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油砂开采技术前期研究

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油砂 开采 技术 前期 研究
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油砂开采技术前期研究油砂是一种沥青、砂、富矿黏土和水的混合物,形成于白垩纪,外观似黑色蜜糖,其中 10%~12%(质量分数)为沥青,它是油砂矿内所含的原油,砂和黏土等矿物质占 80%~85%,其余的 3%~5%是水。油砂矿藏一般埋藏在地表至 760m 深的地下,属于非常规石油资源。由于其沥青油的含量较高,因此其粘度较大,通常大于 04s。1 储量与资源分布全球油砂资源非常巨大, 目前世界探明的油砂资源量约为 012 桶。世界上有 70 多个国家蕴藏油砂资源,油砂丰富的国家有加拿大、前苏联、委内瑞拉和美国, 。其中 95%油砂资源集中在加拿大。我国的油砂资源量也比较丰富,储量居世界第五。外主要国家油砂资源加拿大油砂资源量巨大,油砂资源量约为 012 桶。加拿大油砂主要分布在 ,其油砂资源分布特殊,埋藏很浅,深度一般不超过 75m,蕴含于下白垩统砂岩及上泥盆统至密西西比统灰岩和白云岩中,主要分布在北部的 个区域。在这三个区域中, 也是唯一的一个出露地表的油砂矿,其地质储量达 012 桶,恰好分布在 的河谷中。加上 地区的油砂和重油资源,加拿大已探明的油砂和重油资源达 012 桶,相当于整个中东地区的石油蕴藏量。除这三个区之外,其他地区如 、加拿大极地和 地也有油砂资源分布。俄罗斯油砂分布广泛,各含油气盆地几乎均有发现,资源量约为 012桶。其 90%的潜在油砂资源集中于古老地台区的隆起带和断裂带。主要分布在提曼伯朝拉、伏尔加乌拉尔、滨里海、西伯利亚等盆地中。美国油砂资源量约为 010 桶,主要富集于阿拉斯加洲和犹他洲,各占总数的 30%以上。例如,加利福尼亚洲 地 田,09 桶。产油砂层位为中新统 、和上新统 。国油砂资源我国油砂资源丰富,分布非常广阔,在新疆的准噶尔盆地、吐哈盆地、塔里木盆地;青海柴达木盆地、内蒙古的松辽盆地西部、二连盆地、中口子盆地;四川盆地、西藏羌塘盆地、广东三水、茂名盆地;云南景谷盆地;广西百色盆地、楚雄盆地、贵州麻江和翁安等地均有分布。我国油砂点多面广,且含油率高,有的地区油砂含油率高达 12%以上,勘探前景十分喜人。2 开采技术油砂与常规石油及天然气有很大不同,在原有状态下难以用普通的石油开采方法采出,需要进行特别处理。根据油砂储藏深度的差异,油砂的开采可以分为就地开采法和露天开采法两大类。地开采对于埋藏较深(>75m)的油砂,因需要剥离的盖层过大、成本过高而无法应用露天开采技术,这些埋藏较深的油砂约占油砂储量的 85%以上,需要就地开采技术。就地开采法是利用热蒸汽燃烧化学剂或振动声学和电磁等方法处理油砂矿藏,以降低油砂稠油(沥青)黏度使其流过基岩而聚集,然后从油井中采出的方法。就地开采方法包括热采工艺、化学工艺和冷采工艺等。采工艺热采工艺主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱油、火烧油层、蒸汽辅助重力泄油技术、注入溶剂技术、井下就地催化改质开采技术、水热裂解开采技术等。(1)蒸汽吞吐(汽吞吐又称周期性注蒸汽、蒸汽浸泡或蒸汽激产等,就是先向油井注入一定量的蒸汽,关井一段时间,待蒸汽的热能向油层扩散后,再开井生产的一种开采重油的增产方法。这是一种相对简单和成熟的注蒸汽开采油砂的技术。其机理主要是加热近井地带原油,使之粘度降低,当生产压力下降时,为地层束缚水和蒸汽的闪蒸提供气体驱动力。该技术工艺施工简单、收效快,是 20 世纪 80 年代在委内瑞拉发展起来的,注入的助剂主要有天然气、溶剂(轻质油)及高温泡沫剂(表面活性剂) 。近几年蒸汽吞吐技术的发展主要在于使用各种助剂改善吞吐效果。目前这项技术在美国、委内瑞拉、加拿大应用广泛。加拿大蒸汽循环激励生产法是蒸汽吞吐技术的拓展,通过注入高压力的蒸汽,加热地层,降低沥青的粘度,使其流动。一般包括 3 个阶段:①注汽阶段。在这一阶段,将具有一定干度的高温高压蒸汽注入到油砂层中。注入量取决于油砂层厚度,一般在 40~100t/m。② 焖井阶段。注完汽后,立即关井,使蒸汽携带的热量交换到油砂层中,用于加热油砂层,降低原油粘度。热量使沥青软化,水蒸汽使沥青稀释并使沥青与砂子分离。焖井时间一般在 1 周左右为宜。③抽油阶段。将可以流动的沥青抽到地面。当油井产油量接近经济极限产油量时,此周期结束,开始进入下一轮蒸汽吞吐周期。除了加热地层,高压蒸汽还可以在储层中产生裂缝,改善流体的流动状况。(2)蒸汽驱蒸汽驱是把蒸汽连续注入油藏加热和驱替稠油的一种方法,其机理主要是降低油砂油粘度,提高原油的流度。蒸汽相不仅由水蒸汽组成,同时也含烃蒸汽,烃汽与蒸汽一起凝结,驱替并稀释前缘原油,从而留下较少、较重的残余油。该技术的特点是:采油速度快、采收率高、经济成本低。在一般情况下,蒸汽是从地表按适当井组配置而注入井中。蒸汽驱在工业中应用的历史相当长,而且在各个国家都取得了成功,是目前大规模工业化应用的热采技术。该方法已被证实是提高采收率的成功方法,而且还具有更大的应用潜力,特别是在其它方法效果较差的重油和沥青砂层中更为有效。目前,除了广泛应用蒸汽驱方法外,还将热采与水平井技术相结合,产生了热水蒸汽交替注入方法和蒸气辅助重力驱方法。这种方法及其相关的开采技术很可能成为主要的商业性开采方法。(3)蒸汽辅助重力泄油技术目前,国际上油砂油就地开采项目所采用的蒸汽辅助重力泄油技术((图 1)被认为是近 10 年来所建立的最著名的油藏工程理论,是由罗杰·巴特勒博士于 1978 年首先提出的。其机理是在注气井中注入蒸汽,蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔,蒸汽腔向上及侧面扩展,与油层中的原油发生热交换,加热后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄到下面的水平生产井中产出,现在已得到了广泛的应用。在加拿大,近年来所做的就地开采项目主要为目。图 1 蒸汽辅助重力泻油技术(理图水平井蒸汽辅助重力泄油技术主要有以下几个特点:利用重力作为驱动原油的主要动力;采油率高;采油速度高;累计油气比高;对油藏非均质性极不敏感。(4)火烧油层火烧油层技术的主要原理是:向油层注入空气或者氧气,在一定的部位点火,使其燃烧,利用燃烧产生的热量将重油加热,达到将油采出的目的。采用火烧油层方法开采高粘度稠油或沥青砂,其优点是能够把重质原油开采出来,通过燃烧使部分重质油分裂解,采出轻质油分。这种方法的采收率很高,可达 80%以上。其难点是实施工艺难度大,不易控制地下燃烧,且高压注入大量空气的成本太高。通常在蒸汽驱方法不适用的情况下使用,尤其是在具有中等密度原油的薄层或深层中应用较多。(5)地下水平井注气体溶剂萃取油砂油技术地下水平井注气体溶剂萃取油砂油技术(蒸汽辅助重力泄油方法的一个发展。该技术通过注入混合气体,包括甲烷、二氧化碳、丙烷、丁烷,混合比例依据储层和岩性而定,使重油和沥青被注入气体溶解,其中较轻的组分被抽提出来,形成的稀释液其流动性比原油和沥青的流动性更好。稀释后的原油流向油藏底部,从位于注气井旁的水平井采出。采出液在地面经加热后很容易分离出来,分离出来的烃类气体又可再次注入地层。该工艺的主要优点是:与 比,需设备便宜、操作简单,而且气体溶解具有选择性,它只溶于油,而不溶于水,因此适用范围广。(6)井下就地催化改质开采技术在简单的热作用下稠油可以发生减粘裂化和热裂解而改质。于是提出了在热处理过程中,向井下注入氢和可以产生氢的物质的方法。井下催化改质方法相当于将地面炼油厂搬到了地下,通过油田开采中常用的砾石充填或压裂作业中支撑剂注入的方式将固体催化剂(如商业用的传统 氢催化剂)放置到油层中生产井附近,向地层中注入氢气或合成气。通过就地燃烧原油产生就地改质所需要的高温,使油气流过加热的催化剂层开采。除了能溶入原油中而使原油膨胀外,氢气能进入微小空隙;当底层压力降低时,被压缩的气体和原油膨胀而能产生出更多的原油,并且处理过程中对原油加热,由于膨胀而降低了原油的粘度。美国专利报道了超重油井下改质的方法,将足够的蒸汽、供氢剂、甲烷注入地层,作催化剂,通过氢转化作用实现井下改质。该项技术难度较大,目前有 2 个瓶颈没有突破:(1)催化剂技术研究;(2)原油如何大规模与催化剂反应。(7)水热裂解开采技术关于油砂的水热裂解反应,最早始于加拿大。20 世纪 80 年代初,人论述了高温蒸汽与重油油藏之间的化学作用问题。油砂油在水蒸汽的作用下发生脱硫、脱氮、加氢、开环等一系列反应,统称为油砂油的水热裂解反应。水热裂解开采油砂技术是在注蒸汽或火烧油层基础上,以适当的方式向油层加入某种催化剂,同时添加其他助剂,通过促进油砂油水热裂解反应,使油砂油中某些组分,尤其是胶质和沥青质等重质组分中某些化合物裂解改质,或改变油砂油的分子聚集状态,进而降低油砂油粘度,增加油砂油的流动性。水热裂解开采油砂技术具有很高的潜在价值,是未来经济高效开采油砂的新途径。学工艺提高回收率的化学剂主要有聚合物、表面活性剂和 油井注入化学剂可以降低油、水和砂粒间的表面张力,从而达到降低油砂黏度的目的。用化学剂提高回收率一般仅限于轻质油和中等密度的油,但如果与热采法一起使用,对重油和超重油也有效果。例如蒸汽抽提法,就是注入乙烷、丙烷、以产生蒸汽室,在蒸汽室中通过重力作用而驱动原油。采工艺冷采(是油和砂同采,是通过一定的方式在胶结程度较低的砂层中形成多个高渗透性的孔道(称“蚯蚓洞” ) ,砂粒随溶解气体驱油而产生的泡沫油流一起流动,稠油(沥青)和砂一起被采出时,孔道周围砂层中的稠油(沥青)将会流入井孔。其主要原理是:(1)通过出砂冷采在油藏中形成“蚓孔” 及“蚓孔”网络,使油层孔隙度和渗透率大幅度提高,极大地提高了油砂油的流动性;(2)稳定的泡沫油使原油密度变得很低,从而使粘度很大的油砂油流动;(3)由于油层中产出大量砂粒,使油层本身的强度降低,在上履地层压力作用下,油层将发生一定程度的压实作用,使孔隙压力升高,驱动能量增加;(4)远距离的边底水可提供一定的驱动能量。冷采法与常规原油开采方法类似,常称为重油伴砂冷采法,但采出的砂量是常规原油开采方法的 2~3 倍。冷采法的主要优点是改善了油藏流体的流动能力,提高了原油量(与一次采油相比) ,降低了生产成本。主要的技术问题是砂处理问题、堵水造成的“ 蚯蚓洞 ”堵塞、最终采收率低和排砂问题。这项技术的关键是通过低热处理方法使超重油流动,对于薄层不可动油藏有一定的应用前景。目前,出砂冷采技术因具有投资少、日产油量高、开采成本低和不伤害地层等优点而得到广泛应用。据统计,加拿大已有 20 多家石油公司采用了这项技术,其中 大型石油公司均已大规模采用这项技术。出砂冷采技术潜力巨大,是一项很值得研究和推广的技术。他开采方式(1)微波采油技术微波处理稠油、油砂能改变稠油和油砂中油的各组分含量,从而改善油砂油的性质、将油从油砂中分离出来,是一个被广泛研究的方向,许多文献和专利探讨了微波处理稠油、油砂、油页岩的方法和机理。微波采油技术是将大功率的微波天线下到要作用的油砂层位置,或用传输的方法将微波传到地下,微波在油层中传播时,由于岩石骨架对微波的损耗较小,大部分能量被最靠近微波源处的油层岩石孔隙中的油和束缚水吸收,使油温和水温升高,油的粘度降低,原油开始流动,从而将原油采出。随微波设备性能和可靠性的提高,特别是磁控制管可靠性的提高,微波作为一种新的油砂开采方式将很快得到广泛应用。(2)巷道开采技术巷道开采的原理就是对于埋藏较深的油砂,先打一口竖井,然后在油砂层掘进集油巷道,再利用水力冲洗法或螺旋钻机法进行油砂开采,并进行油、砂的粗略分离,最后通过水力系统把少量泥浆和油砂油输送到地面。井下巷道开采在加拿大、德国的维泽和海德、法国的佩歇尔布龙、前苏联的雅列加和巴库、罗马尼亚的德尔纳等地区都曾采用。德国维泽在油砂层中掘进 70断面为 2×2集油巷道,设一副铁质支架,并衬以木板,防止油砂流入巷道。原油渗入巷道后,用专门设备将油从巷道里泵至地面。使用表面积比钻孔大多倍的集油巷道,利用重力泄油,总采收率达 41%。在巷道泄油已经枯竭的油砂中,按正常采矿法直接开采油砂,将油砂运至地面后,再在洗油车间将原油洗出。前苏联马拉尔山的雅利加油砂,在深 180m 的含油砂岩(厚 15~30m)中开凿竖井及集油巷道。从巷道向油砂岩层的底部至顶部打了 250 口长度 210~260 5~8压力下注入蒸汽和加有表面活性剂的热水。两个矿井的产量约 200 万吨/年,最终采收率约达 50%。加拿大油砂地下开采公司(000 年研制了大型隧道挖掘机,对埋藏较深、不宜露天开采的焦油砂,先打一个垂直竖井至焦油砂埋藏层底,然后沿着油砂层方向进行水平式挖掘。其挖掘费用不高于露天开采。该技术的核心是一台全屏蔽式采矿机,可将采出矿料中的废料回填在其后部。天开采露天开采主要适用于埋藏较浅(<75m)的近地表油砂(图 2) ,可采出 90%以上的油,沥青砂中的烃、硫、金属和岩石都得到最充分的利用。露天开采就是首先移开油砂之上的覆盖物,然后通过露天采矿技术进行开采,采出的稠油沥青砂被运到工厂后进行沥青、砂粒及其它非烃类物质的分离,最后将分离出来的沥青转变为合成原油。采矿设备和某些采矿操作是油砂工业所独有的,现在这一操作主要受到下一分离过程的限制而分离过程也是沥青损失最大的过程,因此,必须综合考虑采矿和分离两个步骤。图 2 加拿大阿尔伯达油砂开采方式与埋深关系图露天开采具有资源回收率高、劳动效率高、可用大型自动化机械设备、生产安全的特点。露天开采所需的设备及费用、油砂油采收率较其他方法好,技术上较为成熟,在加拿大及委内瑞拉等都已形成大规模工业开采。矿露天开采油砂除去上覆层的全过程为:(1)通过推土机将采矿区生长的植被除去,用铲土机铲去顶层土,把顶层土储藏起来将来用于土地的开垦;(2)在上覆层钻一些井孔,然后装上炸药进行爆破;(3)上覆层破碎后用推土机搬运,将其填埋在以前的采矿区;(4)当上覆层和 1 英尺厚的岩帽除去之后,再用小钻机按一定井网钻穿矿砂层,并对其爆破;(5)用挖掘机和装载机搬运破碎的矿砂,装上卡车,然后送入压碎机;(6)压碎机能将岩块破碎到 至更细,然后转入输送系统,送到矿砂储藏堆,再输送到半自动化的研磨系统;(7)与此同时,用推土机在原来的矿区进行土地的修复并重新种上植被,勾绘地形轮廓,使用上覆层物质,再铺上顶层土,随后用播种机在回收的土地上种上新的植被。离技术组成油砂矿藏的沙粒的性质对油砂矿藏性质的影响是很大的。按照砂粒的特性,油砂大体上可以分为水湿性油砂、油湿性油砂和中性油砂三种。水湿性油砂一般在其砂粒表面存在有一层由于砂粒与沥青油之间的双电层斥力作用而形成很薄的水膜(水膜厚度约 10,典型的水湿性油砂矿是区的油砂矿。对于水湿性油砂的开采,一般采用水洗方法就有较高的洗油效率,这种方法开采成本也不是很高。所谓的油湿性油砂,是指通过各种探测手段不能在油砂体中发现有水分存在的迹象,也就是沥青油直接与砂体相接触,这类油砂的典型就是美国 区的油砂矿藏。对于油湿性油砂的开采来说,化学试剂的使用是不可避免的,通常使用表面活性剂来提取沥青油。中性油砂也就是砂粒与水和油的亲和能力基本上差不多,典型的是我国的克拉扎背斜油砂矿藏。露天开采分为热碱水溶液洗脱法、热碱水溶液结合表面活性剂洗脱法、有机溶剂抽提法等等。其开采流程基本一致,都是通过露天采矿将沥青砂采出,运到工厂后采用一定的工艺分离出油砂稠油(沥青) ,然后加工成各种石油产品。(1)热碱水溶液洗脱法热碱水溶液洗脱法就是通过含碱的热水将油砂上的稠油(沥青)洗脱下来,然后从洗脱液中回收油砂稠油(沥青) 。从提高效率和降低成本的角度已经对热水抽提法进行了改进,改进后的方法主要有温水法、加溶剂助剂法和 水法等,这些方法在实验规模操作下已经取得了成功。运用此法开采油砂矿藏,具有损失量少,洗油效率高,施工容易等优点,因此国外的大部分油砂开采工业都采用热碱洗油。但是这种方法开采成本较高,劳动强度较大,处理后的洗液、砂子等都对环境造成一定的危害。(2)热碱水溶液结合表面活性剂洗脱法表面活性剂可以降低油水界面张力,使原油更易于从砂粒上脱离出来,从而增加洗油效率。同时,由于原油与碱作用可以生成石油皂,而加入的表面活性剂与石油皂能够产生复配增效作用,进一步提高表面活性。有些高效表面活性剂有很高的表面活性,但是成本往往很高。热碱——表面活性剂洗脱法的主要优点是投入低、效益高,原油回收率很高,废液处理简单,但是只适合于浅层的水润性油砂。(3)有机溶剂抽提法油砂有机溶剂萃取分离主要是利用物质的相似相溶原理来实现油砂沥青的回收。利用有机溶剂萃取砂中的胶质沥青质,然后进行蒸馏以达到分离的目的。这种方法是用有机溶剂与油砂相接触,将溶解的沥青油与石英砂分离,萃取剂可以循环使用。溶剂法适用于理论及实验室研究阶段。该方法对油砂的质量要求不高,可以是含油量高的湿油砂,也可以是含油量小或者是干油砂。其优点是对油润性的沥青砂有效,弥补了热水抽提法不能抽提油润性油砂的缺点,洗油效率更高,不需要消耗过多的能源。但其成本高,能耗大, 环境污染严重。因此,该方法很少被用于工业化生产。(4)热解分离法油砂热解分离技术主要思路是实现油砂中重质组分的轻质化,称 艺原理是采用 250℃以上的高温进行裂解,经过高温处理后,沥青的质量得到很大改进,分子量变小,胶质减少,高温处理过程中发生的最重要的变化就是轻质油的产生。20 世纪 90 年代加拿大开始将 术应用于油砂的开采,由 司共同开发研究油砂热解可行性研究。这项技术在过去 17 年经过了不断的发展改进,在 南的 04t 油砂,显示了 法在技术上是分离和初级改质的有效方法。(5)清洗剂洗油法油砂中的原油化学组成极其复杂,主要为稠环芳烃及大分子烃类,胶质、沥青质含量高。由于其黏度高、分子量大,导致它们流动性及互溶性差,因而极易沉积,吸附在所接触界面上。而油砂清洗剂的研制则主要针对重油及稠油与泥砂分离这一难题,主要用于油砂、油泥的分离。油砂清洗剂是由多种渗透性极强的表面活性剂及化学试剂复配而成。单一的某成分对油砂分离有一定效果的,但是要达到高效、快速分离的目的,多种成分的复配,仍然是较好的选择,这主要可能是在多种成分的复配清洗剂中,不仅各成分对油砂的分离起作用,而且各种成分之间也都有着协同作用。如表面活性剂与碱复配有高的界面活性,而其它助剂可以减少表面活性剂和碱的损耗,同时碱可与砂中钙镁离子反应而保护表面活性剂、助剂等。(6)水剂空气化法此方法的原理是依据沥青、沙子、粘土的密度不同,在水中所受的浮力不同而达到分离的目的。由于油砂是由沙子、沥青、水组成,沥青砂包括水湿性的砂颗粒外包含着一层油膜(沥青砂中的矿物大部分是石英砂)而水,围绕每一粒沙子也形成薄膜,粘土颗粒还有其他的无机物、杂质含于水中,沥青处在被水覆盖的沙粒之间。要想从油沙中分理处沥青,首先要使沥青与沙子分离开。在水中加入浆化剂形成浆化液,其主要作用有二,一是起絮凝作用,使油砂联结在一起;二是增加水对油砂的渗透,使沙粒表面的含水量增加,同时浆化剂扩散到这个水层中。在一定温度下,油砂表面的沥青粘度减小呈可流动状态,这时沥青形成沥青油膜覆盖在沙粒表面。但这还不足以让沥青颗粒脱离沙粒表面,它需要外力的帮助。空气的加入是因为沥青分离时空气泡与沥青界面上靠表面张力作用,沥青分离的程度和量随着它们表面张力的减少而增加。空气的加入增加了沥青颗粒的浮力,其表面张力减小,在适宜的温度下,沥青能很好的与气泡接触,能在气泡上形成油膜。一般在温度较高条件,沥青包裹在气泡的表面随着气泡的上浮。加入稀释剂后,沥青与沙粒分离,并漂浮到浆化液的表面。(7)微乳液洗油微乳液体系中油/水界面张力在最佳中相时可达 100m,有时甚至为负值,微乳液能与油、水混溶,大大降低油水界面张力,用到驱油上,采收率普遍提高 10%以上,特别是中相微乳液能使水驱后的残余油全部被驱出,在三次采油中具有重要的应用价值,将微乳液用在油砂洗油中将具有十分重要的应用前景。油砂与常规的石油开采不同,需使用萃取工艺将油砂分离,常用的油砂开采方法抽提时需耗大量的能源,而微乳液直接作用于油砂,常温即可,不需更多的热能,可降低开采成本。醇类助表面活性剂的作用就是在油—水界面与表面活性剂形成混合吸附膜,降低界面张力,增加界面柔性,促进微乳液的自发形成。并且加入醇可降低表面活性剂的用量,从而降低制备微乳液的成本。盐含量对微乳液相态的影响最大,盐量增加会压缩微乳液液滴的双电层,降低液滴间斥力,有利于液滴间接触的聚集,这样就增加了各相间的密度差,使微乳液富集相从下相微乳液中分离出来。(8)超声波油砂分离通过一系列的超声波清洗和搅拌清洗油砂试验,发现超声波的超声空化、声流、微射流以及超声波自身振动引起的机械搅拌作用,对油砂表面油污的清除十分有效,清洗速度快,可大大缩短油砂清洗的周期,提高清洗效率;便于清洗工艺的实施及工艺过程的连续自动化;对环境不产生二次污染。如果把超声清洗技术用到油砂清洗中,不但可以将大量油砂洗净,使大自然免受砂害,而且被清除的油污便于回收利用,减少能源的浪费。其原理为:超声波清洗又被称为无刷擦洗,在油砂清洗中主要是利用它的超声空化作用。其中,超声空化作用在整个油砂清洗系统中将产生 4 种附加效应,即湍流效应、微扰效应、聚能效应和界面效应。界面效应是由声流以及在油砂和介质水的界面处的微射流产生的机械效应,加速了砂表面油污的剥离;聚能效应和微扰效应减弱了油污对砂表面的粘附应力;湍流效应可使整个清洗系统产生很多旋涡,加快了被剥离下来的油层乳化过程。总之,这 4 种效应一方面,可以减少油污厚度,加速整个油砂清洗系统的液固传质过程;另一方面,由于超声波可以使得清洗液进行强烈湍动,产生很多旋涡,增加搅拌作用,这样油砂表面的油污在声压和液体微射流等作用下被撞击,发生内塌而迅速被剥离下来,并乳化,使其油和砂彻底分离。超声波在液体媒质中传播时,不仅具有空化作用,而且还有机械搅拌作用和热效应。超声波是机械能量的传播形式,与波动过程有关,会产生线性交变的振动作用,超声波在液体中传播时,质点位移振幅虽然很小,但超声引起的质点加速度却非常大。频率为 20 强为 1 W/超声波在水中传播,则产生的超声波压力在173 振动,这意味着超声波压力每秒钟内要在 173 间变化 2 万次,最大质点加速度达 04m/约为重力加速度的 1500 倍。因此当超声波作用于液体时会产生激烈而快速变化的机械运动。超声波在媒质中传播,其振动能量不断被媒质吸收转变为热能而使媒质温度升高。吸收的能量可升高媒质的整体温度、边界外的局部温度和空化形成激波时波前处的局部温度等。3 展趋势(1)可移动式矿区采矿技术将是未来主要的突破性技术,这项技术就是将整个采出的油砂矿藏运到提炼厂,然后再把地层砂返回到采矿区,这项技术生产操作范围小,降低项目费并能满足大提炼厂的需求,油砂分离工艺也将伴随油砂矿区的可移动实现机械化,并且根据不同类型的油砂资源采用多种工艺相组合的方式开采是今后的主要发展趋势。(2)水平井,复合井,露天开采方式将得到进一步推广应用,能耗低,热效率高的供热系统也将有进一步发展。(3)热采法与化学剂联用可以大幅度提高采收率,是当前油砂开采技术发展趋势之一。表面活性剂能够极大地提高油砂沥青的洗脱及破乳效率,从而大幅度提高油砂的回收率。但表面活性剂一般价格昂贵,其应用受到限制。因此,筛选或复配廉价而高效的表面活性剂便成为油砂开采技术中急需开展的研究项目。(4)蒸汽辅助重力驱及其衍生的开采方法,采收率高,应用范围广,但初始产油量不高。若将这一方法与化学剂联用,则不仅可避免蒸汽辅助重力驱法的缺点,还可提高采收率,因此,这是一个很有发展前景的开采方法。在问题(1)前期巨大的投资费用是制约油砂资源开发利用的主要因素。与传统的油气资源开发相比,油砂的开采、提炼以及运输过程极其复杂,需要投入大量的资金。一般情况下,常规石油产品的开发成本约为 5 美元/桶,但是油砂资源的开发成本一般达到 20 美元/桶,有些地区甚至更高。(2)油砂的萃取分离、沥青油的改质以及合成原油的运输过程中都需要消耗大量的水以及天然气资源,因此水和天然气的价格波动及其供应的情况也对油砂的生产产生一定的影响。(3)环保标准的提高也是影响油砂开采的一个因素。油砂工业生产过程中将会产生大量的污水和分离出来的沙子,由于其中含有一定量的化学试剂和矿物质,因此这些废弃物的处理也是一个值得注意的问题。(4)国际原油价格的波动对油砂开采也有密切关系。国际原油价格高于合成原油价格的时候,油砂工业才有其开发利用的商业价值,只有这样油砂工业才能获得较多的投入资金。当前油价的居高不下,这对油砂工业的发展是相当有利的;但是油砂工业的全面大规模开发利用,也将在一定程度上对原油价格的上涨起到抑制作用。(5)炼厂炼化能力的限制。由于油砂中提取的原油一般情况下沥青质含量较高,因此一般的炼厂难以达到油砂炼制的要求,需要对其进行油砂合成原油的适应性改造。
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