瀝青砂

瀝青砂動態(tài)剪切蠕變特性

瀝青砂是由粒徑小于 2. 36 mm 的機制砂、礦粉和瀝青組成的瀝青混合料，分析瀝青砂的黏彈特性有助于理解瀝青砂及瀝青混合料復(fù)雜的力學行為，對瀝青混合料細觀力學的建模研究以及較細集料的瀝青砂力學性能的分析均具有重要的意義，國內(nèi)外研究人員主要采用離散元技術(shù)、有限元方法及數(shù)字圖像處理技術(shù)對瀝青混合料的細觀力學特性進行研究，其中獲取準確的瀝青砂蠕變力學參數(shù)是確保細觀力學分析結(jié)果可靠的關(guān)鍵因素之一，此外，瀝青砂在路面灌縫養(yǎng)護、壓電材料制備和橋面鋪裝等工況下也有應(yīng)用的黏彈性力學性能對瀝青砂性能評價及施工應(yīng)用具有借鑒意義，對于瀝青砂的性能研究已由簡單的強度分析轉(zhuǎn)移到更復(fù)雜的蠕變力學行為研究上來在靜態(tài)力學測試條件下建立了瀝青砂的蠕變模型，并充分分析了瀝青砂的蠕變行為。但是，由于材料的動態(tài)力學行為更能反映材料在使用條件下的力學性能，動態(tài)黏彈測試方法已成為有效模擬路面動荷載作用下的變形特性以表征瀝青性能的最有效手段之一 。大量研究采用動態(tài)剪切流變儀分析瀝青的流變性質(zhì)，取得了十分有效的研究數(shù)據(jù)。侯航艦等人采用流變儀對瀝青瑪蹄脂施加靜態(tài)剪切荷載，分析了溫度對瑪蹄脂黏彈性參數(shù)的影響規(guī)律 但是沒有明確瀝青砂的成型方法，試驗過程中施加靜荷載; M ITCHELL 等人采用動態(tài)剪切流變儀研究了瀝青砂的疲勞性能 。張延雙等人采用動態(tài)剪切流變儀對不同老化條件下的瀝青砂低溫松弛性能進行了測試 ?？梢妱討B(tài)力學測試已成為瀝青砂性能分析的重要手段，為此，本研究采用 DHR( discov-ery hybrid rheometer) 動態(tài)剪切流變儀、自主開發(fā)的瀝青砂成型及試驗夾具對幾種瀝青混合料的瀝青砂動態(tài)剪切蠕變曲線進行測試，采用 Burgers 模型對幾種瀝青混合料的黏彈性參數(shù)進行擬合分析。

原材料及配比設(shè)計

1.1 原材料

試驗采用 70 #基質(zhì)瀝青、SBS 改性瀝青和橡膠瀝青三種瀝青，瀝青的檢測結(jié)果如表 1 所示。礦料采用安山巖機制砂。

1. 2 配合比設(shè)計

為了使本研究瀝青砂的級配與瀝青混合料的級配具有很好的對應(yīng)性，以便為瀝青混合料細觀力學的研究提供參考，首先設(shè)計了 AC20 － 1、AC20 － 2和 SM A16 三種級配。分別采用 70 # 瀝青、SBS 改性瀝青和橡膠瀝青及AC20 － 1 級配進行馬歇爾擊實試驗，確定瀝青用量( 質(zhì)量分數(shù)) 分別為 4. 1% 、4. 5% 和 5. 0% ;采用 70#瀝青及 AC20 － 2 和 SM A16 級配進行馬歇爾擊實試驗，確定瀝青用量分別為 4. 4% 和5. 7% 。依據(jù)文獻[18]在 SM A16 中摻加了優(yōu)質(zhì)纖維，用量為 0. 3% ( 質(zhì)量分數(shù)) 。然后根據(jù)文獻[19]附錄 B 中公式B． 6. 8-1 和公式 B． 6. 8-2 可計算出被集料吸收利用瀝青的比例及瀝青混合料中有效瀝青用量( 計算過程中采用的瀝青膜厚度為 8 μm) ，再采用礦料中 0. 075 mm 通過率與有效瀝青用量的比值計算粉膠比，以粉膠比恒定為原則，可計算出瀝青砂中瀝青含量，即瀝青砂中的瀝青用量，得到瀝青砂的配合比。共采用 7 種瀝青砂，配合比如表 3 所示。其中采用70#瀝青及 AC20 － 1 級配，將瀝青用量上下浮動 0. 3% ，分析瀝青用量對瀝青砂黏彈性參數(shù)的影響。

2 瀝青砂動態(tài)剪切蠕變試驗設(shè)計

2.1 瀝青砂試件成型方式

本研究參照馬歇爾擊實儀進行瀝青砂成型裝置的設(shè)計，因瀝青砂的最大粒徑為2. 36 mm，對應(yīng)的瀝青混合料為AC20，最大粒徑為19 ～26. 5 mm，兩者最大粒徑相差10 倍左右。按照幾何尺寸的比例進行相似性設(shè)計，將馬歇爾擊實儀縮尺10 倍，設(shè)計了瀝青砂的擊實裝置來成型可用于 DHR 測試的試件。首先采用拌和鍋每次拌制不少于100 g 砂漿，按照最大理論密度和試件尺寸取樣，本研究成型瀝青砂試件尺寸為直徑 × 高 = 6 mm ×40 mm的圓柱，取樣質(zhì)量約為 12 g。將瀝青砂裝入模具后，進行插搗，正反兩面擊實 75 次。成型后脫模冷卻備用。為了驗證成型方式的可行性，將采用本方法成型的砂漿試件與旋轉(zhuǎn)壓實成型砂漿試件的毛體積相對密度進行了比對。測試結(jié)果表明，采用本方法成型的表 3 中 1 # 砂漿的毛體積相對密度為1. 981，而旋轉(zhuǎn)壓實成型試件的毛體積相對密度為1994，相差僅為0. 7% ，因此該成型方法是可行的?？梢钥闯?，不同工況下瀝青砂的動態(tài)剪切蠕變曲線明顯不同，級配類型、瀝青品種、瀝青用量和試驗溫度對瀝青砂的剪切蠕變曲線均有顯著影響。SM A16 瀝青混合料對應(yīng)的瀝青砂剪切蠕變變形速度很快，在 180 s 的試驗時間內(nèi)即表現(xiàn)出明顯的三階段變形特性，出現(xiàn)了明顯的加速失穩(wěn)變形階段，140 s 時，其剪切蠕變應(yīng)變達到 300，而 AC類瀝青混合料對應(yīng)的瀝青砂漿剪切蠕變應(yīng)變僅僅為0. 2 ～ 1. 2，分析原因可能在于 SM A16 瀝青混合料瀝青砂漿含有大量的礦粉及較大的瀝青用量，而2. 360 ～ 0. 075 mm 粒的機制砂含量很少，所拌制而成的瀝青砂漿在高溫變形時難以具有骨架作用，因此剪切蠕變速度較快。

2.2 動態(tài)剪切蠕變試驗方法

進行瀝青砂的剪切蠕變試驗前，采用 AB 膠將試件兩端黏接到固定端子上，待 AB 膠完全固化后，將試件裝到 DHR 試驗儀上進行試驗，試件安裝在試驗前加載 5 N 的荷載并保持 20 s，消除夾具與試件端子之間的空隙。本研究進行了不同溫度下瀝青砂的剪切蠕變測試，試驗溫度分別為45、60 和 75 ，在控溫到達試驗溫度后，持續(xù)控溫30min 再進行試驗。相關(guān)研究表明，瀝青砂的抗剪強度在 400 kPa 左右究選擇了約為 75% 的應(yīng)力比進行試驗，試驗應(yīng)力設(shè)置為 300 kPa，數(shù)據(jù)采集時間為 180 s，試驗過程中實時采集剪切蠕變應(yīng)變和加載時間數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

本研究采用DHR對瀝青砂進行動態(tài)剪切蠕變試驗，應(yīng)用Burgers 模型對剪切蠕變曲線進行擬合，分析了該力學模式下瀝青砂的黏彈性參數(shù)規(guī)律，得出以下試驗結(jié)論:

(1)測試溫度、瀝青用量、瀝青種類及級配類型對瀝青砂漿的動態(tài)剪切蠕變特性影響很大，溫度越高、瀝青用量越大，瀝青砂的動態(tài)剪切蠕變速度就越大，SM A16 瀝青混合料對應(yīng)的瀝青砂剪切蠕變變形速度很快，橡膠瀝青砂的抗剪切蠕變性能最優(yōu)。

(2)不考慮級配，瀝青砂的動態(tài)剪切試驗規(guī)律與瀝青砂所對應(yīng)的瀝青混合料抗車轍性能普遍規(guī)律相關(guān)性較好，可以作為評價瀝青混合料抗車轍性能的依據(jù)。

(3)采用Burgers 模型對瀝青砂動態(tài)剪切蠕變曲線擬合得到的相關(guān)系數(shù)較高。不同溫度、瀝青用量、瀝青種類和級配類型均對Burgers 模型的參數(shù)具有顯著影響。SM A16 瀝青砂的抵抗高速荷載的瞬時變形能力較差，橡膠瀝青砂抗瞬時變形能力較好，AC 類瀝青砂抵抗不可恢復(fù)殘余變形能力較強。

(4)通過擬合的Burgers 模型參數(shù)計算了瀝青砂的松弛模量，相對AC 類瀝青混合料，SM A16 瀝青砂的松弛模量很小，松弛模量數(shù)據(jù)可以為瀝青砂的數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)支持。 2100433B

瀝青砂又稱為稠油砂或油砂, 是含有瀝青或其它重質(zhì)石油的沉積巖, 瀝青砂的基本組成為砂粒、粘土、稠油、水和少量礦物, 典型瀝青砂中砂粒和粘土含量占70 %～80 %,水分含量小于10 %,油含量約為0 ～18 %。瀝青砂屬于非常規(guī)油藏中的一種, 其儲量遠大于常規(guī)石油的探明儲量。全世界的瀝青砂儲量估計有15 500 ×10t ,其中19 %屬可采儲量。而常規(guī)原油的儲量僅為3 137.7 ×10t ,且已產(chǎn)出877.7 ×10t,剩余儲量尚可開采65 a。預(yù)計今后10 a全球常規(guī)原油產(chǎn)量將會降低, 而儲量豐富的瀝青砂等重質(zhì)原油資源已經(jīng)引起國際社會的重視。 加拿大已經(jīng)大量開采重油和瀝青并逐步取代傳統(tǒng)原油, 我國啟動的全國新一輪石油天然氣資源評價工作中, 也將瀝青砂列入評價范圍。瀝青砂將是未來液體燃料的主要來源之一,是傳統(tǒng)原油的重要補充_。

瀝青砂與常規(guī)石油及天然氣有很大不同,在原有狀態(tài)下難以用普通的石油開采方法采出,需要進行特別處理。根據(jù)瀝青砂儲藏深度的差異,瀝青砂的開采可以分為就地開采方法和地表開采方法兩大類。就地開采方法通過加熱或者使用化學劑等特殊途徑降低瀝青的粘度使其流動而收集泵出, 主要涉及熱采工藝、化學工藝及冷采技術(shù);地表開采方法是通過露天采礦法采出瀝青砂,然后使用熱水洗、溶劑萃取和焦化處理等工藝從中回收稠油。較全面地對瀝青砂資源的各種開采技術(shù)進行了評述,討論了各自的優(yōu)缺點和適用范圍, 介紹了主要的工程實例,提出了瀝青砂開采技術(shù)中一些有前景的研究方向。

瀝青砂就地開采方法

就地開采法是利用熱蒸汽、燃燒、化學劑或振動、聲學和電磁等方法處理瀝青砂礦藏, 以降低瀝青粘度使其流過基巖而聚集,然后從油井中采出的方法。這類方法主要用于開采儲藏較深的瀝青砂礦藏。 就地開采方法包括熱采工藝、化學工藝和冷采工藝。

1.1 熱采工藝

熱采工藝主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)油、火燒油層、注熱水以及在鉆井中通過射頻和電流加熱油井和儲集層等。熱采法的目的是通過大幅度地降低重油的粘度, 使之在較低的壓降下流過儲集層, 達到經(jīng)濟開采的流量。

1.1.1 蒸汽吞吐

蒸汽吞吐又稱周期性注蒸汽、蒸汽浸泡或蒸汽激產(chǎn)等,就是先向油井注入一定量的蒸汽, 關(guān)井一段時間,待蒸汽的熱能向油層擴散后,再開井生產(chǎn)的一種開采重油的增產(chǎn)方法。 蒸汽吞吐包括注蒸汽、燜井和開井生產(chǎn)3 個階段。可多次重復(fù)這一過程。另外,通過應(yīng)用化學劑降低重質(zhì)原油的粘度可以改善重油在油藏和地面的流動性,改善蒸汽吞吐狀態(tài),提高采收率。該技術(shù)由于對增加初始產(chǎn)量非常有效而被廣泛應(yīng)用。蒸汽吞吐方法相對比較簡單, 反饋迅速,但采收率相對來說比較低, 很少超過20%。蒸汽吞吐在超重油和瀝青砂沉積層,如在加拿大和委內(nèi)瑞拉所發(fā)現(xiàn)的那些大沉積層內(nèi)所完成的吞吐井中似乎最有效。

1.1.2 蒸汽驅(qū)

蒸汽驅(qū)是把蒸汽連續(xù)注入油藏加熱和驅(qū)替稠油的一種方法。在一般情況下,蒸汽是從地表按適當井組配置而注入井中。 蒸汽驅(qū)在工業(yè)中應(yīng)用的歷史相當長,而且在各個國家都取得了成功。該方法已被證實是提高采收率的成功方法,而且還具有更大的應(yīng)用潛力,特別是在其它方法效果較差的重油和瀝青砂層中更為有效。除了廣泛應(yīng)用蒸汽驅(qū)方法外,還將熱采與水平井技術(shù)相結(jié)合,產(chǎn)生了熱水蒸汽交替注入方法和蒸氣輔助重力驅(qū)方法。

熱水蒸汽交替注入方法采用2 口垂直井和1口水平井作為1 個井組。首先水平井注蒸汽,在油層底部形成一個可流動區(qū),然后由1口垂直井交替注入熱水和蒸汽。 每次注蒸汽都將油加熱并驅(qū)入油層底部的流動通道,再由注入的熱水驅(qū)至另1口垂直井采出。蒸汽輔助重力驅(qū)方法是采用上、下平行排列的2 口水平井作為井組,由上面的水平井注入蒸汽加熱重油和瀝青,這些加熱的重油和瀝青在重力的作用下流入下部的水平井并被采出。 從蒸汽輔助重力驅(qū)的效價比看, 這種方法及其相關(guān)的開采技術(shù)很可能成為主要的商業(yè)性開采方法。

1.1.3 火燒油層

火燒油層就是用電學和化學等方法使油層溫度達到原油燃點,并向油層注入空氣使油層原油持續(xù)燃燒。點火之后, 輕烴蒸發(fā), 并在兩相流中起驅(qū)動力的作用。重分子和碳受到氧化產(chǎn)生一個燃燒前緣, 并在它的前面形成一個熱水帶, 燃燒產(chǎn)生的熱量降低了油的粘度。在儲集層中大約燒掉10 %～20 %的原地油,其余的大部分油被驅(qū)向生產(chǎn)采用火燒油層方法可以開采高粘度稠油,并通過燃燒將部分重質(zhì)油分裂解而采出輕質(zhì)油分。 這種方法沒有深度限制, 但更適宜相對較薄的儲集層。火燒油層的缺點是實施工藝難度大,不易控制地下燃燒, 同時高壓注入大量空氣的成本比較高,通常在蒸汽驅(qū)方法不適用的情況下使用, 尤其是在具有中等密度原油的薄層或深層中應(yīng)用較多。

1.2 化學工藝

提高回收率的化學劑主要有聚合物、表面活性劑和CO2。向油井注入化學劑可以降低油、水和砂粒間的表面張力, 從而達到降低瀝青砂粘度的目的。芳烴類溶劑在高壓下能被CO2及氣態(tài)烴所飽和,如在高壓下注入油井也可以使粘性油、水乳化液脫乳, 使蠟沉淀, 穩(wěn)定瀝青。用化學劑提高回收率一般僅限于輕質(zhì)油和中等密度的油,但如果與熱采法一起使用, 對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、丁烷等汽化的溶劑以產(chǎn)生蒸汽室,在蒸汽室中通過重力作用而驅(qū)動原油。

1.3 冷采法

冷采就是油和砂同采,是通過一定的方式在膠結(jié)程度較低的砂層中形成多個高滲透性的孔道(稱“蚯蚓洞”),砂粒隨溶解氣體驅(qū)油而產(chǎn)生的泡沫油流一起流動,瀝青和砂一起被采出時,孔道周圍砂層中的瀝青將會流入井孔。 冷采法與常規(guī)原油開采方法類似, 常稱為重油伴砂冷采法, 但采出的砂量是常規(guī)原油開采方法的2 ～3 倍。冷采法的主要優(yōu)點是改善了油藏流體的流動能力,提高了原油量(與一次采油相比), 降低了生產(chǎn)成本。 主要的技術(shù)問題是砂處理問題、堵水造成的“蚯蚓洞” 堵塞、最終采收率低和排砂問題。這項技術(shù)的關(guān)鍵是通過低熱處理方法使超重油流動, 對于薄層不可動油藏比較有應(yīng)用前景。綜上所述, 熱采工藝、化學工藝和冷采工藝各有利弊,以蒸汽驅(qū)為主要代表的熱采法具有采油速度快、采收率高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點, 但其能耗比較大,開采程度也不高。化學工藝若與熱采法結(jié)合使用,則對瀝青砂等重質(zhì)原油有效。 冷采法主要用于具有一定流動度的重油油藏,但最終采收率偏低且存在排砂問題。

瀝青砂地表開采法

地表開采法就是首先移開瀝青砂之上的覆蓋物,然后通過露天采礦技術(shù)進行開采。采出的瀝青砂被運到工廠后進行瀝青、砂粒及其它非烴類物質(zhì)的分離,最后將分離出來的瀝青轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣稍?。地表開采法可采出90 %以上的油,瀝青砂中的烴、硫、金屬和巖石都得到最充分的利用, 但是地表開采法的投資和生產(chǎn)成本比較高。根據(jù)瀝青砂礦藏中是否存在束縛水可將瀝青砂分為2 類:存在束縛水的瀝青砂稱為水潤性瀝青砂,不存在束縛水的瀝青砂稱為油潤性瀝青砂。開采時2 者分別以水和有機溶劑為介質(zhì)進行抽提。地表開采法分為熱堿水溶液洗脫法、 熱堿水溶液結(jié)合表面活性劑洗脫法、有機溶劑抽提法和焦化法。其開采流程基本一致, 都是通過露天采礦將瀝青砂采出, 運到工廠后采用一定的工藝分離出瀝青,然后加工成各種石油產(chǎn)品。

2.1 熱堿水溶液洗脫法

熱堿水溶液洗脫法就是通過含堿的熱水將瀝青砂上的瀝青洗脫下來, 然后從洗脫液中回收瀝青。其主要流程是在50 ～80 ℃的熱水中加入堿,并與瀝青砂一起在旋轉(zhuǎn)鼓中進行攪拌, 瀝青以氣泡狀從砂粒上釋放出來,隨后在重力分選器和浮選器中將瀝青分離出來, 并用石腦油稀釋以降低其粘性,經(jīng)過進一步提純后將石腦油去除掉就得到了純的瀝青_。熱堿水抽提法的主要優(yōu)點是抽提效率較高,瀝青砂中的所有成分可以得到充分利用。 局限是只適用于上覆層薄、埋藏深度較淺(一般小于75 m) 的水潤性瀝青砂礦藏。從提高效率和降低成本的角度已經(jīng)對熱水抽提法進行了改進。改進后的方法主要有溫水法、加溶劑助劑法和OSLO 冷水法等,這些方法在實驗規(guī)模操作下已經(jīng)取得了成功。

2.2 熱堿水溶液結(jié)合表面活性劑洗脫法

表面活性劑可以降低油水界面張力,使原油更易于從砂粒上脫離出來, 從而增加洗油效率。同時,由于原油與堿作用可以生成石油皂, 而加入的表面活性劑與石油皂能夠產(chǎn)生復(fù)配增效作用,進一步提高了表面活性。 有些高效表面活性劑有很高的表面活性,但是成本往往很高。可以采用廉價的表面活性劑作為主要添加劑, 如石油磺酸鹽、石油羧酸鹽、天然羧酸鹽等, 然后復(fù)配極少量的高效表面活性劑,由于表面活性劑的高表面活性和復(fù)配性能, 這樣的驅(qū)油體系會有更好的驅(qū)油效果。

瀝青砂開采早期曾較多采用有機溶劑抽取法、熱處理法等方法提取瀝青砂中的原油, 但其成本高, 能耗大、污染嚴重,因而近期大都趨向于采用熱堿水溶液或熱堿-表面活性劑洗脫法。熱堿-表面活性劑洗脫法的主要優(yōu)點是投入低、效益高, 原油回收率很高,廢液處理簡單,但是只適合于淺層的水潤性瀝青砂。

2.3 有機溶劑抽提法

有機溶劑抽提法就是使用各種溶劑將瀝青砂中的原油抽提出來,并通過蒸餾回收混合溶液中的絕大部分溶劑, 并循環(huán)應(yīng)用于抽提過程。Rosen-bloom William 等闡述了用溶劑抽提法從瀝青砂中抽提瀝青的方法和裝置,這是一個商業(yè)化規(guī)模的系統(tǒng)。關(guān)于瀝青砂的溶劑抽提, 李俊嶺等也進行了實驗室研究。他們以新疆小西溝和風城瀝青砂為原料,采用甲苯抽提方法得到稠油。

有機溶劑抽取法提取瀝青砂中的原油,其優(yōu)點是對油潤性的瀝青砂有效,彌補了熱水抽提法不能抽提油潤性瀝青砂的缺點。但其成本高, 能耗大、污染嚴重, 因此很少利用此法進行商業(yè)化生_產(chǎn)[ 35～37] _。

2.4 焦化法

對于油潤性瀝青砂,使用有機溶劑抽提法會引起相當嚴重的環(huán)境污染, 因此出現(xiàn)了各種焦化法:

(1)硫化床法,即在硫化床中干餾瀝青砂, 該技術(shù)還沒有得到商業(yè)化規(guī)模的應(yīng)用。

(2)TACIUK釜法, 即在旋轉(zhuǎn)窯的干餾帶內(nèi)蒸餾瀝青砂, 燃燒帶內(nèi)的廢砂層上沉淀碳, 并將加熱過的砂作為干餾帶熱源的方法。

(3)LR法,源于干餾煤方法, 其特點是反應(yīng)器的原料既可以是液體, 也可以是固體,且用熱裂解殘渣作為熱載體。

(4)延遲焦化, 即2個反應(yīng)器交替運轉(zhuǎn), 輪流充填瀝青砂和排空瀝青砂的一種商業(yè)化方法。

(5)硫化焦化, 是將細粉狀石油焦用做循環(huán)熱載體 , 在硫化床中焦油砂直接焦化的方法 , 并于1954 年首次商業(yè)化。焦化法不僅可以從粗焦油砂中干餾出石油產(chǎn)品,還能起到脫碳及改善油的碳氫比的作用。 因此焦化法處理瀝青砂具有很大的發(fā)展?jié)摿?,可望在近年內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。在地表開采法中 ,熱堿水溶液洗脫法和熱堿水溶液結(jié)合表面活性劑洗脫法都是針對水潤性瀝青砂的洗脫方法, 但后者的洗脫效率更高;有機溶劑抽提法是針對油潤性瀝青砂的開采方法 ,但其成本高,污染嚴重;焦化法對油潤性瀝青砂和水潤性瀝青砂都可以進行處理 , 但其能耗較大 ,瀝青損失比例也較大。

瀝青砂應(yīng)用

3.1 現(xiàn)狀

瀝青砂的開采技術(shù)很多 ,每種開采技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點和應(yīng)用范圍。

(1)瀝青砂的開采工程在發(fā)達國家和發(fā)展中國家都有, 說明瀝青砂的開采技術(shù)要求并不太高, 開采工程也不局限于技術(shù)先進的發(fā)達地區(qū)。

(2)就地開采法中的蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)和地表開采法是采用最多的方法,其中蒸汽吞吐法的采收率不高,而蒸汽驅(qū)的產(chǎn)量較高,采收率也較蒸汽吞吐有所提高,是比較有前景的開采方法之一;地表開采法產(chǎn)量巨大, 工藝相對比較簡單, 生產(chǎn)成本也不高, 因此是最先實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的開采方法,具有較好的前景。

(3)火燒油層法由于實施工藝難度大, 不易控制地下燃燒,同時高壓注入大量空氣的成本又十分昂貴, 因此未得到廣泛應(yīng)用;而焦化法由于應(yīng)用在瀝青砂熱加工方面的研究起步較晚,因此還沒有大規(guī)模的直接用于開采瀝青砂, 多用于對已開采出的瀝青進行改性加工。

3.2 實例分析

加拿大是世界上瀝青砂儲量最豐富、瀝青砂開采量最大的國家,對瀝青砂開采方法和利用進行的研究也最多, 因此將加拿大的瀝青砂開采作為典型案例進行分析,可以更深入地了解瀝青砂開采方法的應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢。

加拿大在1996 ～2002 年間瀝青砂的開采量非常大,而且持續(xù)增加。這反映了加拿大政府對瀝青砂工業(yè)的重視程度和投資強度,同時也說明瀝青砂資源確實在一定程度上可以緩解常規(guī)原油的不足的狀況,對其它國家有較好的借鑒作用。在開采方法方面,地表開采方法的產(chǎn)量比就地開采方法的產(chǎn)量高很多,說明了地表開采方法的優(yōu)越性。2002 年加拿大瀝青砂各種開采技術(shù)的產(chǎn)量為例可以發(fā)現(xiàn),現(xiàn)階段瀝青砂開采工藝主要是冷采法、循環(huán)蒸汽驅(qū)、蒸汽輔助重力驅(qū)和地表開采熱水洗脫法, 其日產(chǎn)量分別為13 417、20 726、5 522和75585t 。產(chǎn)量最大的是地表開采熱水洗脫法,其主要生產(chǎn)途徑是地表采礦—熱水洗脫—改質(zhì)生產(chǎn)成合成原油,這也是最先實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的瀝青砂開采技術(shù)。循環(huán)蒸汽驅(qū)和“冷”采法的產(chǎn)量也比較高,這兩種開采技術(shù)也是瀝青砂開采的主要方法。 蒸汽輔助重力驅(qū)是最才發(fā)展起來的開采方法,雖然產(chǎn)量不高,但各石油公司對這一技術(shù)的開發(fā)都很重視,2002年蒸汽輔助重力驅(qū)的項目有21個,說明了這一方法的發(fā)展前景?？梢哉J為,蒸汽輔助重力驅(qū)不久將可能成為主要的商業(yè)性開采方法之一。

瀝青砂結(jié)論與建議

(1)世界能源消耗量持續(xù)增長, 常規(guī)原油的儲量逐年減少,瀝青砂資源的開發(fā)與利用越來越受到人們的重視。當前對瀝青砂資源進行商業(yè)化開發(fā)的國家有加拿大、委內(nèi)瑞拉和美國等, 這在一定程度上緩解了這些國家常規(guī)原油開采量不足的狀況, 說明瀝青砂資源是一種很有開發(fā)前景的油氣資源。

(2)通過注入化學劑可以改變?yōu)r青砂中油、水和砂粒間的表面張力,使得油的粘度降低而宜于開采或提高采收率。 熱采法與化學劑聯(lián)用可以大幅度提高采收率, 是當前瀝青砂開采技術(shù)發(fā)展趨勢之一。

(3)蒸汽輔助重力驅(qū)及其衍生的開采方法,采收率高,應(yīng)用范圍廣,但初始產(chǎn)油量不高。若將這一方法與化學劑聯(lián)用,則不僅可避免蒸汽輔助重力驅(qū)法的缺點,還可提高采收率,因此,這是一個很有發(fā)展前景的開采方法。

(4)表面活性劑能夠極大地提高瀝青砂瀝青的洗脫及破乳效率, 從而大幅度提高瀝青砂的回收率。但表面活性劑一般價格昂貴, 其應(yīng)用受到限制。因此,篩選或復(fù)配廉價而高效的表面活性劑便成為瀝青砂開采技術(shù)中急需開展的研究項目。