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.

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:


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


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



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

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

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

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.

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

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: https://vi.wikipedia.org/wiki/Đá_phiến_dầu.
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: http://oisp.hcmut.edu.vn, 13/01/2015

19