油砂的开发利用

□ 高峰

社会的发展和进步离不开能源供应，可是我们真要等到以石油、天然气为代表的常规能源被基本用完或全部采干用尽之时，才开始寻找和开发新的能源资源吗？

对于这一问题，科学家们已经积极行动起来，天然气水合物、油页岩、油砂和煤层气，被认为是今后较有可能成为过渡性或替代型能源的资源。然而，由于受开采技术水平、开采经济成本及环境影响程度等几项核心因素的制约，目前对天然气水合物、油页岩的开发尚处于探索和认识阶段。而在利用油砂合成石油的开发生产技术方面，加拿大已取得了开拓性成就，正在悄然揭开全球“能源革命序幕”的一角。

揭开油砂的面纱

油砂，是一种非常规性含原油的砂状矿藏，形成的地质年代为白垩纪。世界上有70多个国家蕴藏油砂资源，但目前探明的油砂资源有95%集中在加拿大；如果加拿大这些油砂资源全部被开采利用，按照现在世界能源的需求水平，可供全世界消费100年。

油砂由砂、沥青、矿物质、黏土和水以相互结合的方式构成，沥青是其主要成分，含量可占到1%～20%。沥青主要由富碳、贫氢的长链分子组成，其他成分还包括氮、硫和一些重金属等。由于沥青的API值（反映油质好坏的指标，高值对应优质原油）低于10，所以它的黏度极大，不能在油藏中流动。不过，人们发现可以采用萃取工艺从混合物中分离出沥青，经预处理生产出类似天然石油的“合成原油”。按照目前的平均开发生产技术水平，生产1桶合成石油需要1.16桶沥青。

沥青经过焦化、蒸馏、催化转换、加氢处理等复杂的工艺环节被从油砂中提取出来后，可产生合成石油。利用油砂合成石油的规模化开发生产源自加拿大。根据最新资料统计，加拿大的证实石油储量可达1788亿桶，仅次于沙特，位居世界第二位。而在加拿大的现有石油储量中，有超过95%的储量（即1745亿桶）蕴藏在艾伯塔省的油砂中。

油砂生产合成石油已经显示出多项优势

用油砂生产合成石油的第一步，是将其中的沥青与砂、矿物质、黏土以及水分进行分离。然后在分选厂，通过加热过程，将漂浮在大型分离池表面的沥青加工成各种石油产品。

油砂中沥青的分离与加工是一系列技术化程度极高的工艺过程，目前仍需要不断加大投入以更新加工处理设备，这与常规石油的开发生产有所不同，所以油砂合成石油的生产成本高于常规石油。然而，“油砂石油”生产的发展已经显示出多项优势。

首先，几乎不需要开展勘探工作，油砂的分布、规模甚至质量品位几乎都是直接显露在开发者面前的。在加拿大艾伯塔省油砂分布的区块内，甚至可以用穿着靴子的脚“踢开”随处可见的油砂。

其次，油砂石油开发生产的采收率在90%以上，总体高于常规原油开采，极低成本的开发与极高的采收率，共同确立了油砂石油开发生产的长期性与稳定性。

再其次，针对油砂石油开发生产，加拿大联邦政府和地方政府已经采用了具有竞争机制的矿区使用费和财政政策，以更直接促进项目长期支出所需的大量投资。

直接开发油砂中的沥青将成为主导方法

在过去的36年里，主要通过常规露天采矿技术开发生产油砂石油。在早期，油砂开发生产公司利用斗轮挖掘机与传送带将挖掘出的油砂矿运至分选厂，再利用物理手段分选出沥青，采收率约为95%。进入20世纪90年代后，斗轮挖掘机与传送带都被电动挖掘机和大型载重卡车车队所替代。尽管设备的更新和改进为开发运送油砂带来了明显的效益，但其终归还是有所局限。

通过电动挖掘机和大型载重卡车车队开发运送油砂，仅仅能够使现有油砂储量的15%～20%得到有效开发，这将会导致相当部分油砂的开发成本超过经济收益。如果采用原地热力气驱分离回集开采技术开发油砂，则可保证继续赢利。

目前，露天采矿技术仍是开发油砂的主要手段。而在今后，由于加拿大80%左右的油砂储量分布深度都已经超过了现有露天采矿技术所能达到的深度，原地热力气驱分离回集开采技术将会成为直接开发沥青的主导方法。

原地热力气驱分离回集开采技术，除了可以直接开发出地表下一定深度内油砂分布的沥青外，尚有降低开发成本的巨大潜力。特别需要提到的是，该项技术在保护空气、土地和水资源方面，确实具有非常实际的意义。

资源潜力巨大

油砂资源的潜力和远景已经引起人们越来越多的重视。在加拿大艾伯塔省北部油砂分布地区，自20世纪90年代中期开始，有超过150亿美元投入到油砂开发中，在2002～2010年间，还将有150亿美元投入到本领域，2010年后，投资油砂资源开发的热潮仍将持续。

目前，加拿大西部沉积盆地出口的原油供应美国25座炼厂，随着油砂石油产量的增长，这些炼厂中的大多数将需要转向以依赖油砂合成石油或混合沥青作为主要供应原料。由于合成石油氢含量低，易于产生低质馏分的汽油及石油产品。为此，炼厂在处理油砂合成石油的过程中，还需要增加包括催化裂化、含氢石油分裂以及焦化等复杂的转化处理过程，以便炼制成适用于运输市场需求的高性能燃料。

（图片由王宜提供）