báo cáo Môn học Năng Lượng Tái Tạo DẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

1


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

2


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

Chương 1

1.1.

THAN ĐÁ

Sự hình thành

Than đá là một loại đá trầm tích có màu nâu-đen 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 250-350 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

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

3


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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.

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

4


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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%).

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

5


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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%.
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

6


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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.

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

7


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

Chương 2

2.1.

DẦU MỎ

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]

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

8


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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]
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

9

Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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]
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

10


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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 Midway-Sunset, 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).

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

11


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

12


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

13


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

14

Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

Hình 2.3 Trữ lượng dầu mỏ của các quốc gia trên thế giới

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

15


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

Chương 3

3.1.

KHÍ THIÊN NHIÊN

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
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

16


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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 (coal-bed 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.
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

17


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

18


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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.

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

19


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

Chương 4

4.1.

DẦU ĐÁ PHIẾN

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.

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

20


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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 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 1-2km.

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

21


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

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 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,

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

22


Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

Mỹ nhiều lần tuyên bố trở thành nước sản xuất dầu lớn nhất thế giới trong năm
2014.

SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

23

Để tài: Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và dầu đá phiến

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] />[2] />
[3] />[4] />
SVTH: Phạm Phúc Nhật

Hướng dẫn: GS.TSKH Bùi Văn Ga

24