第４１卷第２４期　２０１３年１２月　广州化工　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖｏ１．４１　Ｎｏ．２４　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２０１　３　

中国油砂分离工艺技术研究进展　

方朝合　，黄志龙　，郑德温　，葛稚新　，李小龙。　

（１中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京　１０２２４９；　

２国家能源页岩气研发（实验）中心，河北　廊坊０６５００７；　

３中国石油集团非常规油气重点实验室，河北廊坊０６５００７）　

摘　要：２００６—２００９年，中国石油勘探开发研究院廊坊分院在准噶尔盆地西北缘风城地区开展了油砂资源勘探和水洗分离　工艺技术研究，落实该区油砂油可采资源量５４９８万ｔ，平均含油率为７．１％～１０％，分布于白垩系和侏罗系，厚度８０—１４０　ｍ，油　

砂顶层埋深在５Ｏ～９０　ｍ，针对该区油砂特点开展了油砂水洗分离机理研究，成功研制了该区油砂水洗分离剂配方，该配方药剂浓　度在４％，温度８５℃的情况下，分离率达到了９０％。在系列研究的基础上，完成了该区年处理１万ｔ油砂的试验现场建设，开展　

油砂现场分离试验，常态运行收油率达９０％，水洗工艺技术及装备研发取得成功。　

关键词：油砂；水洗分离工艺；分离剂配方；试验　

中图分类号：ＴＱ９１４．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—９６７７（２０１３）２４—００３４—０３　

Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｏｉｌ　Ｓａｎｄ　Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　

ＦＡＮＧ　Ｃｈａｏ一　ｅ　，　，ＨＵＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｌｏｎｇ　，ＺＨＥＮＧ　Ｄｅ—ｗｅｎ　，ＧＥ　Ｚｈｉ—ｘｉｎ　，ＬＩ　Ｘｉａｏ—ｌｏｎｇ　，。　

（１　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｐｒｔｅｏｌｅｕｍ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２４９；　

２　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｈａｌｅ　Ｇａｓ　Ｒ＆Ｄ（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈｅｂｅｉ　Ｌａｎｇｆａｎｇ　０６５００７；　

３　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　Ｏｉｌ＆Ｇａｓ，Ｈｅｂｅｉ　Ｌａｎｇｆａｎｇ　０６５００７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍ　２００７　ｔｏ　２００８，Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｌａｎｇｆａｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ　

Ｌａｕｎｃｈｅｄ　ｏｉｌ　ｓａｎｄ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｆｅｎｇｃｈｅｎｇ　ａｒｅａ，Ｎｏ￣ｈｗｅｓｔ　ｏｆ　

Ｊｕｎｇｇａｒ　Ｂａｓｉｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅ　ｔａｒ　ｓａｎｄ　ｏｉｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｉｓ　５４９８　ｍｉｌｌｉｏｎ　ｔｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　７．１％～１０％，ｗｈｉｃｈ　

ｉｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｉｎ　Ｃｒｅｔａｃｅｏｕｓ　ａｎｄ　Ｊｕｒａｓｓｉｃ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　８０～１４０　ｍｅｔｅｒｓ．ｔｈｅ　ｃｏｖｅｒ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓａｎｄ　ｉｓ　５０～９０　

ｍｅｔｅｒｓ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｓａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　

ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｎ　ｏｉｌ　ｓａｎｄ，ｔｈｅ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｇｅｎｔ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｓａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｅａ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　

ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｒｅａｃｈｅｄ　９０％，ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｇｅｎｔ　ｗａｓ　４％ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　８５℃．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｓｔｕｄｙ，ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｓｉｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｃａｐａｂｌｅ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　１　００００　

ｔｏｎｓ　ｏｉｌ　ｓａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｅａ，ｗａｓ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｎ—ｓｉｔｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓａｎｄ　ｗｅｒｅ　ｌａｕｎｃｈｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｒａｔｅ　

ｏｆ　９０％ｉｎ　ｎｏｒｍａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ＆ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｗｅｒｅ　

ｓｕｃｃｅｓｓｆｕ１．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｉｌ　ｓａｎｄ；ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｇｅｎｔ　ｆｏｒｍｕｌａ；ｔｅｓｔｓ．　

根据中国新一轮油气资源评价结果，中国油砂油地质资源　量为５９．７亿ｔ，可采资源量２２．５８亿ｔ，位居世界第五位，其中　

０—１００　ｍ埋深油砂油地质资源量为１８．５６亿ｔ，油砂油可采资　

源量为１１．３１亿ｔ，１００～５００　ｍ埋深预测油砂油地质资源量为　

４１．１４亿ｔ，油砂油可采资源量为１１．２７亿ｔ。主要分布在西部　的新疆、青海、内蒙古等省区。其中，新疆风城地区油砂是目　前国内发现厚度最大、品质最好的油砂矿…。　

油砂热水洗法是目前地面油砂开发最为成熟的分离技　术　，而且已经进入大规模的商业化应用阶段，典型代表有　

加拿大的Ｓｙｎｃｒｕｄｅ公司及Ｓｕｎｃｏｒ公司。经过几十年的研究和现　

场开采经验的积累，如今的加拿大油砂矿工业发展非常迅速，　开发技术水平国际领先。目前在阿尔伯达省一共有２６个油砂　项目投入生产，其中露天开采７个，采用现场分离技术的为　

９个，总生产规模达到每天８３万桶，占加拿大石油产量的　３％［　一　。　中国石油勘探开发研究院廊坊分院自２００６年起一直致力　于油砂分离工艺的研究及分离装置的开发，自主研发了复配型　

高效环保油砂分离药剂，该化学药剂具有“一高二低”的特点　（即分离效率高、分离温度低、试剂浓度低），在节能降耗、降　

低分离成本方面发挥着重要作用。２００６年根据室内实验工艺参　

数，分别设计了１５∥天立式水洗分离小试装置和１０　Ｌ／天水平　水洗分离小试装置，并成功应用于现场分离实验。现场分离实　

作者介绍：方朝合（１９７６一），男，在读博士生，工程师，地质资源与地质工程专业，目前主要从事非常规油气资源勘探开发工作。

　第４１卷第２４期　方朝合等：中国油砂分离工艺技术研究进展　３５　

验结果表明，小试装置运行可靠平稳，和室内实验结果比较吻　

合，达到了预期的实验效果。２００９年根据现场小试装置的运行　参数全新设计了１万　年油砂分离中试装置，该装置采用连续　

化处理、自动化操作，并首次增加了泥剂处理系统，处理后的　粘土回填、回收试剂打入分离系统循环利用；装置加热系统采　

用高温蒸汽加热、无污染气体排放。　

１　准噶尔盆地西北缘风城地区油砂资源勘查　

风城油砂矿区在构造单元上位于准噶尔盆地的北部隆起带　

上的乌夏断裂区，矿区西部为克百断裂带，东临乌夏断裂带，　南部是玛湖凹陷，北依哈拉阿拉特山。矿区范围内断裂发育，　

小型褶皱发育且形态复杂，主要大断裂有乌兰林格断裂、夏红　北断裂及次一级断裂，构成乌尔禾、夏子街二个断裂带，走向　北东一南西向。矿区东西长１２　ｋｍ，南北宽５　ｋｍ，面积约为　

３５　ｋｍ　（图１）。　

回矿区范围日囵断层ｅ！圈井层　囫石炭纪地层　

图１　风城油砂矿床大地构造位置图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｇｅｏｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｍａｐ　ｏｆ　Ｆｅｎｇｃｈｅｎｇ　０ｉｌ　ｓａｎｄｓ　

矿区油砂矿体赋存层位有上侏罗统齐古组（Ｌｑ）和下白垩　统吐谷鲁组（Ｋ　ｔ），２００６～２００８年在该区共钻探井８０口，均见　

到不同厚度的油砂，研究发现该区油砂层位稳定、单层厚度较　大，且连续分布，油砂含油率普遍较高，平均含油率为７．１％～　

１０％，厚度８０～１４０　ｍ，最大单层厚度３０．３　ｍ，油砂顶层埋深　

在５０—９０　ｍ。　鉴于该区油砂的含油率和岩石密度较易获得，该区油砂油　资源量采用重量法进行计算，该法具有简单、准确的特点，通　过圈定４层矿体的有效厚度及有效含油率，同时确定矿体平面　

面积，利用含油率法算出了油砂矿沥青地质储量为５４９８万ｔ。　

２　ＹＳＦＬ系列油砂水洗分离试剂研究进展　

图２不同试剂分离效果的对比　Ｆｉｇ．２　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　Ｒｅａｇｅｎｔｓ　

根据油砂分离的驱油原理，以能显著改变物质表面张力、　

乳化性能和润湿性的表面活性剂、润湿剂和助剂为作为被选试　剂，通过试剂反应条件、特性及成本考核，初步筛选出碱液、　试剂ＧＸ—Ｐ、试剂ＧＸ—ｓｉ、试剂ＧＸ一１２ｓ、试剂ＧＸ—Ｃ、试剂　ＧＸ—ｃｈ等几种活性剂作为考察对象。。　，进行试剂优选，最　终将多种渗透性极强的表面活性试剂、助剂等按不同成分和比　例复配得到ＹＳＦＬ、ＹＳＦＬ一１、ＹＳＦＬ一２试剂，并与单一碱液进　

行油砂分离对比测试。为了比较测试效果，碱液和各试剂的浓　度为１０％，反映时间为３０　ｍｉｎ，测试结果见图２。　

由图２可知，在温度较低的情况下，几种试剂的分离效果　都不理想，当温度升达到８０—８５℃时，加入ＹＳＦＬ一２试剂的　试样的出油率明显高于其它两试样，达到９０％左右，而加入单　

一碱液的试样出油率仅在７０％左右。当温度升高到９５℃甚至　更高时，４种试样的出油率趋于接近。由此可知，ＹＳＦＬ～２试　

剂在较低温度下分离效果优于其它两种复配试剂和单一碱液。　

３油砂分离影响因素考察　

在分离剂质量分数为４％、分离时间为２０　ｒａｉｎ、剂砂质量　

比为２：１的条件下随着温度的升高油砂出油率增加，在８０℃　之前几乎呈线性变化，后随温度增加出油率增加缓慢，温度到　

达９０℃，出油率达到９５％以上。这主要是因为温度较低时　砂一水一油界面不清，分层效果差出油率不高；温度升高，油　砂浆液的平均动能增加，使油砂沥青（油）膜的粘度下降，界面　膜中分子排列松散，热膨胀使沥青膜的粘附能力减弱，并且温　度升高后油水密度差增大，分离出的油以小油珠的形式不断上　

浮，从而易于与砂粒分离，油水界面清，分层效果好，但温度　越高水分蒸发越快，不利于油砂搅拌分离，而且温度越高能耗　

越大。综合考虑，适宜的油砂分离操作温度为９０℃。　在加热温度为９ｏ℃、分离时间为２０　ｍｉｎ、剂砂质量比为２：１　的条件下，在分离剂质量分数为４％之前，油砂出油率随着质　

量分数的增加而增加且呈直线性变化，分离剂质量分数为４％　到５％之问油砂出油率增加幅度缓慢，到５％时达到最高，而后　出油率开始有所下降。出油率的多少与油砂是否和试剂中有效　

成分充分反应密切相关，在试剂质量分数较低时，由于没有达　到充分反应，油砂中的烃类组分仍然存在于砂中难以分离，故　

随着质量分数的增加油砂出油率增加；当试剂质量分数过高　时，反应虽然完全，油砂也几乎完全从砂中剥离，但是分离出　

的产物在过量试剂中的表面活性剂的作用下严重乳化，使油水　难以分离，造成油砂出油率下降。故综合分离效率与成本方面　的考虑，适宜的油砂水洗分离试剂的质量分数为４％左右。　

在操作温度为９Ｏ　ｃｃ、分离剂质量分数为４％、剂砂质量比　为２：１的条件下，油砂出油率随着加热时间的延长而增加，　

在２０　ｍｉｎ以前基本上呈线性变化，在２０　ｍｉｎ之后出油率几乎不　再增加。这是因为，油砂同分离试剂混合成油砂浆后油砂油与　油砂的分离即开始进行，分离时间的长短取决于传热和搅拌效　

果，在较短的时间内油砂浆并不能充分受热，油砂沥青膜与砂　粒粘附紧密，随着分离时间的延长，油砂沥青受热充分并且在　

分离试剂中乳化物质的作用下粘度降低，从而易于油砂沥青从　砂粒上剥离开来。在操作温度为９０℃及搅拌充分的条件下，　

一般在２０　ｒａｉｎ左右或更短的时间内油砂油就可以完全从砂粒表　面脱离。　

在操作温度为９Ｏ℃、分离剂质量分数为４％、加热时间为　２０　ｍｉｎ条件下，剂砂质量比的改变对油砂分离有一定的影响，　

但并非剂砂质量比越大，油砂出油率越高。当剂砂质量比小于　

２：１时，出油率随剂砂质量比的增加而升高，超过２：ｌ后出　

油率略有下降。这是因为试剂量过少，试剂不能和油砂进行充　

分接触，试剂与油砂之间的反应也就不完全，从而不利于油一