Öljyhiekka

Öljyhiekka on nimitys bitumille, joka on sitoutunut hiekanjyviin. Maailmanlaajuisesti öljyhiekassa olevan öljyn määrä on samaa suuruusluokkaa kuin tavanomaisen maaöljyn määrä.World's energy council:2004 survey of energy resources, sivu 99  Öljyhiekkaa on alettu laajamittaisesti käyttää vasta 1900-luvun parina viimeisimpänä vuosikymmenenä, sillä sitä on tavallista öljyä hankalampi hyödyntää.

Bitumi on muodostunut maaöljystä siten, että maaöljy on menettänyt kevyemmät hiilivetynsä ja jäljelle jäänyt raskain osa on osittain bakteerien hajottama.Canada’s Oil Sands Resources and Its Future Impact on Global Oil Supply  Bitumi on siis osittain hajonnutta raakaöljyä. Öljyhiekka sisältää bitumia 1–20 prosenttia.The Oil Sands Story: The Resource

Hiekanjyviä ympäröi vesivaippa, jossa on erilaisia pienhiukkasia kuten savea ja muita mineraaleja.Guide to SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage) Reservoir Characterization Using Geostatistics  Vesivaippaa ympäröivä bitumikalvo täytyy erotella hiekasta, vedestä 
ja pienhiukkasista, ennen kuin sitä voidaan edelleen jalostaa.

Öljyhiekan talteenotto ja käsittely edelleen raakaöljyksi vaatii enemmän energiaa ja rahaa, kuin vastaavan öljymäärän poraaminen perinteisistä esiintymistä. Käytettävä tekniikka on myös uutta. Tämän takia öljyhiekan laajamittainen hyödyntäminen ei aiemmin ole ollut kannattavaa, mutta öljyn hinnan nousun ja tekniikan kehittymisen myötä toiminta on muuttunut taloudellisesti kannattavaksi.Shell rakes in profits from Canadian oil sands unit  Mahdollisesti tulevaisuudessa nykyisten öljylähteiden ehtyessä tullaan siirtymään öljyhiekan käyttöön pääasiallisena raakaöljyn lähteenä. On kuitenkin esitetty, että öljyhiekka ei pysty estämään maailman öljyntuotannon kääntymistä laskuun. Öljyhiekan jalostamisen ympäristövaikutukset ovat suuremmat kuin tavallisessa öljyntuotannossa.

 Esiintyminen 
Suurimmat öljyhiekan esiintymät sijaitsevat Kanadassa ja Venezuelassa, mutta sitä esiintyy myös kymmenissä muissa maissa.About Tar Sands  Kanadan Albertassa oleva öljyhiekkaesiintymä on maailman suurin öljyesiintymä ja ylittää siis öljyvarannollaan suurimmat perinteiset öljyesiintymät.

 Kanada 
pienoiskuva|vasen|Maailman suurimmat öljyhiekkaesiintymät Albertassa Kanadassa. Näiden kolmen esiintymän yhteenlaskettu pinta-ala on 141 000 km², eli Englantia suurempi alue
Muun muassa Athabascan öljyhiekka-alueella Albertassa Kanadassa on arvioitu olevan 2,7×1011 m³ varanto öljyhiekkaa ja hyvin raskasta maaöljyä.

Kanada on yli 120 000 m³ päivittäisellä viennillään Yhdysvaltain suurin raakaöljyn ja öljyjalosteiden toimittaja.

 Venezuela 
Petróleos de Venezuela S.A. on arvoinut Orinoco Belt-alueella olevan 37,5 miljardia m³ hyvin raskasta maaöljyä,Michael Fox Venezuela Increases Taxes on Oil Companies in Orinoco Oil Belt, Venezuelanalysis.com 9.5.2006 mikä tekisi siitä maailman suurimman öljyvarannon ennen Saudi-Arabiaa.Sur l'Orénoque, Chávez fait la fête au pétrole, Libération, 3.5.2007 
Hyödynnettävissä oleviksi varannoiksi on arvioitu 13 miljardia m³.Le Venezuela nationalise son eldorado pétrolier, Le Figaro, 30.4.2007 

 Öljyhiekan hyödyntäminen 
Öljyhiekan sisältämä bitumi on mustaa, tervamaista, tavallista raakaöljyä viskoosimpaa ja raskaampaa ainetta, ja se virtaa hyvin hitaasti normaalissa huoneenlämmössä. Sitä ei pysty pumppaamaan ilman käsittelyä normaalille raakaöljylle tarkoitetussa putkistossa. Bitumi täytyy erotella öljyhiekasta, ennen kuin sitä voidaan jatkojalostaa.

Öljyhiekan laajamittainen ja kaupallinen hyödyntäminen alkoi Kanadassa 1967.http://www.rigzone.com/magazine/heavyoil/insight.asp?i_id=186 

 Avolouhos 
Öljyhiekkaa on kaivettu avolouhoksessa Athabascassa lähes neljäkymmentä vuotta. Öljyhiekka esiintyy Antabascassa 40–60 metriä paksuna kerroksena kalkkikivikerroksen päällä. Öljyhiekan päällä sijaitsee poistettava maa-aines. Athabascassa 10–20 % öljyhiekasta sijaitsee niin lähellä maan pintaa, että pintakaivuu on taloudellisesti järkevää. Pintakaivuuta käytetään Athabascassa 130 metrin syvyyteen saakka.  Suurin osa öljyhiekasta hyödynnetään tällä hetkellä avolouhoksien avulla.The Oil Sands Story: In situ

Athabascan avolouhoksissa käytetään maailman suurimpia kaivureita  ja kuorma-autoja. Näiden avulla tuotantokustannukset ovat noin 15 $ barrelia kohti.

Kaivuun jälkeen öljyhiekkaan lisätään kuumaa vettä ja natriumhydroksidia ja syntyvä seos kuljetetaan putkia pitkin erotuslaitokseen ja edelleen jatkokäsiteltäväksi. Erotussolussa bitumiin kiinnittyy ilmakuplia ja bitumi nousee pinnalle, josta se voidaan kuoria. Yhden barrelin tuottaminen vaatii noin kaksi tonnia öljyhiekkaa ja useita barreleita vettä, joskin vettä voidaan kierrättää.What Are Tar Sands? 

Öljyn erottamisen jälkeen hiekka palautetaan kaivokseen.

Koska 80–90 % Kanadan öljyhiekasta ja lähes kaikki Venezuelan öljyhiekka sijaitsee niin syvällä, että avolouhoksen käyttö ei ole taloudellisesti mahdollista, on öljyhiekan hyödyntämiseksi kehitetty useita in situ -tekniikoita.

 Kylmä virtaus (Cold flow) 
Tässä tekniikassa öljy yksinkertaisesti pumpataan ylös perinteisin menetelmin. Tätä tekniikkaa voi käyttää ainoastaan alueilla, jossa öljyn viskositeetti on riittävän alhainen. Tekniikkaa käytetään Venezuelassa ja määrätyillä alueilla Kanadassa.

Tekniikan etu on sen halpuus, mutta haittapuoli se, että vain 5–6 % öljystä saadaan tällä menetelmällä ylös.

 Kylmä raskaanöljyntuotanto hiekalla (Cold Heavy Oil Production with Sand, CHOPS) 
Perinteisesti öljynporauksessa on pyritty pitämään hiekan määrä maanpinnalle saatavassa öljyssä mahdollisimman vähäisenä käyttäen erilaisia tekniikoita, muun muassa suodattimia.COLD HEAVY OIL PRODUCTION WITH SAND IN THE CANADIAN HEAVY OIL INDUSTRY  Jo 1920-luvulla Kanadassa havaittiin, että öljyhiekan hyödyntämisessä kaivo tuotti sitä enemmän öljyä,  mitä enemmän hiekkaa tuli ylös. 1980-luvun lopulla otettiin  kehittyneen pumppaustekniikan myötä käyttöön CHOPS-menetelmä, jossa tarkoituksella pyritään pumppaamaan mahdollisimman suuri hiekkamäärä öljyn mukana maan pinnalle. Tällä menetelmällä kaivon tuottoa on saatu suuresti kasvatettua ja suurempi määrä öljystä (enimmillään 10 %) saadaan talteen.Canada’s Oil Sands -A World-Scale Hydrocarbon Resource 

 Syklinen höyrystimulaatio (Cyclic Steam Stimulation, CSS) 
Höyryn ruiskutus raskaan öljyn hyödyntämisessä on ollut käytössä Kalifornian öljykentillä 1950-luvulta lähtien. Syklistä höyrystimulaatiota on käytetty Kanadassa kaupallisesti 1985 alkaen.J.Michael Yeager, senior vice-president and director, Imperial Oil Limited, speaks to the Raymond James Oil Sands of Canada Conference. New York, New York May 9, 2005  Syklisessä höyrystimulaatiossa öljyhiekkaan porattuun satojen metrien syvyiseen reikään pumpataan 300–340 asteista höyryä viikkojen tai kuukausien ajan. Tämän jälkeen odotetaan päiviä tai viikkoja ja odotusvaiheen jälkeen aloitetaan öljyn pumppaus. Kun öljyn tuotantovauhti alkaa pudota, tehdään uusi höyrystimulaatiosykli. Tämä toistetaan niin monta kertaa, kuin on taloudellisesti tuottavaa.

Höyry lisää lähteen tuottoa useilla tavoilla. Kuumuus alentaa bitumin viskositeettia ja vesi irrottaa bitumin hiekasta. Höyrynpaine synnyttää maan alle murtumia, jotka lisäävät öljynvirtausta tuotantoreikään.Cyclic steam stimulation

Syklisellä höyrystimulaatiolla pystytään hyödyntämään 20–25 % hiekan sisältämästä öljystä, mutta haittapuolena on menetelmän kalleus.

 Höyryavusteinen painovoimaojitus (Steam Assisted Gravity Drainage, SAGD) 
Höyryavusteisen painovoimaojituksen  idea esiteltiin 1978, ja kenttätestauslaitos aloitti toimintansa 1984. 1990-luvulla kehittynyt suuntaporaustekniikka on mahdollistanut menetelmän tehokkaan toteuttamisen.

Höyryavusteisessa painovoimaohjauksessa maan alle porataan horisontaalisesti päällekkäin kaksi kaivoa. Yksi öljyhiekkaesiintymän alaosaan ja toinen 5 metriä ylemmäs. Kaivoja porataan tyypillisesti säteittäisesti moneen suuntaan  pareittain keskuskaivosta lähtien. Kaivojen pituus on suurusluokkaa kilometri ja ne kulkevat horisontaalisesti öljyhiekassa. Aluksi kaivoparin molempiin kaivoihin pumpataan korkeapaineista höyryä. Korkeapaineinen kuuma höyry muuttaa bitumin juoksevaksi. Tuotantovaiheeseen siirryttäessä höyryn pumppaamista ylempään kaivoon jatketaan. Sulanut bitumi valuu alas alempaan tuotantokaivoon, josta se pumpataan ylös. Tällä tekniikalla öljyhiekan sisältämästä bitumista saadaan kannattavasti hyödynnettyä 55 %.  SAGD on osoittautunut läpimurroksi öljyhiekan hyödyntämisessä, koska se on CSS:ää halvempi, ja sillä saadaan suuri määrä öljystä talteen.

 VAPEX 
VAPEXissa öljyhiekkakaivoon injisoidaan höyrymäistä liuotinta. Tekniikkaa voidaan käyttää SAGD:n tapaan, mutta vesihöyryn tilalla on höyrystetty liuotin. VAPEX-tekniikka on tutkimusvaiheessa.  VAPEXin etuina olisivat SAGD:tä parempi energiatehokkuus ja se, että osa bitumin edelleen jalostuksesta tapahtuu jo maan alla liuottimien vaikutuksesta.

Edellä kuvatut tekniikat eivät ole toisensa poissulkevia, vaan niitä voidaan yhdistää toisiinsa. Hyödynnettävän öljyhiekan ja muun maaperän koostumus vaikuttaa menetelmän valintaan.

 Jalostus 
Bitumi täytyy käsitellä erityisjalostamoissa. Bitumi koostuu suurista hiilivetymolekyyleistä, joissa on tavallista raakaöljyä enemmän hiiltä ja vähemmän vetyä. Jalostuksessa bitumin suuret hiilivetymolekyylit pilkotaan ja niihin lisätään vetyatomeita ja/tai poistetaan hiiliatomeja ja näin saadaan tavanomaista raakaöljyä muistuttava tuote.How is Heavy Oil Produced? 

 Energiatehokkuus 
Kanadan öljyhiekan tuotannon EROEI-luku on vuonna 2008 noin 5–6. Tuotannossa käytettävä energia saadaan pääasiassa maakaasua polttamalla.

 Katso myös 
 Öljyliuske

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 

Luokka:Öljygeologia
Luokka:Öljyhuippu