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油砂油分离方法室内研究

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油砂 分离 方法 室内 研究
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中国石油勘探开发研究院硕士学位论文油砂油分离方法室内研究姓名:郑德温申请学位级别:硕士专业:油田开发指导教师:李景明;李剑20050401摘要油砂作为一种新的能源,目前国内尚未有关于油砂开采的实例,还未形成一套行之有效的油砂提取方法和开采的工艺技术,国内油砂的特点决定了不能照搬采用国外现成的技术。因此必须从实际出发,针对国内油砂矿的特点,采用自己的技术进行油砂的丌采将有着重要的意义。本文对不同性质的油砂展开了大量的室内研究,主要有吉林套堡油田油砂、内蒙图木吉油砂、新疆红山咀油砂、新疆黑油山油砂、新疆白碱滩油砂以及新疆乌尔禾油砂。针对以上不同地区、不同性质的油砂采用不同的分离方法(水沈法、热化学水沈法、溶剂抽提法、干馏法)。研究了洗油温度、化学剂浓度、搅拌速度、分离时间等因素对水洗油效率的影响:以及温度对干馏效果的影响,并对干馏油进行了初步分析,提出了于馏油可以通过深加工合成柴油。根据油砂的性质不同,提出了适合不同地区的油砂分离方法。吉林套堡油田油砂性质好,适合冷水沈法;内蒙图木吉油砂性质较好,适合热化学水沈法:新疆油砂干燥,水沈效率低,适合干馏法。本文研究结果为进一步研究国内油砂分离奠定了举实的基础。关键词:油砂,分离,水洗,干馏,沥青、胶质。as a at no to 11e of or it a to to e a of in to of we ’11e of on be to to we in is to il is to il to he in of ey 我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其它人已经发表或撰写的研究成果,也不包括为获得中国石油勘探开发研究院或其它教育机构的学位或证明而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名 日期关于论文使用授权的说明。≥。。}本人完全了解中国石油勘探开发研究院有关保留、使用学位论文的规定,即:中国石油勘探丌发研究院有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公邪论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名:社导师签名:二缒日期:越中国右油勘探开发研究院硕十学位论文刖吾近几年,面对国际能源战略格局的最新变化,能源争夺国通过伊拉克战争,占领了世界第二大储油国,在战略上牢固地握住了中东乃至世界石油市场的“阀门”;以及中俄围绕“安大线”输油管线问题出现的的反复和波折,显然是我国石油战略问题得以凸显的重要诱因;同时,中国国内日益增长的石油消耗,国内石油储量下降等都为中国未来的能源安全提出新的课题,中国的石油战略必须因应变化,做出调整,中国的石油战略决策,确实已经到了至关重要又极其敏感的时刻。石油的供给是有限的,预计二十一世纪20年代后,常规原油的开采将达到高峰,然后进入一个持续的产量递减阶段。而非常规石油的开发,特别是重油及沥青砂工业将会越来越引起人们的重视,占全球烃类能源的比重不断增大,重油及沥青砂将会成为2着原油的短缺及价格的不断上张,世界巨大的重油及沥青砂工业性丌采将会进入一个新的快速发展时期。全世界重油储量估计超过3万亿桶,其中加拿大储量占世界油砂资源的60%,美国约占581亿桶,为2%左右。其中世界最大的油砂矿是加拿大阿尔伯达的阿萨巴斯卡,从油砂中生产的沥青油占加拿大石油产量的20%以上,重油及沥青砂是加拿大重要的石油资源。重油及沥青砂在中国的分布也很广泛而丰富,最近几年,中国在内蒙古、大庆、吉林、新疆、青海、四川等地相继发现了许多油砂露头,沥青砂储量相当丰富。胶质、沥青等重质油不仅可以提取一部分石油用做燃料油,它还是制造高级碳纤维的蘑要原料。然而国内发现的大部分的油砂被用于燃烧取暖,造成大量浪费,而且还污染了环境。为了应对国家能源战略结构调整,石油总公司领导对非常规油砂的丌采非常重视,由于油砂的提取难度非常大,成本高,国内油砂丌采技术及研究几乎一片空白,因此加快研究与丌发油砂提取新技术储备,实现油砂的工业化提取技术,在困家石油战略发展中,将有着特别重要的意义。跟常规油相比,油砂中含有的饱和烃相对较少,而非烃组份,特别是胶质、沥青质等重质组份的含量相对较高.可达到40%左右。胶质、沥青质分子量大,分子量分布范围宽,分子中含有N、0、于吸附在岩杆颗粒表面,其分离非常困难,常规方法无法将沥青油与砂进行分离。为了经济地丌发这些非常舰中国石油勘探开发研究院硕十学位论文能源,就必须采用新的技术,因此必须掌握这个领域内有关的化学、地质、物理化学和微生物学等方面的科学基础;使油砂提取工艺合理设计的前提是必须熟知油料的化学组成和化学结构以及了解油品在加工条件下的反应性能。因此开展油砂中沥青质、胶质、含氧化合物、含氮化合物以及硫化物等物理化学性质的研究对更好地开展油砂的分离提取技术将具有非常重要的帮助。基于上述分析和认识,本文对不同性质的油砂展开了大量的室内实验研究,主要有吉林套堡油田油砂、内蒙图木吉油砂、新疆红山咀油砂、新疆黑油山油砂、新疆白碱滩油砂以及新疆乌尔禾油砂,针对以上不同地区、不同性质的油砂采用不同的分离方法(水洗法、热化学水洗法、溶剂抽提法、干馏法)进行了大量室内实验研究。并根据初步经济估算及油砂性质,提出了适合不同地区的油砂分离方法。油砂作为一种新的能源,目前国内尚未有关于油砂开采的实例,还未形成一套行之有效的油砂提取方法和开采的工艺流程,国内油砂的特点决定了不能照搬采用国外现成的技术。因此从实际出发,针对国内油砂矿的特点,采用自己的技术进行油砂的开采将有着重要的意义。它不但可咀提高我们的技术水平,为将来的规模化开采提供技术支持,而且是国内首次在这个新的能源领域进行的探索,将会促进国内油砂的丌发进程,带动国内油砂丌采进入一个新的快速发展时期。中国石油勘探开发研究院硕十学何论文第一章油砂开发国内外研究现状一、国内外油砂资源状况1、国外油砂资源状况油砂(22称沥青砂、稠油砂),系指含有沥青或其它重质油的沉积岩,油砂的结构见图1.1。在油砂中砂粒占总体积的65%,7占了孔隙体积的10~15%,剩余空间大部分被沥青占据。水存在有三种方式,一是砂粒与砂粒的接触处呈摆动的环状(约占30%);二是呈现大约占70%):水膜的存在有助于沈油效率的提高,如果油矿比较干燥,一般采取用蒸汽加热加湿的办法对油砂进行处理,然后用其它的方法洗油。三是在油砂的描写位置呈现精细的分子串结构。油砂沥青(重油)的形成,主要是由于生物降解、轻烃挥发、水沈、游离氧化等冷变质作用,造成油质中极性杂原子重组分一胶质、沥青质富集的结果,油砂有富矿、贫矿之分,富矿含稠油10%以上,贫矿仅含4%~5%,甚至更低。它常出现在靛地的边缘和浅层,乃至由于地质构造作用而暴露于地表。世界上油砂沥青(重油)资源十分丰富,远大于石油的探明储量。尽管现在油砂的开发利用还局限于少数国家,但未中国石油勘探开发研究院硕士学雠论文来能源的巨大缺口在很大程度上要依靠油砂和重油来弥补,1998年第七届重油及沥青砂国际会议的主题就是“重油—难确地表达了这一发展趋势。石油的世界总储量,悲观地估计为2700亿吨,乐观地估计为6500亿吨。但是全世界已查明的石油可采储量仅879亿吨。如每年开采30亿吨,不到30年就可用光。但是在油砂和油页岩中存在的石油有7000亿吨,能经济地回采的约有1750亿吨。按悲观估计,回采量最少约1000亿吨。照目前世界年耗油量30亿吨推算,仅仅存在于油砂中的石油就可用130年左右。有关研究显示,全球最大的石油储藏其实并不是在中东、俄罗斯、西非海域和里海地区,而是在西半球的两个国家:委内瑞拉和加拿大。提出这个观点的根据是这2个国家拥有大量的沥青和其他形式的重油,只不过是这些重油被埋在了油砂层中,需要一种特殊的炼油工艺才能把它们转换成所谓的合成原油。由于工艺复杂、投资巨大。到目前为止,委内瑞拉的重油储量中仅有5%.10%可以被开采利用。随着技术的进步,采收率可以达到近25%。这意味着委内瑞拉将增加近3000亿桶的探明石油储量。同样,加拿大将新增1740亿桶至2710亿桶的探明石油储量。因此这两个国家总的可开采利用的重油储量有近6000亿桶,相当于目前中东各国剩余石油储量。油砂资源世界各地都有分布,但分布最多的要属加拿大艾尔伯塔省北部的阿萨巴斯卡(其它地区如拿大极地、沃巴斯卡(冷湖和太平河都有油砂矿分布。加拿大的艾尔伯塔省石油储量已由2002年的48亿桶猛增至2003年的1800亿桶.增幅高达3600%,这一变化并非由于石油勘探获得重大发现.而是由于油砂生产石油成本大幅下降。浊砂与常规石油及天然气有很大不同。通常石油及天然气是通过钻井从多孔隙岩石中收集并使用油泵抽出而获得。油砂则与常规石油不同,它为沥青、沙石、水和粘土的混合物,油砂利用就是从混合物中使用萃取工艺分离出沥青,然后生产出高质量的称作“合成原油”产品。根据油砂矿的不同条件.国际上通常采用的丌采方法为露天丌采、地下丌采、常规法加热降粘开采等。其中,油砂沥青(重油)的物理、化学性质是决定油砂矿丌采与利用的一个关键因素。阿萨巴斯卡、麦克默晕.1967年地面开采应用的项技术一直在不断地改进,使采油成本下降约一半多。预计截止2007年产量会从目前的3.9×1 04m3/04m3/d。现在已有的主要技术的先进性开发出更为有效的丌4中国_油勘探开发研究院硕十学位论文采方法。现有技术包括:(1)卡车和掘土机己替代作为地面开采主要方法的手轮式挖掘机和拉索挖掘机。连续探测矿藏质量的智能系统是该技术的独特特征。(2)砂浆管线将作为矿藏一次运输和丌采点与萃取厂长距离低温沥青分离的主要方法。“新式管线”具有探测测量控制流量和分离的作用,它将确保最佳条件、降低能量的需求。出现区域性萃取厂,开采的矿藏运输到这里进行分离,并出现区域性提炼厂,经提炼后将稀释的沥青运往合适的市场。(3)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。以现有的工艺技术从油砂中生产原油成本仍然较高,约9美元/桶(中东地区开采原油成本仅2美元/桶)。在艾尔伯塔,由油砂生产的原油量已超过常规石油产量。艾尔伯塔希望到2010年时油砂原油产量增至190万桶/日(9500万吨/年)。然而对于油砂的开发利用,日f|仃还仅限于少数几个国家。加拿大有两家公N(进行大规模工业化生产,年开采油砂1亿多吨,用热碱水抽提,得到稠油通过焦化、加氢等方法精制,生产出汽油、柴油等,可以满足加拿大国内对油品需求的l/3,成为加拿大石油工业的一大支柱。2、国内油砂资源分布概况中国有相当丰富的油砂资源,根据股份公司油砂业务发展血年规划,2004年廊坊分院组建了地质调查队,对准噶尔、柴达木等盒地的油砂资源进行了地质调查评价。目前在准噶尔、塔单木、柴达木、吐哈、四川、鄂尔多斯、松辽、二连等翁地中发现了油砂的分布。其中以西北和东北油砂矿的品质较好。西北地区的油砂主要分布在准噶尔、柴达木和塔罩术锰地中。准噶尔篙地的油砂主要分布在西北缘的黑油山、乌尔禾一夏子街、红山咀和白碱滩列个地区。红山咀区块油砂油储量5822万吨,层位为白垩系吐古鲁组,含油率较高,平均约7%。0~50埋深总面积17.2源量为2447万吨。50—100米埋深面积10 源量为1602万吨,平均剥采比1.8,为有利丌采区块。见图卜2。黑油山三区西油砂油储量3860万吨,含油率较高,7~13.9%。油砂厚度1.5~21.42米,单层最厚可达13.29米。南部:0~50埋深总面积12.40l(图卜3。中国石油勘探开发研究院硕士学位论文图1—2新疆红山咀油砂分布等值线图 图卜3新疆黑油山油砂分布等值线图白碱滩区块油砂油储量2761万吨,油砂以白垩系吐谷鲁组为主,侏罗系齐古组也有油砂分布,O~50米埋深油砂面积约11.350度5~23米,平均厚度6.5米;平均含油率7%,最大可达18%。见图卜4。乌尔禾白垩系油砂有2层,其中0~50米含油砂岩;储量为308)积约为3.73度3~15米,含油率8.7%;平均剥采比O。见图卜5。图卜4新疆白碱滩油砂分布等值线图 图计油砂油储量为900万吨,其中干柴沟是西北缘最丰富的油砂矿,为第三系地层,油砂油资源量估计为174万吨。油砂山是柴达木笳地最有利开发区,按100米埋深圈定的油砂分布达1.6 砂油储量为342万吨。塔早木盆地油砂主要分布在塔北地区库姆格勒木、柯坪隆起以及塔西南的乌恰。四岩厚27~42米,中部10米含油好,饱和度11.2%~30.8%。松辽盆地西坡的图本吉地区发现了优质油砂,油砂埋藏浅、含油率高,含油率在8%~14%之间,油砂油地质储量估计为3792万吨,具有极大的_丌发潜力。二、国外油砂开采方法目前我们调研了100多篇国内外文献及专利,其中主要是加拿大等一些研究机构及学术界的有关研究文献。另外还有许多篇国外博士及研究生论文。通过归纳总结,在油砂矿原油开采分离方法方面,目前国外主要有以下几类方法:●露天开采热碱水、表面活性剂洗法· 露天开采低温有机溶剂抽提法●地下水平井及斜井蒸汽提取法●地下有机溶剂提取法·天热碱水、表面活性剂法(1)、化学药剂使用的碱主要有a:表面活,有:水溶性清蜡剂、阴离子表面活性剂以及阳离子表面活性剂等。(2)、工作流程该方案主要有三大部分组成,一是矿藏的挖掘,二是油砂的输送,三是油砂在分离中心的分离。而分离效率的高低是该方案成功的关键因素之一,简单的流程示意图见图卜6,将矿山挖掘出的油砂经过传送系统直接运输到分离中心,在输送过程中加入热碱/活性剂以便有足够的时侧让化学剂与油砂相互作用形成砂浆,原油乳化脱落,中国石油勘探开发研究院硕十学位论文达到与油砂分离的目的,然后进入分离中心进行离心分离,将油砂与液体、油分离,砂子可以通过输送系统再返回矿厂原地以减少环境污染,也可以在专门指定地方存放:液体再经过破乳、提取分离,得到原油与分离出的液体,回收的液体通过补充适当的化学剂用量可以继续重复使用。图性剂沈脱油砂流程示意图(3)、洗油原理碱液与分离油矿中的沥青作用原理见图碱水沈油过程简图见图1—8。通过热碱的作用,改变砂子表面的润湿性,使砂子表面更加亲水,实现砂与吸附在上面的沥青分离,分离后的原油上浮进入碱液中,而油砂沉降在下部,以达到分离的目的。中国7 )方案优点该方案具有很多优点,国外目前大部分是采用碱水洗油的方案。·规模大:露天开采不受生产空间的限制,可以全部丌采,而且持续时间长。●资源回收率高:露天直接开采,损失较小,而且洗油效率较高,可以达到8酬甚至更高。●露天生产条件比地下好:施工容易。(5)、方案缺点:·劳动强度大:从挖掘~输送一粉碎一分离一到破乳等,过程复杂,特别是油砂矿挖掘强度之大可以想象。·基建投资高:开采投资达1亿多元,粉碎投资也要1亿多,分离设备接近1亿,而且都是一次投资。●生产成本较高:根据其它油页岩炼油调查表明.每吨原油成本在700元二环境破坏较大:露天开采的严重缺点是:地表受破坏、露天池中挥发的碳氢化合物挥发出来、废弃岩石成堆、尾渣处理、水的供应以及地面水污染等环境问题。·受季节影响:特别是对北方的油砂矿,冬季温度在零露天挖掘造成一定困难。2露天开采低温有机溶剂抽提法(1)、化学药剂中国石油勘探开发研究院硕十学位论文有机溶剂萃取油砂中的胶质和沥青质,使用的溶剂有很多,主要有醇和酮,苯和甲醇,苯和乙醇,l:,戊烷、石油醚、亚砜等。这种方法是用有机溶剂与粉碎的砂相接触,将溶解的沥青与砂分离,清除溶剂并循环使用。(2)、工作流程流程示意图跟图1类似,挖掘一油砂矿输送一分离中心,只是分离方法同碱/活性剂不同.主要是采用有机溶剂萃取的方法将油砂与原油进行分离。(3)、方案说明该方案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,也可以是油页岩。该方法跟相应的干馏法类似。●规模大:同方案1一样,露天开采不受生产空间的限制,可以全部丌采,而且持续时间长。●资源回收率高:露天直接开采,损失较小。●洗油效率高:可以达到98%甚至更高。●露天生产条件比地下好:施工容易。(4)、方案缺点:●劳动强度大:从挖掘一输送一粉碎一到抽取等,过程复杂。●基建投资高:开采投资达1亿多元,粉碎投资也要1亿多,分离设备更是高达3亿,费用相当大。● 生产成本更高:根据抚顺及茂名炼油厂98年统计结果,每吨原油成本在700~800元左右,现在成本更高。●环境污染大:虽然分离设备是密闭的,但仍然有少量溶剂吸附在油砂表面.堆积在露天的分离后的油砂会对环境造成一定的污染。●受季节影响:特别是对北方的油砂矿,冬季温度在零下几十度,给露天挖掘造成一定困难。3地下水平井及斜井蒸汽提取原油及有机溶剂提取法为了减少油砂的丌采及运输成本,对于埋藏较深的油砂矿,可采取就地热处理的方法采油。地下热开采主要有蒸汽辅助重力泻油S/~力注气体溶剂萃取技术。10中国面的水平井注入水蒸汽,通过高温裂解及重力泻油等原理,使产生的油流到下面的水平井中采出。热力注气溶剂萃取,主要是把气体溶剂如乙烷、丙烷、丁烷或溶剂与气体混合物混合注入到油臧中形成气室,原油在重力作用下向下流动。(1)、基本原理●埋藏较深的油砂层四周与大气相通范围不大,难以建立层压需外力驱动。●沿油砂层在层内两口平行的钻水平井或斜井,上面的水平井注入水蒸汽或溶剂,通过高温裂解及重力泻油等原理,使产生的油流到下面的水平井中采出。·利用泵将流到下面水平井内的油抽到地面。地下开采分离油砂的简单示意图见图卜9)、方案优点地下水平井丌采油砂技术不同于以上两个方案,油砂提取在地下而不是在地面,这就省去了地面矿砂的挖掘工作,特别是对于埋藏较深的油砂矿,深度越深,挖掘成本越高:随着水平并钻井技术的提高,在几百米深的油砂矿中钻水平并并1于具有成本小、污染小的优点,近几年国外加大了地下直接丌采油砂的力度。其主要优点是:●投资小,成本低:由于减少了油砂矿的挖掘及运输工作,使成本大大降低。中国石油勘探开发研究院硕士学位论文·基建投资时问短,回收速度快:水平井完井后,只需建设蒸汽发生供应设备或溶剂。·对环境破坏小:由于是在地下分离,不存在对地面的污染;也不存在分离后的大量砂子无地存放的问题。·不受季节影响,冬季照样可以正常生产。(3)、方案缺点· 资源回收率小:第一阶段为开采油层的50%左右,大量的油仍然残留在地下,给以后的开采造成困难。· 工作范围小:因为不可能将水平井深入到油砂层任何部位,因此没有延伸到的区域造成死角。·只有埋藏较深,圈闭较好的油砂层才适合地下就地开采,埋藏较浅的油砂矿不适合。4、拿大阿尔伯特省油砂技术管理局主要思路是实现油砂中重质组分的轻质化,称理是采用250。过高温处理后,沥青的质量得到很大改进,分子量变小,胶质、沥青,高温处理过程中发生的最重要的变化就是轻质油的产生。il l 0年代加拿大丌始将此技术应用于油砂的丌采,出图卜1—11是砂进料(过传输带进入预加热区(加热到250 300。C,出来的是固体和气体。原来油砂中的水和轻质组分变成蒸汽,等待被去除或采收,而结团的块都被融化。预热的油砂通过一个动态的密封口进入反应区(与燃烧区(环过来的热残余固体混合进行热交换。在反应区的500—550℃温度下,沥青被热裂解并汽化,从而与砂粒分离。从处理器出柬的热碳氢化台物蒸汽随后在分馏器中被浓缩,产生裂解的碳氢化合物蒸馏物和气体。裂解反应的。个更深的产物就是反应区的残留砂中的焦碳。这些砂和焦碳通过第二个动念密封口出束,中国石油勘探开发研究院硕士学位论文进入燃烧区。在这里,通过注入空气燃烧焦碳来提供处理过程所需的热量。燃烧的焦碳把燃烧区的温度提高到大约700。C。通过非直接的热交换和循环部分燃烧区的固体到反应区,维持着反应区的温度。燃烧区的辅助燃烧器(供起始和调节控制所需的热量。热的剩余固体和燃烧气体通过内部圆柱体和处理器外壳之间的环面进入冷却区(通过内部圆柱体的壁来释放热量,提供预热区进料所需的热量。冷却的剩余固体从处理器出来以后在抛弃以前要用水淬火,而燃烧气体在离开处理器时除去微粒,经过洗涤以除去硫化物或其他酸性气体。图1.10 1 示术上是可行的。图卜12是处理量为250吨/小时时外油砂开发现状经过几十年的研究和现场开采经验积累,如今的加拿大油砂矿工业发展非常迅速,技术开发水平世界领先。具有以下几个特点:1、挖掘技术现代化其它领域的技术发展推动了油砂的工业化开发速度,目前许多大型的挖掘机及巨型运输卡车都运用到了油砂矿的开采,一台卡车的装载量可以达到350吨.而过去的大都采用链条式挖掘。由于采用了新的大型机械,丌采速度得到了很大的提高,降低了开采成本。图1.13是加拿大国3加拿大油砂矿开采、运输设备2、.提取温度低温化加拿大目前油砂碱水洗油温度一般在80 4机溶剂提取一般在50℃左右,由于高温沈油,其消耗的热量非常巨大,造成了提取成本居高不下。为了降低热耗,减少提取成本,出了新的低耗能工艺技术,到2006年,砂油的分离在管道输送过程中就可以实现分离,而且,新的低耗能提取工艺可以使提取温度出现在的80。C,这可以使热量每桶降低三分之一。图卜14是、建厂就地化成本下降主要是由于输送系统的改变和某些分离方法的改进,就地建厂,减少运输成本,实现规模化丌采,是降低成本的比较好的方法。用很长的输送带运到加工厂.成本高,效率低。现在常用的丌采法是用挖土机采砂,用大卡车运到粉碲场。此相反,r 力运输法”(在轮转式加料机中被粉碎的矿砂与热水混合,通过管道输送到总加工厂),作为对输送系统的新举措。把采挖作业距离由以前的6英旱提高到25英里。图卜15为现场开采宏观场景。图卜14 麓簧避水捌镰避图卜15现场开采场景4、规模化、效益化7 0年代的高油价,有利于维持高的丌采成本,但1986年油价暴跌以后,使许多扩大发展计划搁置下来。开采油砂成本高主要是因为与地面开采和油砂改性相关的作业费用高的缘故。现在采矿项目新增的利润,主要是降低了生产费, 1992年的14美元/桶降到1997年的10美元/桶。公司今后2加元/桶(2000—2002年),和9—10加元/桶(2005按现在汇率和通货膨胀率3%换算,生产费(以97年为基准)7美元/}m(2002年),5美元/桶(2007年)。考虑到每桶油的资本投资约1.5美元,管道运输费约1.5美元,以及销售成本,原油的全部生产成本估计在20美元/桶,对目前的高油价来说,具有相当高的利润。四、国内油砂开发现状中国油砂石油工业起步较晚,尚处于普查与初步研究阶段。但是最近几年,随着油资源的短缺,油价的不断升高,许多的民问枫构、部分科研院所开始把眼光瞄上了油砂的丌采上,特别是近两年,各地对油砂的开采研究越来越重视,纷纷组成了有关油砂开采的科研机构。1998年,青海石油管理局研究院与地质大学对柴达木盆地油砂沟出露油砂丌采进行过可行性研究,对青海油砂分离的许多影响因素,如温度、搅拌时间、化学药剂种类、化学剂浓度等进行了一些研究,并取得了一些初步结果,但由于当时国内油砂资源不清楚,油价较低,资源短缺也远没有现在严重,因此油砂丌采并没有引起人民足够的重视,所以后来工作就没有继续进行下去。目前国内油砂矿现场小规模试验开采的主要有吉林套堡油田及内蒙古图木吉油砂矿。1、吉林套堡油田吉林套保油罔主要是采用携砂冷采采油技术,是国内携砂冷采做的最好的油硐.2003年陈耕到套保油田考察,给予了高度评价,并在人民日报进行了整版报道。套保油田年产油4.5万吨,几乎全部采用螺杆泵携砂冷采,井深为300米左右,92区块为主要产油区。图1.16是套堡油田油砂分离现场。2、内蒙图木吉油砂矿内蒙图木吉油砂油储量约350万吨,埋藏浅、油品好,含油率高,在8%~14.5%之间,而且油砂粒度大,粘士含量低,油砂表面有水膜,表现为亲水性,目6卜17是内蒙图木吉油砂矿露头。中国“油勘探开发研究院硕十学位论文图1.16吉林套堡油于内蒙古图木吉油砂矿的发现,吸引了许多国内科研院所的注意力,许多科研人员及民间团体纷纷加入到这一行列,其中有辽宁抚顺化工大学针xC 学水洗温度大于85 连海运学院针对内蒙油砂提出了生物酶法以及干馏法:石油大学(北京)、石油大学(东营)、吉林大学等也相继提出了水洗法。这些研究还局限在实验室研究阶段,还没有进行工业化开采阶段。3、抚顺矿务局页岩油生产情况美国页岩油的储量最多,约为230万亿吨,俄罗骺第二,巴西第三,澳大利亚第四,中国排明第五,中国占o.8%,为30万亿吨左右。抚顺是目前中国最大的页岩油生产基地。抚顺现有4部干馏炉,20台/部,每台每天处理页岩100~120吨,年产12万吨油,目前抚顺矿务局正在扩建,扩建后的年产量为30万吨/年,然后在此基础上再翻一翻,通过引进巴西、德国、澳大利亚等细页岩进行加工,争取实现年产量60万吨的目标。图l—18是抚顺干馏厂外貌。图l~18抚顺干馏厂外貌中国石油勘探开发研究院硕士学位论文页岩有机物含量为17~20%,含油率为4~9%,一般含油率大于6%具有开采价值。页岩干馏工艺已经非常成熟,出油率达75%。页岩经过粉碎,一般利用的是8~75前抚顺页岩利用率已经达到了83%,小于8目前还没有被利用。目前生产页岩油的全部成本为800元/吨油,按市场价2300元/吨计算,利润为1500元/吨油,效益相当客观。通过对扰顺干馏厂进行调查,按每个单元20台炉子计算,仅设备建设大约需要2亿元投资。按照每个单元日处理2400吨页岩计算,20吨页岩可以产出一吨油,一个单元每年可以生产将近4万吨油,目前抚顺生产的页岩油为2300元/吨,按照目前的油价计算,投资回报期为2.5年,效益非常客观,投资回报速度非常快。中国石油勘探开发研究院硕士学位论文第二章 油砂的基本物理性质第一节 油砂组成结构油砂是由砂粒、水和沥青组成,油砂沥青的密度通常大于lg/度超过10000s(通常粘度超过l×104 的稠油称为沥青),其流动性极差,所以不能以一般打井开采原油、稠油的方法获取油砂沥青。油砂通常约含有80~90%的无桃质(砂、矿物、粘土等)、3~6%的水、6~20%的沥青,通常油砂沥青是烃类和非烃类有机物质,是稠粘的半固体,约含80%的碳元素,还有氢元素及少量的氮、硫、氧以及微量金属,如钒、镍、铁、钠等。典型的阿萨巴斯卡油砂结构如图2一地区油砂的主要组成是圆形的或略带尖角的石英,每一个砂粒被水膜润湿,沥青层包围在薄膜的外层及充填空涮,填满空间的还有原生水及少量的空气或甲烷。自阿萨巴斯卡油砂的显微结构等研究表明,对于高品位的油砂,存在于砂粒表面水膜中的水约为2~3%(重量),水膜厚度约为0.膜由带负电荷的沥青和砂子的相互排斥,稳定的存在于砂粒表面。低品位的油砂,由于粉尘呈团被水饱和,其含水量随粉术增加而直线上升。油砂的粒径分布见表2—1。其中粒径在147~417邮之沮图2拿大油砂结构示意图中国石油勘探开发研究院硕士学位论文表2—1 油砂粒径分布(径(啪) 重譬卣分含茸(%)595 1 21中国新疆和内蒙古油砂利用粉末接触角和显微镜测量法研究其润湿性表明,新疆油砂为亲水性,内蒙则为弱亲水性;进一步应用溶液双电层理论,利用水性油砂的油砂固体颗粒与沥青之间存在一层约0.015悼其亲油性细粒及粘土部分则直接与沥青相连,其问无水膜:从而提出了新疆和内蒙古油砂的结构模型,如图2—2。图2膜的存在有利于沥青从砂粒抽提分离。良一 名赣鲥●一耳矗t。唐 一—1鹦 ≮:萄、i■__■_,■●41,_■鞫■■●■■^●^■p(一年t■■■.寸精’■■蟮—●矗图2、2新疆、内蒙油砂结构示意图中国_砂粒径分布由于油砂粒径的分布情况不只是油砂沥青的~项物性参数,在很大程度上影响沥青和砂粒的结合机理,直接影响沥青的抽提方法和难易程度,而且对经碱水分离出的沥青的后处理也有很大影响。因此,有必要先对其分布情况进行测定。样品为甲苯抽提所得砂样,实验仪器为粒度分析筛(分析范围:50~250目),试验结果见图2验结果表明:砂粒粒径主要分布在50~50目之%,这部分砂粒很小,为粉尘状,在润湿情况下细小的油砂及粘土与油、水混合形成乳状液,乳状液为水包油、油包水等混合物,由于乳化严重,给分离造成了很大困难,因此很难从沥青中分离开来,即使分离出来,后面又会面临破乳难的问题。通过固体矿物粒度分柿及沥青粘度对油砂沥青抽提的影响,本实验提出了油砂平均粒度大小是控制沥青回收的重要因素。中国何论文100。90、8070‘水60兰50:蔷们30?20}10O 50 200 250 300耳数图2蒙图木吉油砂粒径分布图第三节 油砂含油率测定方法油砂含油率是根据加拿大荐的标准方法实验的仪器装置如图2.5所示。采用质量分析法,用有机溶剂将油砂上的油沈脱,然后加热将洗脱液中的有机溶剂蒸发掉,剩余物质即为油砂油,油的重量除以油砂的总重量就是油砂含油率。另外通过计算油砂抽
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