一、油砂是什么？

油砂（Oil sand），亦稱“焦油砂”、“重油砂”或“瀝青砂”，與頁巖油一樣屬于非常規(guī)油氣資源。油砂通過特殊手段后可以提煉出來一種油膏狀物質(zhì)，我們稱為瀝青，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%的無機礦物質(zhì)(砂、黏土等)、3%~6%的水、6%~20%的稠油。通常油砂稠油是烴類和非烴類有機物質(zhì)，是黑色、黏稠的半固體，約含80%的碳元素，還有氫元素和少量的氮、硫、氧以及微量金屬，如釩、鎳、鐵、鈉等。

油砂的結(jié)構(gòu)可以分為親水性和親油性兩類。

親水性的油砂（如下圖所示），是有水滲透在固體顆粒的孔隙中，有一層很薄的水膜包裹在固體顆粒的外表面，而稠油則包裹在水膜的外面，即所謂的油包水、水包礦粒。

親油性的油砂，乃是稠油滲透在固體顆粒的孔隙中，有一層油膜包裹在固體顆粒的外表面，而水則包裹在油膜的外面，即所謂的水包油、油包礦粒。

對于親水性的油砂，較易將稠油與固體顆粒分開；而親油性的油砂則較難將稠油與固體顆粒分開。

二、油砂藏在哪兒？

世界油砂資源折算為油砂稠油約4000×108t，大于天然石油探明儲量2000×

108t。維基百科(Wikipedia)油砂條目中也提到世界油砂稠油可能占全球液態(tài)烴類總資源的三分之二。

世界上85%的油砂都集中在加拿大阿爾伯塔省北部地區(qū)，主要集中在阿沙巴斯克(Ashabasca)、冷湖（Cold Lake）和和平河（Peace River）三個油砂區(qū)，面積分別達430、72.9和97.6萬公頃，總面積與比利時的國土面積相當(dāng)。這些油砂中的瀝青總含量高達4000億立方米，是世界上最大的瀝青資源，其中240 億立方米分布在表層（地下75米以內(nèi)）、3760億立方米分布在深層。

而我國也是在世界油砂礦資源豐富的國家之一，初步估算中國油砂有千億噸，可采石油資源量100億噸左右，居世界第五位。其中，準噶爾盆地、塔里木盆地、羌塘盆地、柴達木盆地、松遼盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地等7個盆地中油砂資源量巨大，是未來我國油砂資源勘探開發(fā)的重點區(qū)域。我國油砂礦點多、面廣，且含油率高，有的地區(qū)油砂含油率高達12%以上，勘探前景十分喜人。具體的油砂分布地如下圖所示。

三、怎么開采油砂礦？

據(jù)資料顯示，最初發(fā)現(xiàn)油砂的是一個印第安商販，他1791年把在加拿大發(fā)現(xiàn)的油砂帶到邱吉爾堡。到了1735年，法國成了第一個開采油砂的國家，盡管因為成本問題擱淺了一段時間，但最后在兩家美國公司的推動下，于1978年達到了大規(guī)模生產(chǎn)，其產(chǎn)量達到加拿大需求量的13%。

隨著石油能源的漸漸枯竭，人們開始將目光轉(zhuǎn)移到非常規(guī)的能源，于是油砂的開采開始迎來“春天”。

目前油砂的開采分為露天開采和原地開采兩種。

1)露天開采

油砂，是世界上為數(shù)不多的可以采用挖掘機開采的石油。當(dāng)油砂層厚度達到30-45m，表層覆蓋厚度低于100m，含油率超過8%-9%時，適合露天開采。

首先，直接采用挖掘機挖掘的方式進行開采，然后在現(xiàn)場進行瀝青的萃取和分離。將采出的油砂和95°C左右熱水混合攪拌，先讓砂石自然沉降，分離出一部分瀝青質(zhì)，剩余的漿液將采用泡沫浮選法（froth flotation）進一步提取石油。

2)原位開采

對于埋藏深度較深的油砂礦（大于75m），則采用鉆井配合稠油開采技術(shù)（降低油砂粘度）進行開采，方法主要分為以下幾種。

① 循環(huán)蒸汽強化法(CSS)：將高壓蒸汽注入到油砂層中，停留幾個星期，瀝青被水蒸氣的熱量軟化并由于水蒸氣的稀釋，與砂子分離，然后將流動的瀝青抽取到地面。但，由于地質(zhì)復(fù)雜一般只能采出地下原始儲量的20%以下。

② 蒸汽輔助重力排泄法(SAGD)：在油砂層平行的打兩個豎井，一個在上，一個在下，將蒸汽從上層井中連續(xù)注入，當(dāng)蒸汽使瀝青軟化的同時，瀝青因重力下沉最后被下層井抽取出來。這種方法，也是CSS法的升級版，可以采收原始儲量的25%-75%。

③ 出砂冷采技術(shù)：這是加拿大新興技術(shù)，對于在地下具有一定流動性的稠油油藏，可以極大的提高油井常規(guī)采油生產(chǎn)的能力。

④ 地下水平井注氣體溶劑萃取技術(shù)(VAPEX)：這種技術(shù)的具體方法和SAGD大致相同，但注入的不是水蒸氣，而是烴類氣體（乙烷、丙烷、丁烷等，可為一種，也可為混合氣體）。注入的氣體在底層壓力及溫度下處于臨界狀態(tài)，重油和瀝青均被溶解，其中的輕質(zhì)組分被抽提出來，形成的稀釋液的流動性變大。

⑤ 井下就地催化改質(zhì)開采技術(shù)：在熱處理的過程中，向井下注入氫和可以產(chǎn)生氫的物質(zhì)，除了能夠融入原油中使原油膨脹外，氫氣能夠進入微小的空隙；當(dāng)?shù)讓訅毫p小時，被壓縮氣體和原油膨脹，而能產(chǎn)生更多的原油，并能在處理過程中對原油進行加熱，降低原油的黏性。

⑥ 水熱裂解開采技術(shù)：在注入蒸汽的條件下，借助于稠油與蒸汽之間的化學(xué)反應(yīng)，降低稠油的粘度，從而達到降粘開采的目的。

四、油砂怎么處理？

目前的國外油砂分離技術(shù)研究的熱度較高，分離技術(shù)應(yīng)用較廣，目前的技術(shù)主要有3種：熱水洗法、溶劑萃取法、熱解干餾法。

根據(jù)油砂的結(jié)構(gòu)不同，采用的方法各有差異，一般水潤型的油砂適合水洗分離，油潤型的油砂適合有機溶劑萃取，或熱解干餾分離。

① 熱水洗法

采用熱水/表面活性劑，通過熱堿、表面活性劑的作用，使砂子表面的濕潤性改變，砂子表面更加親水，實現(xiàn)砂與表面吸附瀝青的分離，瀝青油進入堿液中，而石英砂下沉，進而實現(xiàn)分離。

② 溶劑萃取法

利用有機溶劑相似相溶的原理，將瀝青溶入萃取劑中，再進行蒸餾分離，最后實現(xiàn)萃取劑的循環(huán)利用，瀝青的分離。

③ 熱解干餾法

采用250°C以上的高溫進行裂解，經(jīng)過高溫處理后，瀝青的質(zhì)量得到改善，重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)組分。

五、我國油砂開采現(xiàn)狀

與世界非常規(guī)油氣資源研究與利用相比，我國在非常規(guī)油資源的研究和開發(fā)方面相對比較滯后，對油砂礦的資源潛力研究與評價技術(shù)、開采技術(shù)及綜合利用技術(shù)研究得比較少。目前進展最快的是7月初在克拉瑪依市風(fēng)城進行開采的油砂礦，這是第一個國內(nèi)油砂礦開采的案例。下面我們對它進行分析。

從風(fēng)城地區(qū)油砂礦本身分析，它具有四個特點：一，儲量規(guī)模大，落實程度高，油砂礦采礦權(quán)面積9.2398平方千米，探明儲量4247.68萬噸，控制儲量8164萬噸；二，儲量品位高，平均重量含油率10.6%，平均油砂厚度20m；三，油品特殊，為環(huán)烷基原油，屬世界各類原油中最稀缺的資源之一，產(chǎn)量占全球原油產(chǎn)量的3%，環(huán)烷基原油具有蠟含量低、酸值高、密度大、粘度大等特點，可制備多種高端化工產(chǎn)品；四，開發(fā)試驗效果好，可規(guī)模開發(fā)。

從建設(shè)難度上分析，克拉瑪依市風(fēng)城油砂礦位于準噶爾盆地西北緣風(fēng)城油田北部，距克拉瑪依市東北約120km，行政隸屬新疆克拉瑪依市，礦區(qū)交通便利，緊鄰中國最大的整裝超稠油油藏基地風(fēng)城油田，油田開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施初步形成，為最有利的開發(fā)區(qū)之一。