深海采油危機(jī)四伏

墨西哥灣原油泄漏事件，令全世界的人們痛心不已。另外，世界原油價(jià)格的不斷攀升，也引發(fā)了關(guān)于能源問(wèn)題的討論。石油是我們生活的必需品，那么，你對(duì)石油的了解到底有多深呢?石油是怎樣產(chǎn)生的，它是如何從地底深處被開采出來(lái)的?本期特別關(guān)注，就將帶同學(xué)們一起近距離、全方位地了解一下石油及其最新的開采技術(shù)。

這就是石油的“真面目”

石油和天然氣是如何形成的?對(duì)其成因，科學(xué)界主要有“無(wú)煙成因說(shuō)”和“有機(jī)成因說(shuō)”，其中最有說(shuō)服力的是以生物為原料的“有機(jī)成因說(shuō)”。 這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為，生活在太古時(shí)代的陸地植物、浮游生物死后，它們的遺骸在海底和湖底被沉積掩埋，被埋藏的生物遺體與空氣隔絕，長(zhǎng)期處于缺氧的環(huán)境里，加上高溫、高壓和細(xì)菌的作用，便開始分解，逐漸變成石油，這就是石油的真面目。

原油礦床的成立條件

石油和天然氣聚集在叫做“凹陷”的特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)地帶。這些地帶一般是像馬背一樣隆起的背斜型凹陷。世界上60％的大油田都處于這樣的地下結(jié)構(gòu)帶。中東地區(qū)多油田是因?yàn)樵搮^(qū)域在1.5萬(wàn)億年前的侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)，浮游植物大量生長(zhǎng)，凹陷地形眾多，具備著石油生成的條件。

石油誕生的過(guò)程

石油存在于地下數(shù)千米的地層中。首先，形成富含油母的巖石“油源巖”，隨后生成的油氣滲出，在有許多縫隙(孔隙)的“儲(chǔ)集巖”里移動(dòng)。由于油氣的比重比水輕，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月逐漸向間隙的上方移動(dòng)，其上方有油層無(wú)法通過(guò)的地層“巖帽”，它起著碗蓋一樣的作用，天然氣和石油就聚集在一起，形成了油田和天然氣田。

在油田形成過(guò)程中，油源巖和儲(chǔ)集巖雙方是相輔的，而積聚的凹陷是石油產(chǎn)生的條件。也就是說(shuō)，石油不是像地下水那樣，在地下空洞中“嘩啦嘩啦”地流聚的。油氣緊密地聚集在巖石的空隙里，挖掘油井時(shí)，由于受到地面上數(shù)百倍甚至上千倍的巨大壓力，會(huì)從空隙中猛烈地噴射出來(lái)。

生活在太古時(shí)代的浮游植物和藻類死后，其遺骸沉積在海底和湖底。

堆積物中的有機(jī)物受壓力和地下熱的作用，變成有機(jī)物質(zhì)“油母”，富含油母的泥巖就成為油源巖。

油源巖被埋到溫度更高的地下深處，受熱分解生成石油和天然氣。

油源巖產(chǎn)生的石油和天然氣，向儲(chǔ)集巖內(nèi)部縫隙的上方移動(dòng)，聚積在油層無(wú)法通過(guò)的地層(巖帽)下方。

石油探礦路漫漫

即使明白了石油的成因，要想找到油田也不是那么簡(jiǎn)單的事情。因?yàn)槭驮诘叵聰?shù)千米的深處，要精確測(cè)定其方位非常困難，而且挖掘油井需要耗費(fèi)大量的財(cái)力。因此，在實(shí)際的挖掘之前，首先要通過(guò)人造衛(wèi)星來(lái)推測(cè)地下構(gòu)造；然后，用重力磁力探查鎖定目標(biāo)：最后再用地震探查進(jìn)一步詳細(xì)調(diào)查地下構(gòu)造。

就這樣，從大范圍一步步鎖定區(qū)域進(jìn)行探礦，在可能有石油的區(qū)域進(jìn)行實(shí)驗(yàn)挖掘(試掘井)，以此來(lái)確認(rèn)是否有油層，以及油量有多少，等等。從地震探查到挖掘大約要1～2年的時(shí)間。即使幸運(yùn)地發(fā)掘到了石油，但如果儲(chǔ)藏量少的話，那也是失敗的。在這個(gè)領(lǐng)域中，只有確認(rèn)了產(chǎn)油量和生產(chǎn)成本相平衡，才能開始最初的生產(chǎn)。

地面地震探查的原理

震動(dòng)車在地面制造微小地震，使震波在地層中傳播，再用排列在地表的受振器接收從底層反射回來(lái)的地震波，從而弄清地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

探礦開發(fā)的步驟

根據(jù)人造衛(wèi)星的圖片，調(diào)查大范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。

探查背斜型的地形，從地表的地質(zhì)調(diào)查中推測(cè)儲(chǔ)集巖、油源巖等地下構(gòu)造。

大范圍地進(jìn)行重力磁力的測(cè)定，調(diào)查其數(shù)值變化，以此來(lái)推定地下構(gòu)造的概況。

引發(fā)人工地震來(lái)觀測(cè)反射波，以此來(lái)調(diào)查地層結(jié)構(gòu)、密度、凹陷的存在。

挖掘試掘井，分析其挖掘物，分析油層狀況和地址構(gòu)造。

使原油噴出地面，對(duì)其產(chǎn)出量和生產(chǎn)能力進(jìn)行評(píng)估。

海上的3D地震探查

船體后部的噴槍(壓縮空氣)引發(fā)人工地震，多根電纜上安裝的受振器從多方位測(cè)量反射波。

陸地采油，鉆頭越鉆越小

那么，石油的井(油井)是如何挖掘的呢?現(xiàn)在，最常用的是旋轉(zhuǎn)式挖掘。這是一種在管道頭部安裝鉆頭，高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行挖掘的方式。為了防止中途井壁發(fā)生坍塌，要放入稱為套管的圓形鐵管，注入水泥加固四周。最初從大直徑開挖，放置套管后逐漸縮小管徑，直到挖掘到含油層。

挖掘途中，挖出的碎屑，連同鉆頭頭部孔隙中噴出的含有化學(xué)試劑的泥漿一起，被運(yùn)回到地面上。這些泥漿和碎屑，是人們了解地層狀況和判斷石油存在的重要根據(jù)。此外，還要進(jìn)行巖石采集、物理數(shù)據(jù)測(cè)定、分析等一系列更為詳細(xì)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和油層狀態(tài)的勘察。

具有代表性的是圓錐形的外側(cè)有著碳化鎢齒牙的圓筒形鉆頭(上圖和左下圖)和鉆刀里有著人造金剛石的PDC鉆頭(右下圖)。根據(jù)油井直徑和地質(zhì)狀態(tài)，分別使用不同型號(hào)和種類的鉆頭。

海洋油田，挖掘技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)

海洋油田的開發(fā)挖掘是一場(chǎng)與驚濤駭浪和強(qiáng)風(fēng)的搏斗。在極地，冬天的海水也是其大敵。在這樣艱苦的環(huán)境條件下進(jìn)行挖掘工作，必須要有更先進(jìn)的技術(shù)和為適應(yīng)這種環(huán)境而設(shè)計(jì)的特殊挖掘裝置(鉆井臺(tái))。

在水淺的地方建造叫做平臺(tái)的巨大建筑物，在上面設(shè)置鉆井臺(tái)。但如果水深超過(guò)100米，這種方法就行不通了。因此，水深超過(guò)300米的場(chǎng)所，通常是建造海水半漂浮的浮游型鉆井平臺(tái)和挖掘船(鉆井船)。這種技術(shù)的革新，使得水下2000米的石油都能開采出來(lái)。為了尋找到新的海底油田，各國(guó)正在競(jìng)相開發(fā)超深水挖掘技術(shù)。

深水挖掘開發(fā)

海底油田的鉆井臺(tái)有固定式、浮游式、鉆井船等符合各種水深和環(huán)境條件的多種類型。

深海采油，危機(jī)四伏

從最近十幾年來(lái)全球大型油田的發(fā)現(xiàn)情況看，60％～70％的新增石油儲(chǔ)量均源自海洋，其中深海中發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量大概占45％～50％。因此，深海已成為增加全世界油田儲(chǔ)量的主要區(qū)域。然而深?？碧脚c開發(fā)技術(shù)需要挑戰(zhàn)人類科技的極限，其困難程度甚至堪比美國(guó)的“登月之旅”。

以深水施工為例，幾千米海底的施工需要依靠水下機(jī)器人來(lái)完成。機(jī)器人要將輸油管、輸氣管以及電纜線等多種管線合二為一的“臍帶管”進(jìn)行接裝，每一項(xiàng)應(yīng)用的都是尖端技術(shù)。雖然，現(xiàn)在深水鉆探技術(shù)已成熟，但即使萬(wàn)分之一的事故概率，一旦發(fā)生，因受深水地質(zhì)條件的限制，以人為的力量很難在短時(shí)間內(nèi)尋找到最有效的解決途徑。

本次墨西哥灣原油泄漏事故是歷史上首次發(fā)生在超過(guò)500米以上深海的原油泄漏。有專家分析說(shuō)，“深水地平線”鉆井平臺(tái)原油泄漏發(fā)生在1500米的深海，無(wú)數(shù)海洋生物慘遭厄運(yùn)，其對(duì)海洋環(huán)境的破壞影響將延續(xù)數(shù)十年甚至更長(zhǎng)。

我們身邊的石油制品

稍微留意一下我們身邊的物品化纖的帽子、衣服、合成橡膠的鞋子、塑料制的手機(jī)、電腦、人造橡皮、圓珠筆……我們的日常用品幾乎都是以石油為能源和原料的制品。

隨著今后勘探技術(shù)不斷地發(fā)展，還有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新的油田。但石油的資源量是有限的，總有一天會(huì)采完。大家一起來(lái)考慮考慮，為了能長(zhǎng)效地利用這些有限的寶貴資源，我們又能做些什么呢?

新技術(shù)，讓油田“復(fù)蘇”

石油生產(chǎn)一段時(shí)間后，油層內(nèi)的氣體會(huì)散逸，壓力下降，噴出的石油量也就逐漸地減少。實(shí)際上，由自然壓力產(chǎn)生的生產(chǎn)量(一次采出量)只占到油層中石油總量的20％～30％。

因此，為了恢復(fù)油層內(nèi)的壓力，首先想到的辦法是在生產(chǎn)井的附近挖井注水。由這種水攻法產(chǎn)生的二次采收，可將采出率提高到30％～40％，但還有60％以上的石油開采不出來(lái)。

那么，再注入什么來(lái)替代水昵?由此開發(fā)出來(lái)的三次回采技術(shù)叫做EOR。最令人矚目的是向油井內(nèi)加入二氧化碳?xì)怏w的方法。這種方法可將采出率提高到了40％～60％，是原先的2倍，等同于又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)同樣大小的油田。