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一、油砂是什么？ 油砂（Oil sand），亦称“焦油砂”、“重油砂”或“沥青砂”，与页岩油一样属于非常规油气资源。油砂通过特殊手段后可以提炼出来一种油膏状物质，我们称为沥青，它的密度大于 1.0 g/cm，粘度一般大于10000mPa·s。  油砂，通常含有80%~90%的无机矿物质(砂、黏土等)、3%~6%的水、6%~20%的稠油。通常油砂稠油是烃类和非烃类有机物质，是黑色、黏稠的半固体，约含80%的碳元素，还有氢元素和少量的氮、硫、氧以及微量金属，如钒、镍、铁、钠等。 油砂的结构可以分为亲水性和亲油性两类。 亲水性的油砂（如下图所示），是有水渗透在固体颗粒的孔隙中，有一层很薄的水膜包裹在固体颗粒的外表面，而稠油则包裹在水膜的外面，即所谓的油包水、水包矿粒。
亲油性的油砂，乃是稠油渗透在固体颗粒的孔隙中，有一层油膜包裹在固体颗粒的外表面，而水则包裹在油膜的外面，即所谓的水包油、油包矿粒。 对于亲水性的油砂，较易将稠油与固体颗粒分开；而亲油性的油砂则较难将稠油与固体颗粒分开。 二、油砂藏在哪儿？ 世界油砂资源折算为油砂稠油约4000×108t，大于天然石油探明储量2000× 108t。维基百科(Wikipedia)油砂条目中也提到世界油砂稠油可能占全球液态烃类总资源的三分之二。 世界上85%的油砂都集中在加拿大阿尔伯塔省北部地区，主要集中在阿沙巴斯克(Ashabasca)、冷湖（Cold Lake）和和平河（Peace River）三个油砂区，面积分别达430、72.9和97.6万公顷，总面积与比利时的国土面积相当。这些油砂中的沥青总含量高达4000亿立方米，是世界上最大的沥青资源，其中240 亿立方米分布在表层（地下75米以内）、3760亿立方米分布在深层。 而我国也是在世界油砂矿资源丰富的国家之一，初步估算中国油砂有千亿吨，可采石油资源量100亿吨左右，居世界第五位。其中，准噶尔盆地、塔里木盆地、羌塘盆地、柴达木盆地、松辽盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等7个盆地中油砂资源量巨大，是未来我国油砂资源勘探开发的重点区域。我国油砂矿点多、面广，且含油率高，有的地区油砂含油率高达12%以上，勘探前景十分喜人。具体的油砂分布地如下图所示。
三、怎么开采油砂矿？ 据资料显示，最初发现油砂的是一个印第安商贩，他1791年把在加拿大发现的油砂带到邱吉尔堡。到了1735年，法国成了第一个开采油砂的国家，尽管因为成本问题搁浅了一段时间，但最后在两家美国公司的推动下，于1978年达到了大规模生产，其产量达到加拿大需求量的13%。 随着石油能源的渐渐枯竭，人们开始将目光转移到非常规的能源，于是油砂的开采开始迎来“春天”。 目前油砂的开采分为露天开采和原地开采两种。 1)露天开采 油砂，是世界上为数不多的可以采用挖掘机开采的石油。当油砂层厚度达到30-45m，表层覆盖厚度低于100m，含油率超过8%-9%时，适合露天开采。
首先，直接采用挖掘机挖掘的方式进行开采，然后在现场进行沥青的萃取和分离。将采出的油砂和95°C左右热水混合搅拌，先让砂石自然沉降，分离出一部分沥青质，剩余的浆液将采用泡沫浮选法（froth flotation）进一步提取石油。 2)原位开采 对于埋藏深度较深的油砂矿（大于75m），则采用钻井配合稠油开采技术（降低油砂粘度）进行开采，方法主要分为以下几种。 ① 循环蒸汽强化法(CSS)：将高压蒸汽注入到油砂层中，停留几个星期，沥青被水蒸气的热量软化并由于水蒸气的稀释，与砂子分离，然后将流动的沥青抽取到地面。但，由于地质复杂一般只能采出地下原始储量的20%以下。 ② 蒸汽辅助重力排泄法(SAGD)：在油砂层平行的打两个竖井，一个在上，一个在下，将蒸汽从上层井中连续注入，当蒸汽使沥青软化的同时，沥青因重力下沉最后被下层井抽取出来。这种方法，也是CSS法的升级版，可以采收原始储量的25%-75%。
③ 出砂冷采技术：这是加拿大新兴技术，对于在地下具有一定流动性的稠油油藏，可以极大的提高油井常规采油生产的能力。 ④ 地下水平井注气体溶剂萃取技术(VAPEX)：这种技术的具体方法和SAGD大致相同，但注入的不是水蒸气，而是烃类气体（乙烷、丙烷、丁烷等，可为一种，也可为混合气体）。注入的气体在底层压力及温度下处于临界状态，重油和沥青均被溶解，其中的轻质组分被抽提出来，形成的稀释液的流动性变大。 ⑤ 井下就地催化改质开采技术：在热处理的过程中，向井下注入氢和可以产生氢的物质，除了能够融入原油中使原油膨胀外，氢气能够进入微小的空隙；当底层压力减小时，被压缩气体和原油膨胀，而能产生更多的原油，并能在处理过程中对原油进行加热，降低原油的黏性。 ⑥ 水热裂解开采技术：在注入蒸汽的条件下，借助于稠油与蒸汽之间的化学反应，降低稠油的粘度，从而达到降粘开采的目的。 四、油砂怎么处理？ 目前的国外油砂分离技术研究的热度较高，分离技术应用较广，目前的技术主要有3种：热水洗法、溶剂萃取法、热解干馏法。 根据油砂的结构不同，采用的方法各有差异，一般水润型的油砂适合水洗分离，油润型的油砂适合有机溶剂萃取，或热解干馏分离。
① 热水洗法 采用热水/表面活性剂，通过热碱、表面活性剂的作用，使砂子表面的湿润性改变，砂子表面更加亲水，实现砂与表面吸附沥青的分离，沥青油进入碱液中，而石英砂下沉，进而实现分离。 ② 溶剂萃取法 利用有机溶剂相似相溶的原理，将沥青溶入萃取剂中，再进行蒸馏分离，最后实现萃取剂的循环利用，沥青的分离。 ③ 热解干馏法 采用250°C以上的高温进行裂解，经过高温处理后，沥青的质量得到改善，重质组分转化成轻质组分。
五、我国油砂开采现状 与世界非常规油气资源研究与利用相比，我国在非常规油资源的研究和开发方面相对比较滞后，对油砂矿的资源潜力研究与评价技术、开采技术及综合利用技术研究得比较少。目前进展最快的是7月初在克拉玛依市风城进行开采的油砂矿，这是第一个国内油砂矿开采的案例。下面我们对它进行分析。 从风城地区油砂矿本身分析，它具有四个特点：一，储量规模大，落实程度高，油砂矿采矿权面积9.2398平方千米，探明储量4247.68万吨，控制储量8164万吨；二，储量品位高，平均重量含油率10.6%，平均油砂厚度20m；三，油品特殊，为环烷基原油，属世界各类原油中最稀缺的资源之一，产量占全球原油产量的3%，环烷基原油具有蜡含量低、酸值高、密度大、粘度大等特点，可制备多种高端化工产品；四，开发试验效果好，可规模开发。 从建设难度上分析，克拉玛依市风城油砂矿位于准噶尔盆地西北缘风城油田北部，距克拉玛依市东北约120km，行政隶属新疆克拉玛依市，矿区交通便利，紧邻中国最大的整装超稠油油藏基地风城油田，油田开发基础设施初步形成，为最有利的开发区之一。 |
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