爱沙尼亚油页岩物性研究

本文是助理教授Heino Aruküla 1968年在塔林召开的联合国油页岩研讨会上的发言,属限量发表。油页岩的自然属性50年来并没有改变,只在术语上有一点点改变。然而,对油页岩物性的研究兴趣却逐渐增加,本文之所以值得关注是因为迄今为止这一领域还没有取得显著的研究成果。

1 引言

在1964~1967年,塔林理工大学的采矿系研究了爱沙尼亚油页岩层的物性。本文旨在建立初始数据,以解决与油页岩开发利用有关的如下问题:①将油页岩破碎,制备以在热电厂燃烧及在页岩油厂处理的优化方法的选择;②使岩石物质浓缩的优化方法和参数的选择。
对爱沙尼亚油页岩矿床发育地区的岩石的物理性质进行了测定。
油页岩层各分层厚度的变化如表1所示。

表1  各采样点的分层厚度

2 矿物学和岩石学研究

借助Hi-8型偏光显微镜对所有矿山和各个分层的样品制成的薄片进行了矿物学及岩石学研究。主要关注的是构造和结构特征,目的是阐明岩体构造对其强度的影响。
油页岩分层中具代表性的有机物质有两种类型:①略呈圆形稍有点扁平的由小球状物体组成的暗色致密的聚积物;聚积物和单个小球的直径分别为0.07~0.1毫米和0.005毫米。②将聚积物包含其内的浅棕色均质体。
油页岩分层中的碳酸盐岩物质大多由各种生物的骨骼残骸组成,一般呈微晶钙,有时具纤维构造。有机质的再结晶碎片常见于分层C和分层F中。在有些地方,碳酸盐物质围绕着有机物质的特殊薄膜状的聚积物。
油页岩分层中的岩石具有相当清晰的显微层状结构。油页岩的最薄分层可由存在的粘土物质和石英角粒而识别出来。
相比其他油页岩分层,分层F包含的有机物质较少,特别是以暗色的聚积球粒的形式,而碳酸盐骨架显示得更好,几乎不间断,这增加了该层的机械强度和脆性。
灰岩夹层主要由细晶方解石(晶粒大小为0.01~0.03毫米)组成,其重结晶生成较大(达0.5毫米)、不很均匀的颗粒,通常呈拉长的形状。浸没在浅棕色非晶质中的由黑色球粒组成的聚积物代表有机物质。此种聚积物多见于夹分层A/B和E/D中(>15%),较少见于夹层B/C(<10%)和C/D中(3%),这也会相应地影响夹层的岩石强度。
夹分层B/C和E/D的薄片揭示了有机物质的非均匀分布,而夹分层C/D中的聚积物具不规则形状。

3 岩石的体积质量、密度和孔隙度

岩石的体积质量通过静压称重测定,密度通过比重法测定,孔隙度通过计算确定。发现体积质量和密度的精度为0.01克/立方厘米,结果见表2。

表2  可开采油页岩层岩石的密度、体积质量和孔隙度

4 岩石强度

在工作的第一阶段,研究人员通过上述的所有方法测定岩石的强度以获得爱沙尼亚油页岩矿床条件下的比较估算值。样品取自Sirgala露天矿,结果如表3所示。

表3  Sirgala露天矿的平均岩石强度因子

设计机器和设备时,应该考虑强度较大的夹分层,而最软分层的矿柱稳定性问题有待解决。为此,在569个试验的基础上绘制岩石强度分布曲线(如图1)是可取的。岩石强度和体积质量之间的关系的研究显示了以下的相关比率f=1.61+1.85,相关系数r=0.8。

图1  岩石强度分布曲线

表4  不同矿山的岩石强度因子f

5 岩石的可磨性

采用通过TsKTI(该方法在俄国使用)法获得的Sirgala露天矿岩石样品的可磨性因子来估算该层岩石的抗破碎性(表5)。有代表性的油页岩样品根据剖面取自该岩层的不同分层。
为测定可磨性因子,取油页岩样品230立方厘米(体积),并采用二类技术天平称重。样品的细度为0.630~0.088毫米(原文中数据如此)。

表5  Sirgala露天矿的平均可磨性因子

6 岩石的电性特征

目前矿山和电厂确定油页岩质量所采用的方法都需要花费大量的精力和时间,采样的代表性并不可靠。
因此,在一定的时间间隔,需要在坑道壁上开槽进行工业层差异采样。
还可用电学方法间接评估油页岩的定性指标。最有前景的是无线电波方法。

测试结果显示电气参数ε和tanδ与油页岩的灰分含量之间没有任何明显的相关性。潮湿油页岩(松散物质)的电气性能的研究表明水分含量可能受介电常数或损耗角正切值的控制。

资料来源:Enno Reinsalu. Investigation of the physical properties of oil shale of the Estonian deposit. Oil Shale, 2014, 31(3): 304-311.

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