học phản đối
sản xuất và sử dụng đá phiến dầu vì nó tạo ra thậm chí là nhiều khí nhà kính hơn các nguyên liệu
hóa thạch thông thường. Trong điều 526 của Đạo luật Độc lập và An ninh Năng lượng (Energy
Independence And Security Act) cấm các cơ quan Chính phủ Hoa Kỳ mua dầu được sản xuất từ
các quá trình xử lý mà việc phát thải khí nhà kính nhiều hơn so với dầu mỏ thông thường.
a) Ô nhiễm nước:
Một số nhà phê bình thì nhấn mạnh đến việc sử dụng nước trong ngành công nghiệp đá phiến
dầu.
Năm 2002, công nghiệp năng lượng đốt đá phiến dầu ở
Estonia sử dụng 91% tổ ng lượng nước tiêu thụ của nước
này. Tùy thuộc vào công nghệ, đối với chưng cất đá phiến
dầu trên mặt đất sử dụng từ 1 đến 5 thùng nước để sản xuất
ra 1 thùng dầu.

Năm 2007 bản báo cáo hiện trạng tác động môi
trường được Cục địa chính Hoa Kỳ phát hành chỉ ra rằng
các hoạt động khai thác mỏ lộ thiên và lọc dầu tạo ra từ 8–
38 lít nước thải trên mỗi tấn đá phiến dầu được xử lý. Theo
một đánh giá, quá trình xử lý tại hiện trường sử dụng
khoảng 1/10 lượng nước như trên.

Đầu tiên ta xét đến là việc công nghệ nứt vỡ thủy lực tiêu tốn một lượng nước rất lớn.
Vào năm 2009, Hội đồng Bảo vệ Nguồn nước ngầm Hoa Kỳ đã công bố lượng nước trung bình
cần sử dụng để khoan và hút một giếng dầu khí đá phiến là từ khoảng 8.000-15.000 m3 để có
được về 300 xe tải dầu.
Trong khi đó, theo một báo cáo được đưa ra năm 2011 của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ
(EPA), lượng nước sử dụng cho khai thác đá phiến tại Mỹ có thể lên đến 530 triệu m3, tương
đương 1/5 tổng lượng nước tiêu thụ của Thụy Điển năm 2010.
Mối quan tâm về nước trở thành vấn đề đặc biệt nhạy cảm đối với các khu vực khô cằn như miền
tây Hoa Kỳ và sa mạc Negev của Israel, vì nơi này các dự án có từ trước mở rộng chiết tách dầu
bất chấp sự cạn kiệt nguồn nước.
Đây là một vấn đề rất lớn khi 38% trữ lượng dầu khí đá phiến trên thế giới phải đối mặt với tình
trạng thiếu nước tại các địa phương, trong khi việc khai thác lại đòi hỏi một lượng nước lớn.

16


Điều đáng nói là lượng nước hàng ngàn m3 này sau khi được trộn với hóa chất và bơm xuống các
giếng dầu đá phiến sẽ được hút ngược trở lên và trở thành nước thải với rất nhiều chất nguy hại
đối với môi trường.
Việc xử lý khối lương nước thải khổng lồ đang trở thành vấn đề rất lớn đối với các doanh nghiệp
khai thác dầu khí đá phiến bằng công nghệ nứt vỡ thủy lực. Các biện pháp tái sử dụng lượng
nước thải trong khai thác dầu đá phiến cũng đang được tích cực triển khai nhưng chưa khả thi.
Nhiều nhà hoạt động môi trường cũng lo lắng rằng, các hóa chất được sử dụng để trộn với nước

trong công nghệ nứt vỡ thủy lực có thể ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm cũng như sức khỏe con
người.
Theo một nghiên cứu của Đại học Missouri, trong khoảng 700 - 800 loại hóa chất sử dụng trong
quá trình phân rã thủy lực, nhiều loạt bị liệt vào danh sách các hóa chất gây rối loạn hốc-môn.
Những hóa chất này tác động đến hệ nội tiết, ảnh hưởng đến quá trình tăng trưởng, sinh dục và
quá trình trao đổi chất của cơ thể, có thể dẫn đến những dị tật bẩm sinh ở trẻ hoặc gây bệnh ung
thư.
Đây là lý do nhiều khẩu
hiệu dạng “Chúng tôi cần
nước chứ không cần dầu”
đã được các nhà hoạt động
môi trường đưa ra để phản
đối việc khai thác dầu khí
đá phiến bằng công nghệ
nứt vỡ thủy lực.
Các nhà hoạt động môi
trường, bao gồm các thành
viên của tổ chức Hòa bình
xanh đã tổ chức các cuộc
phản đối mạnh mẽ đối với
ngành công nghiệp đá
phiến dầu. Một trong những kết quả đạt được là công ty Tài nguyên Năng lượng
Queensland (Queensland Energy Resources) buộc phải dừng dự án đá phiến dầu Stuart (Stuart
Oil Shale Project) ở Úc trong năm 2004.
Mặc dù đem lại cho Mỹ vị thế độc tôn trong việc sản xuất dầu mỏ, song những tác động tới sức
khỏe cũng như môi trường của công nghệ này cũng đang khiến dư luận cảm thấy lo ngại.

b) Ô nhiễm không khí:
Một vấn đề khác của công nghệ khai thác dầu đá phiến chính là việc sử dụng cát.
Theo một nghiên cứu được Viện Vệ sinh Lao động Quốc gia của Mỹ (NIOSH) công bố hồi tháng

8/2013 cho thấy, những người công nhân làm việc tại các giếng khoan dầu đá phiến có nguy cơ
17


tiếp xúc với không khí có nồng độ bụi vượt ngưỡng cho phép. Trong đó, nghiêm trọng nhất
chính là cát, loại chất có thể gây ra bệnh bụi phổi silic.
Nghiên cứu được tiến hành với hơn 100 mẫu không khí được lấy từ 11 điểm khai thác dầu khí đá
phiến trên toàn nước Mỹ.
Cát được sử dụng để trộn với nước tạo thành dung dịch hỗn hợp cho quá trình nứt vỡ thủy lực.
Các nhà nghiên cứu cho rằng, người công nhân có thể hít phải bụi cát trong quá trình vận chuyển
cũng như phối trộn hỗn hợp fracking.
Theo các nhà khoa học, bệnh bụi phổi silic có thể phát tác trong vòng từ 5-20 năm với các triệu
chứng như khó thở và thậm chí có thể dẫn tới tử vong.
c) Động đất:
Một hậu quả tai hại được cho bắt nguồn từ công nghệ nứt vỡ thủy lực chính là động đất.
Tháng 9 năm nay, cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) đã công bố những bằng chứng cho
thấy, có mối liên quan chặt chẽ giữa công nghệ nứt vỡ thủy lực dùng trong khai thác dầu khí đá
phiến với hiện tượng động đất gia tăng tại Mỹ trong những năm gần đây.
Nghiên cứu của USGS chỉ ra rằng, tỉ lệ các trận động đất dọc tại khu vực dọc theo ranh giới tiểu
bang Colorado và New Mexico từ năm 2001 tới nay tăng lên gấp 6 lần kể từ đầu thế kỷ XX. Sự
gia tăng này trùng với thời gian con người bắt đầu khai thác dầu khí từ đá phiến tại khu vực này.
Hiện, các nhà nghiên cứu chưa tính toán chính xác được mối quan hệ nhân quả trực tiếp từ hoạt
động khai thác dầu khí tới những trận động đất. Tuy nhiên, họ khẳng định rằng, “nó là một phần
gây ra hiện tượng động đất ngày càng gia tăng”.
Thực tế, nghiên cứu của USGS không phải là nghiên cứu đầu tiên về hiện tượng này. Trước đó
đã từng có nhiều nghiên cứu độc lập ở một số nước trên thế giới đã khẳng định quá trình nứt vỡ
thủy lực có mối liên hệ với động đất như ở Anh.
Những tranh cãi quanh tác động của công nghệ nứt vỡ thủy lực đến sức khỏe và môi trường cũng
khiến nhiều quốc gia “quay lưng” với công nghệ này dù nó rất thành công ở Mỹ. Pháp là một
trong những quốc gia tiên phong và kiên quyết trong việc cấm sử dụng công nghệ nứt vỡ thủy

lực. Vào cuối năm 2011, Bắc Ireland cũng đã cấm sử dụng phương pháp này. Một số quốc gia
như Bulgaria, Romanie, Cộng hòa Séc,… đều đã cấm hoặc có kế hoạch cấm sử dụng phương
pháp này trong vài năm tới.

V.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. La Thị Chích, Thạch học, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM.
2. Tống Duy Thanh, Địa chất cơ sở, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.
3. Web: />18


4. Lê Văn, Bài báo Sự thật về “thủ phạm” giảm giá dầu: Bí mật công nghệ của “vũ khí” dầu
đá phiến Mỹ, Báo điện tử Vietnamnet.vn, 28/12/2015.
5. Lê Văn, Bài báo Sự thật về “thủ phạm” giảm giá dầu: Hiểm họa khôn lường từ “vũ khí” dầu
đá phiến, Báo điện tử Vietnamnet.vn, 30/12/2015.
6. Thi Ca tổng hợp từ tài liệu của Trần Hữu Hiếu – Nhóm nghiên cứu dầu khí Houston, Hoa Kỳ
và nhà báo Nguyễn Vạn Phú, Dầu khí đá phiến và cuộc cách mạng trong kỹ thuật khai thác
dầu khí, trên web: , 13/01/2015

19