加拿大石油砂(Canadan’s oilsands),又称焦油砂(tar sands),主要储藏在加拿大Alberta省碳酸盐三角地(The Carbonate Triangle)地区;主要储藏及产区在这个地区的Athabasca、Peace River 和Cold Lake三地,储量巨大。最大的Athabasca储区的储量估计为13400亿桶,Cold Lake产区为2010亿桶,Peace River产区1570亿桶,总估算储量有17000亿桶之巨!按照目前技术水平可达到的10%左右的可采率,加拿大石油砂可采储量是1740亿桶。但从石油砂中采出的石油产品并不是常规的石油,而是一种在常温状态下成凝结状的石油沥青(bitumen),石油沥青要变成常规石油产品应用,需要一系列的复杂加工过程,首先是通过升级提炼转变成和普通原油品质近似的合成原油(synthetic crude oil),然后再送到炼油厂加工成消费需求大的汽、煤、柴油和其它石油制品。当然,石油沥青也可以直接拿来铺路,只是Alberta省地广人稀,从它巨大的石油储量中拿出最微不足道的一点儿就足够铺那里几辈子的路了。
一、 加拿大石油砂资源的前世今生
科学家有理由相信大约在5千万年前,因为地层运动或其它原因,Alberta省巨大数量的原油从原储层向地面方向逐渐东移了100多公里,深度环境污染了遇到的一大片砂层,也就是说把这片砂层给饱和浸泡了。在随后的几千万年,这些浸在沙层里的石油成为嗜石油细菌的盛宴。细菌先拣容易的吃,它们首先吃掉了碳氢分子链短的石油,就是宝贵的轻质原油,把它们分解成二氧化碳和水,然后再吃较重的原油,最后留下了分子结构复杂的石油沥青和其它杂质。剩下的这些细菌啃不动的就成为现在的加拿大石油砂资源。虽然加拿大石油砂资源储量巨大,但细菌在过去几千万年吃掉,分解掉的原油至少是目前石油砂储量的3倍,并且是品质高的原油。如果人类早进化几千万年,就是因为这些加拿大油砂地区的石油储量,目前的石油供应紧张的局面是几百年以后的事。
二、 石油砂资源的开采
加拿大石油砂的开采有两种方式,露天矿采和抽取。
首先唠叨一下露天矿采方式,大约18%的加拿大石油砂可采储量,因为离地表较近,可以采用类似露天采煤的方式开采。对于矿采方式,很大一部分开采工作量在清理地表上的树丛、灌木和油砂层上的沼泽、土层等。油砂层上面地表清理完毕后,可以进行油砂露天开采了。
油砂开采、运输用的是世界上最大型的机械挖土机和铲车,这种铲车一次可运输360吨重的油砂。油砂运到加工厂后,要做的工作是油砂分离。油砂分离工作原理是将油砂和热水混合、充分摇晃后,砂沉于底部,水悬浮于中部,而含石油沥青泡沫在上部;将沥青泡沫分离、加溶解剂除水后得到石油沥青。当然,这些油砂分离装置也都是巨人型的。
石油沥青由于品质不高还不能直接做炼化生产原料,需要加热、加氢进行提炼,API比重度达到34后,才能成为满足炼化生产的合成原油。
在加拿大油砂露天产区,每开挖出4.27吨土石方(包括油砂、地表土等)能得到1.93吨石油砂,加工后得到1.16桶石油沥青,再加氢提炼,最后得到1桶合成原油。所以整个生产过程满艰巨,生产成本也较高,约合30~35美元/桶。
加拿大政府针对石油砂的露天开采有严格的环保规定。资源地地表上清理出的土层,油砂分离后的沙子等要另处保存,待资源开采完后原处回填,尽量恢复原地表地貌。
超过80%的加拿大油砂储量由于埋层过深,无法用露天方式开采,这些储层的资源采用了类似常规石油开采式的钻井、然后用抽油机抽取方式开采。但由于石油沥青过于粘稠,极度缺乏流动性,开采方式也有别于常规石油开采。
目前采用钻井方式开采石油沥青有两种;一种叫蒸汽吞吐采油法(Cyclic Steam stimulation),另一种叫蒸汽动力驱油法(Steam-assisted gravity drainage,SAGD)。所谓蒸汽吞吐采油法是首先将大量高压蒸汽注入油砂层,然后封井数周,待油砂层沥青充分加热、稀释后再开井抽取。当油砂层冷却、出油率下降时,再次注入蒸汽、封井、开采,往复循环。
目前在加拿大油砂区逐步大规模采用的是蒸汽动力驱油法。这种方法应用水平井技术将两个钻井以上下水平方向钻入油砂资源层,上下间隔数米。上面的钻井注入高压蒸汽,下面的钻井抽采石油沥青,这种方法可以保证连续生产。