組成
油砂是指富含天然瀝青的沉積砂，因此也被稱為“瀝青砂”。實際上，油砂是一種瀝青、沙、富礦粘土和水的混合物，其中瀝青含量為10%～12%，沙和粘土等礦物含量為80%～85%，其餘物質含量為3%～5%。我國油砂資源豐富，位居世界第五，但地質條件較國外典型的油砂礦更為複雜。例如西加拿大“油砂”沉積當中，天然瀝青的含量在一些諸如粉砂岩、碳酸鹽的岩性當中可能占主導地位。
分布
油砂在加拿大分布
世界上85%的油砂集中在加拿大阿爾伯塔省北部地區,主要集中在阿沙巴斯克(Ashabasca)、冷湖（Cold Lake）和和平河（Peace River）三個油砂區，面積分别達430、72.9和97.6萬公頃，
總面積與比利時的國土面積相當。加拿大的油砂由石英沙、泥土、水、瀝青和少量的礦物質組成，其中瀝青含量約為10-12%。現已查明，加拿大的油砂中瀝青的總含量達4000億立方米，是世界上最大的瀝青資源，其中240億立方米分布在表層（地下75米以内）、3760億立方米分布在深層。
油砂中石油的含量依開采和提煉技術的不同而有所變化。按目前的開采和提煉技術，阿爾伯塔的油砂中儲藏有原油1800億桶，少于沙特的2620億桶，高于俄羅斯的1120億桶。但随着油砂提煉技術的改進和石油價格的上漲，到2020年現有的油砂資源可望多提煉出1300億桶石油，使加拿大的石油總量達到3100億桶，成為世界第一石油大國。
加拿大政府高度重視油砂資源的開發和技術研究，聯邦政府和阿爾伯塔省政府均設有多個油砂研究機構，如聯邦政府的Devon研究部和阿爾伯塔省政府的阿爾伯塔研究理事會等。自1996年到2010年期間，加政府共投資340億加元于60個大項目中，改進和計劃改進油砂開采與提煉技術，擴大生産規模。據加拿大官方統計，到2010年其可進行商業開采的油砂儲量約相當于1750億桶石油，僅次于沙特阿拉伯的石油儲量。
油砂在中國分布
我國也是在世界油砂礦資源豐富的國家之一，居世界第五位。專家的一般推測，結合初步調查結果認為，中國油砂資源潛力可能大于稠油資源，初步估算中國油砂有千億噸，可采石油資源量100億噸左右。主要分布在新疆、青海、西藏、四川、貴州。此外，廣西、浙江、内蒙古也有分布。我國油砂遠景資源量為100億噸，預計到2050年，産能将達到年産1800萬噸。
油砂資源在各含油氣盆地中均有分布,主要分布在4類盆地中：西部擠壓盆地，東部裂谷盆地，中部過渡型盆地及南部山間盆地；其中，準噶爾盆地、塔裡木盆地、羌塘盆地、柴達木盆地、松遼盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地等7個盆地中油砂資源量巨大，是未來我國油砂資源勘探開發的重點區域。與世界非常規油氣資源研究與利用相比，我國在非常規油資源的研究和開發方面相對比較滞後，對油砂礦的資源潛力研究與評價技術、開采技術及綜合利用技術研究得比較少。
但是，我國油砂礦點多面廣，且含油率高，有的地區油砂含油率高達12%以上，勘探前景十分喜人。在松遼盆地的西坡圖牧吉農場處發現了大面積的油砂礦分布區，經勘測在400平方公裡範圍内的礦産資源區内可供開采的含油10%以上的油砂儲量為1.04億噸，其中達到B級以上儲量的礦床面積9.6平方公裡，可供開采的油砂量為1350萬立方米，含油量達357.5億噸。該區油砂資源儲量大，品質高，賦存淺，油砂層厚，宜于露天開采。
開采
目前，油砂開采方式主要包括兩種：一是露天開采。露天水洗方法分離油砂油的收率可以達到85%以上，有的甚至可以達到95%，如果年生産規模達到5萬噸以上，其全部分離成本約每噸1000元左右，與常規油的生産成本相差無幾。在工業化和機械化生産的驅動下，采礦、分離、煉化以及尾渣環境修複等生産環節可全部實現自動化。
如今，随着油砂水力輸送技術的不斷發展完善，在松遼盆地、四川等地水資源充足的油砂礦，采用水利管道輸送技術把油砂輸送到規模化的加工中心，可以大大提高油砂油的分離效率，降低生産成本。二是原位開采。現階段國際上成熟的鑽井原位開發技術主要包括常規熱采、火驅和SAGD三種。
目前常規熱采技術已經成熟，但該技術隻适用于50℃時原油黏度小于20000mPa·s的稠油油藏；火驅是蒸汽吞吐油藏後期有效開采的一種接替技術，該技術目前尚處于攻關階段，且僅适于50℃時原油黏度小于15500mPa·s的稠油油藏；SAGD技術即蒸汽輔助重力洩油技術，已在新疆油田風城油田作業區得到了應用，并實現了規模化推廣，取得了較好效果，且形成了相應的鑽井、采油、地面工程配套技術。
據了解，SAGD開發技術是以蒸汽作為加熱介質，依靠熱流體對流及熱傳導的作用，通過重力作用開采稠油。蒸汽輔助降黏，重力主導洩油，通常采用雙水平井模式，開發過程分為兩大階段：一是啟動階段，普遍采用注蒸汽循環，建立上下水平井有效洩油通道。二是生産階段，上水平井連續注蒸汽，下水平井連續産油。從注汽井注入高幹度蒸汽，與冷油區接觸，釋放汽化潛熱加熱原油。被加熱的原油黏度降低，和蒸汽冷凝水一起在重力作用下向下流動，從水平生産井中采出，蒸汽腔在生産過程中持續擴展，占據産出原油空間。
據了解，SAGD法可以有不同的應用方式：一種是平行水平井方式，即在靠近油藏的底部鑽上一對上下平行的水平井，上面的水平井注蒸汽，下面的水平井采油；第二種是水平井與垂直井組合方式，即在油藏底部鑽一口水平井，在其上部鑽一口或幾口垂直井，垂直井注蒸汽，水平井采油；第三種是單管水平井SAGD，即在同一口水平井口下入注蒸汽管柱及稠油管，通過注蒸汽管向水平井最頂端注蒸汽使蒸汽腔沿水平井逆向擴展。
随着工藝技術的不斷發展，油砂的開采成本也越來越低，從而使其商業利潤不斷提升。因此，在當前國内石油資源緊張的大環境下，從油砂中提煉原油的商業價值将越來越大，越發凸顯了油砂作為補充能源的戰略地位，必将為提升我國能源保障能力發揮更為重要的作用。
生産及環境
生産
加拿大石油生産者聯合會（CAPP，是一個工業企業的社團組織）預計，到2025年其産量将接近350萬桶/日。
環境問題
對衆多的批評者而言，開采油砂帶來的環境後果就擺在眼前，它們就是叫停增産油砂的充足理由。為獲取焦油砂，各開采公司用推土機在濕地上推出一個巨大的的露天礦坑。在礦坑内，世界上最大的傾卸卡車将這些黑金運到附近的分離工廠，在這裡，這些含有瀝青的土被壓碎和稀釋，瀝青然後就浮于表面可以被分離出去。這個分離過程需要消耗大量的水和能量，并産生了聲名狼藉的“尾礦”，這些尾礦由剩下來的砂子、殘存的瀝青、水、黏土顆粒和污染物組成。由這些尾礦形成的湖泊有的已經存在幾十年了，成了大地的一塊瘡疤。
用挖掘油砂的方法采油隻占整個瀝青油産量的一半以上而已。随着淺層油砂礦資源的枯竭，這種采油工藝的比重将逐漸下降。提取埋藏更深的油砂中的石油看起來雅緻一些了，但對環境也造成損害。典型的工藝是先鑽井，然後通過井眼将蒸汽泵入地下，油砂中的瀝青被蒸汽熔化，這樣便容易被抽吸至地面。加熱蒸汽需要燃燒大量的天然氣，這個過程排放出大量的二氧化碳。開采油砂礦的批評者們說，這兩種方法都威脅到當地的河流，毒死了魚類，破壞了景觀，殺死了野生動物，污染了空氣。
反對生産這種“髒油”的運動已經形成勢頭。由加利福尼亞的領頭的幾個州都通過了相關立法，旨在阻止本州公民獲得産自艾伯塔的石油。一些美國零售商雖然發誓不購入産自油砂的燃料，但卻沒有兌現其諾言。各環保組織聯合發起了一項“重新考慮艾伯塔”的運動，勸阻遊客不要到這個省去旅遊，直到該省停止擴大開采焦油砂為止。
艾爾伯塔省政府通過在報紙和時代廣場做廣告的方法進行了反擊。油砂業界也推出有特色的宣傳廣告，通過普通工人的口大談油砂礦産生的奇迹。該省政府與石油公司經常為記者和環保活動家們提供免費到艾伯塔旅遊之便，希望他們能通過所見所聞認識到事情比他們想象的要好，使他們放棄反對的立場。這種坦誠的表現通常帶來的是更多的負面報道。
1600隻野鴨的屍體漂浮在一個尾礦池中的照片與其它令人觸目驚心的場景一道，使艾伯塔北部看起來如同月球表面，環保主義者們成功地抹黑了艾伯塔的品牌。普雷斯頓·邁克易切恩（Preston McEachern）是艾伯塔省政府的水環境科學家，他說：“油砂已成為環保人士眼中的格陵蘭海豹”。人們用棍棒就能輕而易舉地擊殺這種溫柔的動物。
大衛·辛德勒（David Schindler）是阿爾伯塔大學的一位生态學家，他長期以來一直在出版同行評審研究報告。這些報告顯示，質量不斷改進的大煙囪（通過它們将瀝青轉化成合成石油）釋放到空氣中的排放污染了阿薩巴斯卡河。這條水量巨大的河流流經油砂礦埋藏的地帶。他在9月份發表了一些畸形的大菱鲆和其它魚類的照片，這些魚都來自這條受到污染的河流。他的研究因而得到公衆的更大關注。這些照片促使聯邦政府介入進行調查。
清污減排
有些環境問題解決起來很容易。一個長期存在的想法是在最終可能被用于瀝青采掘的地區建立一個大型野生動物保護區。隻有在開發商恢複了它采礦已經破壞了的土地的情況下，才允許這家企業在保護區内撕裂同等面積的土地。彭比納研究所認為，采用這種方法，該地區高達40%的土地可以得到保護，同時又不影響石油生産。
他說，辛德勒博士在阿薩巴斯卡河内發現的各種髒東西有消除的辦法，就是改造這些大煙囪，在煙囪内安裝“簡單而現成的”氣體洗滌器。雖然沒有法律規定要這樣做，許多公司還是在煙囪内安裝了這種二氧化硫濾除裝置。到2013年經營者們必須安全地處理其油砂生産中一半尾礦的強制性法規已經部分完成。彭比納研究所認為，許多運營商無法在最後期限内達到要求，而且還需要立法規定另一半尾礦的處理。
