如何科学开发利用油砂资源—专访加拿大工程院院士、加拿大皇家学会院士徐政和

○ 文／本刊记者 陆晓如

开发利用油砂资源是能源需求的必然结果。可以通过技术进步、尾矿利用等提高采收率，并减少其对环境的影响。

有人曾说，油砂是上帝送给加拿大人的最大财富。但油砂生产原油排放的温室气体明显比传统石油作业高。不仅如此，产生的废弃物如果处理不当，将会对环境造成极大伤害。因此，油砂经常受到国际环保人士的指责，被称为“脏油”。

我国2015年底颁出首个油砂矿采矿许可证，由此开始了油砂资源的开发利用。但油砂资源应不应该开发和如何开发的讨论从未停止。加拿大工程院院士、加拿大皇家学会院士徐政和在接受本刊记者采访时分享了他的观点。

关注油砂资源

中国石油石化：徐院士，您好！请问您对未来能源发展趋势有怎样的判断？

徐政和：随着人口的增长和社会经济的发展，人类对资源的需求量持续增加，而自然资源并非取之不尽用之不竭。这就造成了人与自然之间的矛盾。

能源结构方面，虽然目前可再生能源是重点研究方向，包括风能、光能等，但未来几十年内最重要的能源还是化石能源，特别是石油还将是能源消费主体。石油作为不可再生资源，随着人类的不断开发利用，常规石油资源将会慢慢枯竭，因此非常规石油资源日益受到重视，也是必然要进行开发的。

中国石油石化：油砂作为非常规油气资源的一种，它的开发利用有何意义？

徐政和：我曾在加拿大阿尔伯塔大学任教多年。因地利之便，对加拿大油砂的开发利用有所了解，也做过相关研究。

油砂由砂粒、沥青、矿物质、黏土和水等五部分组成。不同地区油砂矿的组成不同，一般沥青含量为3 wt%～20 wt %，砂和黏土等矿物占80 wt%～85 wt%，水占3 wt%～6 wt%。油砂资源的总体特点是油质黏稠，含油量少。但油砂分布广泛，资源量丰富。目前，已知世界油砂技术可采总量约为1035.1亿立方米，占世界可采总量的32%，约为常规石油剩余可采资源量的68%。

加拿大的油砂储油量位居全球第二，仅次于石油王国沙特。加拿大油砂覆盖的地区比英格兰和威尔士的总面积还大。其中，加拿大西部内陆的阿尔伯塔省拥有世界上81%的含油砂储藏量。绝大多数目前进入工业开采的油砂提炼工厂都位于该省广袤的北方针叶林地下。该省油砂储藏有大约1.35万亿吨石油，超过目前人类已经消耗掉石油的总量，也超过目前已估算出的、人类尚未利用的传统石油存量。

中国油砂资源位居世界第五位。通过对全国24个含油砂盆地106个矿带进行的资源量计算，我国油砂油地质资源量为59.7亿吨，可采资源量22.58亿吨。其中，0～100米埋深油砂油地质资源量为18.56亿吨，油砂油可采资源量为11.31亿吨；100～500米埋深预测油砂油地质资源量为41.14亿吨，油砂油可采资源量为11.27亿吨。中国石油所拥有的矿权区内，油砂油地质资源量为44.3亿吨，占全国总量的74.2%。

2006年底，中国石油已经对矿权区内的油砂矿进行了排队和优选，预测出5个油砂矿分布有利区，分别为准噶尔盆地西北缘、松辽西斜坡、吉尔嘎朗图、四川厚坝、玉门石油沟。2015年国内首个油砂矿采矿许可证已由中国石油克拉玛依城投油砂矿勘探有限公司取得。油砂矿作为新型非常规能源项目已经在国内进入工业化开采阶段。

研究油砂技术

中国石油石化：非常规油气资源的开发难度都较大，油砂开发的难度如何？

徐政和：油砂开采方法与传统石油开采截然不同。简单的说，油砂开采主要采用露天开采和井筒热驱两种方式采出。

当含油砂靠近地表时，各开采公司用推土机推出一个巨大的露天矿坑，在矿坑内用大型倾卸卡车将油砂运到附近的分离工厂。在工厂里，含有沥青的油砂被破碎，然后用高温碱水冲洗，再用浮选法分离油和砂，再用离心机分离油和水，最后再炼制成油品。

这个过程中的关键技术是炼制中的油砂分离技术。油砂分离某种程度上类似于洗衣服，首先是加碱，就像加洗衣粉，随后加热水制浆并用管道输送使沥青从砂上脱离，最后再用巨型分离池由浮力富集沥青产品。初步的处理只能得到60%的重油，经过进一步加工，重油含量可以提升到99%。这一切都需要现代化的加工厂执行。

用露天开采的方法采油接近整个油砂油产量的一半，而另一半由蒸汽热驱法实现采油。但是随着浅层油砂资源的枯竭，这种采油方法的比重将进一步下降。提取埋藏更深的油砂中的石油典型的工艺是采用蒸汽辅助重力泄油（SAGD）开发。SAGD采油需先钻井，然后通过井眼将300多摄氏度以上的高温水蒸汽流泵入地下。油砂中的沥青被蒸汽熔化，从而使沥青在重力之下经泥沙缝隙流入采油管道，使所形成的浆状物从地下抽到地表进行油水分离和提炼。

中国石油石化：您提到油砂分离技术是油砂开采利用的关键技术。您对此项技术是否有研究所得？

徐政和：石油在短时间内不会枯竭，但我们需要秉持对自然、对社会、对整个人类社会未来的发展负责任的态度，不断地创新工艺，使原油资源的利用更充分、更高效。因此我和我的团队十分重视相关技术的研发。

采原油以后，如何把油水、油砂分离？这需要很高的技术含量。其中的关键在于如何提高回收率，同时降低能量消耗。

在油砂分离时，黏附在固体上的稠油在水中必然受到界面张力作用，但需要热能或机械力作为驱动力使沥青脱离固体，因此造成能量消耗。通常黏度越低，油珠的运动速度越快。因此温度对油砂分离起着重要的作用。除了改变温度，我们考虑通过加入特定的溶剂降低其黏度。我的研究团队对此工艺进行深入原创性研究，发现加入柴油可以促进沥青更有效地脱离固体砂粒，并降低气泡黏附到油珠上的感应时间，在常温下就可以实现油砂高效、快速分离。

不同矿场里面出来的原料加工行为极不一样，同样的油砂从三个不同地方出来，回收效果有时会截然不同。我们通过加柴油的方法能够使加工过程对原来原料的变化敏感度降低，提高回收率，而且越难提取出来的原料效果越好。从不同物料的角度证明我们新设计出来的工业可以在常温下提高采油率。总的来说，这种采油技术的优势体现在低耗能、减少温室气体排放、减少操作花费、效果不随原料变化而产生波动、废弃物处理更简单等方面。

我的团队在非常规原油资源采油的技术开发方面积累了很多经验，并将其总结成书《阿萨巴斯卡油砂矿中沥青开采原理及实践》。

利用油砂尾矿

中国石油石化：因会对环境造成影响，油砂资源的开发存在争议。您对此怎么看？

徐政和：人类任何利用资源的行为都会对环境产生影响。关键在于怎么进行科学的开发利用，将对环境的影响降至最低。

油砂开采对环境的影响主要有开挖开采对地表植被的破坏、油砂热洗对水资源的污染，以及SAGD开采蒸汽生产过程对大气环境的影响等几方面。

作为油砂开采量巨大的国家，加拿大政府采取了一系列管理措施，包括对水资源重复利用的管制，对外排水总量的控制，增加环境领域的科技投入，支持研发碳回收与储藏以及清洁利用等技术，并探索在阿尔伯塔油砂开采中使用更清洁的能源等。企业也在通过植被恢复、动物保护以及通过技术进步减少用水量、减少温室气体排放等行动来修复、保护环境。油砂能够以环境友好的方式发展。

中国石油石化：除了上述您提到的油砂开发对环境造成的影响外，油砂尾矿无疑也存在环境风险。有没有办法解决这个问题？

徐政和：油砂开采产生大量以泥浆形式排出的尾矿，主要是水、残留沥青、砂、淤泥、黏土及溶剂等形成的混合物。这些尾矿存在着污染地下水的风险，而且可能随地下水的运移而污染更多区域。现在大多存储于日益增大的尾矿池中，不仅存在着泄漏到周边土壤和地表水中的巨大风险，而且维护尾矿池本身耗资巨大并有重大安全隐患。

世上没有绝对的垃圾，只有放错位置的资源。油砂尾矿在尾矿池中随着时间的推移会分为三个主要部分或三层。一是大于44微米的快速沉淀的粗砂。二是包括细砂和粘土的固体尾矿悬浮物，被称为成熟细泥尾矿（MFT），其固体含量仅有30%左右。三是含油循环水表面层。各部分中都有很多可以利用的资源。

比如粗砂净化后可以填回至采矿的矿坑里，还可以做建筑材料等。MFT是看着像奶酪一样的基本不流动的东西，但含有高岭土、氧化钙等资源。高岭土不仅是烧制陶瓷的主要原料，而且可以用于烧制水泥，用于涂料及造纸工艺。氧化钙完全可以作为水泥生产所需的钙质原料使用。

●只要措施得当，油砂能够以环境友好的方式发展。 供图/视觉中国

再比如，其中一部分油砂尾矿中含有高浓度的环烷酸盐和重金属矿物，如钼、铜、铬、铅、镍、铁、钒等。加拿大一家石油公司和一家钛金属公司经过数年研发，成功从油砂尾矿中提取出了高价值含钛矿物和锆石，还可回收残余的沥青质和溶剂。这种技术处理，不仅能够大大降低有害物质排放，而且可以变废为宝，提炼出宝贵的金属原料。目前，每吨钛金属售价约5000美元，每吨锆石售价约1300美元，经济效益可观。

总而言之，油砂尾矿资源的可利用价值非常大，值得我们去研究、去利用。