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能源科普 | 油砂:“低调”的非常规油气能源

beiken 2025-02-28

说到非常规油气资源,你的脑海中或许会立马浮现出风光无限的煤层气、页岩油气。但还有一种低调的能源,其可采储量占全球非常规油气资源的15%以上,它就是油砂,一个低调的非常规能源。


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油砂,也被称为“焦油砂”,或“沥青砂”,主要由沥青、沙、富矿粘土和水的奇妙组合,其中沥青含量约为6%-12%,沙和粘土等矿物占80%-90%,余下为3%-5%的水。油砂既具有固体矿床的成矿特征,又在成因上表现为剩余油藏的特点。

 

在油砂的定义与分类上,各国略有不同。在油砂资源富集的加拿大,油砂与重油被统称为油砂;而在我国,重油则被赋予了另一个名字——稠油。

 

油砂形成:砂岩和原油的不解之缘


油砂的形成,如同一场砂岩与原油的奇妙邂逅,需要经历了生成、运移、储集、破坏、保存等五个阶段。


石油生成之后,在地下会通过地层中的孔隙和裂缝“运动”,寻找自己的归宿,在“运动”过程中,石油会遇到不同的地质条件,当聚集在特定的地质圈闭构造中时,就形成了常规油气。


然而,有些石油在旅途中失去了轻质的伙伴,剩下的重质组分,如沥青,在近地表地层与砂岩不期而遇,共同经历了漫长的沉积岁月,最终凝结成了油砂。


全球油砂的分布不平衡,据统计,拥有油砂的国家有加拿大、委内瑞拉、俄罗斯、美国和中国等,其中加拿大居首位,甚至有数据显示,全球油砂剩余可采储量的99.7%都分布于加拿大,它也是唯一在油砂开采上取得显著经济效益的国家。

 

油砂开采:可以“挖”的原油


采油的过程,人们一般戏称为“挖石油”。但大多数的石油需要通过钻井深入地层才能触及,而油砂则因其埋藏较浅,成为了可以真正“挖”出来的原油。


油砂的开采方式,主要包括露天开采和井下开采两种方式。露天开采就像挖煤一样进行露天挖掘,一般75米以内的油砂采用露天开采的方式更经济实用。在历史上,露天开采是从油砂生产原油的主要来源,然而,随着大部分浅层油砂被开采殆尽,井下开采逐渐成为了主流。


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井下开采主要分为热采和冷采两种。热采又主要分为循环蒸汽吞吐和蒸汽辅助重力泄油(SAGD)两种方式,主要原理都是通过高温的蒸汽降低原油的粘度和流动性,进而把原油驱赶出来。


冷采则主要分为携砂冷采和微生物冷采两种方式。携砂冷采是起源于加拿大的开采技术,它通过出砂形成类似蚯蚓形状的多条通道, 进而提高地层孔隙度和渗透率, 改善油砂的流动性。


微生物冷采则属于生物技术与化学作用相结合的一种采油方法,它利用微生物的代谢活动及其产生的生物化学物质来改善油藏条件,提高原油的采收率。

 

原油分离:两吨油砂“洗”出一桶油


普通的原油开采出来后,可以直接进入油气分离和集输炼化阶段。但油砂中的原油却与砂岩紧密相连,如同镶嵌在宝石中的珍珠,需要精心分离才能取出。


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油砂的分离方法常用的有热水分离法和溶剂提取法。热水分离法如同家里用热水清洗餐具上的油污,将油砂放入特制的“洗碗机”中,利用热水的热量降低原油的粘度和流动性,将原油从砂石中“洗”出来,属于物理分离法。溶剂提取法,则是使用轻质溶剂溶解油砂中的原油,提高提取效率,属于化学分离法。


但由于油砂中普通砂土占据较大分量,因此两吨油砂往往只能“洗”出一桶原油,约159升,这真是一场艰辛的“淘金”之旅。

 

后记:


随着全球油气能源的持续开采和消费,油砂这种非常规油气资源在全球油气能源结构中的地位日益凸显。据统计,2024年全球油气总产量中,非常规油气的产量占比已经达到了29.6%。而加拿大凭借以油砂为主的开采,年度总产量排名跃居全球第四,仅次于美国、俄罗斯和沙特阿拉伯。


油砂,这个低调的能源,正以其独特的魅力,在全球能源发展中发挥着重要作用。


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