油砂的開發(fā)利用

□ 高峰

社會的發(fā)展和進步離不開能源供應，可是我們真要等到以石油、天然氣為代表的常規(guī)能源被基本用完或全部采干用盡之時，才開始尋找和開發(fā)新的能源資源嗎？

對于這一問題，科學家們已經積極行動起來，天然氣水合物、油頁巖、油砂和煤層氣，被認為是今后較有可能成為過渡性或替代型能源的資源。然而，由于受開采技術水平、開采經濟成本及環(huán)境影響程度等幾項核心因素的制約，目前對天然氣水合物、油頁巖的開發(fā)尚處于探索和認識階段。而在利用油砂合成石油的開發(fā)生產技術方面，加拿大已取得了開拓性成就，正在悄然揭開全球“能源革命序幕”的一角。

揭開油砂的面紗

油砂，是一種非常規(guī)性含原油的砂狀礦藏，形成的地質年代為白堊紀。世界上有70多個國家蘊藏油砂資源，但目前探明的油砂資源有95%集中在加拿大；如果加拿大這些油砂資源全部被開采利用，按照現(xiàn)在世界能源的需求水平，可供全世界消費100年。

油砂由砂、瀝青、礦物質、黏土和水以相互結合的方式構成，瀝青是其主要成分，含量可占到1%～20%。瀝青主要由富碳、貧氫的長鏈分子組成，其他成分還包括氮、硫和一些重金屬等。由于瀝青的API值（反映油質好壞的指標，高值對應優(yōu)質原油）低于10，所以它的黏度極大，不能在油藏中流動。不過，人們發(fā)現(xiàn)可以采用萃取工藝從混合物中分離出瀝青，經預處理生產出類似天然石油的“合成原油”。按照目前的平均開發(fā)生產技術水平，生產1桶合成石油需要1.16桶瀝青。

瀝青經過焦化、蒸餾、催化轉換、加氫處理等復雜的工藝環(huán)節(jié)被從油砂中提取出來后，可產生合成石油。利用油砂合成石油的規(guī)模化開發(fā)生產源自加拿大。根據最新資料統(tǒng)計，加拿大的證實石油儲量可達1788億桶，僅次于沙特，位居世界第二位。而在加拿大的現(xiàn)有石油儲量中，有超過95%的儲量（即1745億桶）蘊藏在艾伯塔省的油砂中。

油砂生產合成石油已經顯示出多項優(yōu)勢

用油砂生產合成石油的第一步，是將其中的瀝青與砂、礦物質、黏土以及水分進行分離。然后在分選廠，通過加熱過程，將漂浮在大型分離池表面的瀝青加工成各種石油產品。

油砂中瀝青的分離與加工是一系列技術化程度極高的工藝過程，目前仍需要不斷加大投入以更新加工處理設備，這與常規(guī)石油的開發(fā)生產有所不同，所以油砂合成石油的生產成本高于常規(guī)石油。然而，“油砂石油”生產的發(fā)展已經顯示出多項優(yōu)勢。

首先，幾乎不需要開展勘探工作，油砂的分布、規(guī)模甚至質量品位幾乎都是直接顯露在開發(fā)者面前的。在加拿大艾伯塔省油砂分布的區(qū)塊內，甚至可以用穿著靴子的腳“踢開”隨處可見的油砂。

其次，油砂石油開發(fā)生產的采收率在90%以上，總體高于常規(guī)原油開采，極低成本的開發(fā)與極高的采收率，共同確立了油砂石油開發(fā)生產的長期性與穩(wěn)定性。

再其次，針對油砂石油開發(fā)生產，加拿大聯(lián)邦政府和地方政府已經采用了具有競爭機制的礦區(qū)使用費和財政政策，以更直接促進項目長期支出所需的大量投資。

直接開發(fā)油砂中的瀝青將成為主導方法

在過去的36年里，主要通過常規(guī)露天采礦技術開發(fā)生產油砂石油。在早期，油砂開發(fā)生產公司利用斗輪挖掘機與傳送帶將挖掘出的油砂礦運至分選廠，再利用物理手段分選出瀝青，采收率約為95%。進入20世紀90年代后，斗輪挖掘機與傳送帶都被電動挖掘機和大型載重卡車車隊所替代。盡管設備的更新和改進為開發(fā)運送油砂帶來了明顯的效益，但其終歸還是有所局限。

通過電動挖掘機和大型載重卡車車隊開發(fā)運送油砂，僅僅能夠使現(xiàn)有油砂儲量的15%～20%得到有效開發(fā)，這將會導致相當部分油砂的開發(fā)成本超過經濟收益。如果采用原地熱力氣驅分離回集開采技術開發(fā)油砂，則可保證繼續(xù)贏利。

目前，露天采礦技術仍是開發(fā)油砂的主要手段。而在今后，由于加拿大80%左右的油砂儲量分布深度都已經超過了現(xiàn)有露天采礦技術所能達到的深度，原地熱力氣驅分離回集開采技術將會成為直接開發(fā)瀝青的主導方法。

原地熱力氣驅分離回集開采技術，除了可以直接開發(fā)出地表下一定深度內油砂分布的瀝青外，尚有降低開發(fā)成本的巨大潛力。特別需要提到的是，該項技術在保護空氣、土地和水資源方面，確實具有非常實際的意義。

資源潛力巨大

油砂資源的潛力和遠景已經引起人們越來越多的重視。在加拿大艾伯塔省北部油砂分布地區(qū)，自20世紀90年代中期開始，有超過150億美元投入到油砂開發(fā)中，在2002～2010年間，還將有150億美元投入到本領域，2010年后，投資油砂資源開發(fā)的熱潮仍將持續(xù)。

目前，加拿大西部沉積盆地出口的原油供應美國25座煉廠，隨著油砂石油產量的增長，這些煉廠中的大多數(shù)將需要轉向以依賴油砂合成石油或混合瀝青作為主要供應原料。由于合成石油氫含量低，易于產生低質餾分的汽油及石油產品。為此，煉廠在處理油砂合成石油的過程中，還需要增加包括催化裂化、含氫石油分裂以及焦化等復雜的轉化處理過程，以便煉制成適用于運輸市場需求的高性能燃料。

（圖片由王宜提供）