石油：“工業(yè)的血液”

王 洪 郝 梅

2011年4月11日，河南濮陽，中國石化集團(tuán)中原油田石油化工總廠成品油庫員工正在裝運成品油。 攝影/仝江/CFP

石油被人們譽為“工業(yè)的血液”，它不僅是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和交通運輸?shù)闹匾茉?，而且還是一種寶貴的化工原料。

第一次提到“石油”這個詞的人，是11世紀(jì)(北宋時期)我國著名科學(xué)家沈括。沈括在他的名著《夢溪筆談》中說：“郝(向)延(今陜西省富縣和延安)境內(nèi)有石油?！睍胁粌H詳細(xì)介紹了石油的產(chǎn)地、性能、用途和外觀特點，而且指出了石油“生于地中無窮”。

在開采石油方面，我國也是最早的。據(jù)公元1303年出版的《大元大一統(tǒng)志》中記載，在陜西延長縣近河的石油井中流出的石油，其油“可燃，兼治六畜疥癬”。

另據(jù)明代曹學(xué)儉所著的《蜀中廣記》中記載，1521年在四川嘉州(今樂)開鑿鹽井時，打入了含油地層，挖出了一個幾百米深的石油豎井，并將開采的石油作為熬鹽的燃料。

西方國家開采石油的歷史比我國晚了500多年。直到1859年，美國人埃德溫·德雷克才在賓夕法尼亞州的泰特斯維爾鉆出了第一口油井。我國由于長期封建統(tǒng)治的束縛，在石油開采方面反而長期處于落后狀態(tài)，直到新中國成立以后才出現(xiàn)了石油開采的新局面。

2010年7月3日，山東東營，勝利油田的崗位工人對海上墾東12海油陸采井組原油生產(chǎn)平臺進(jìn)行巡檢。勝利油田海上累計生產(chǎn)原油逾3000萬噸。攝影/胡慶明/CFP

一對“孿生兄弟”——石油和天然氣

石油是由深埋于地下的古代動植物變成的，它是一種棕褐色的黏性液體燃料。地質(zhì)科學(xué)家認(rèn)為，石油在開始形成的階段是呈分散的油滴狀態(tài)，在地下水的帶動及地層內(nèi)壓力的作用下，迫使分散的油滴慢慢地向有空隙或裂縫的巖石層中流動和聚積。只要巖石層的四周是密閉的，那么油滴就會越積越多而形成油田。

然而在古代，人們一開始并沒有把石油當(dāng)做燃料來使用，而是把它當(dāng)做醫(yī)病的瀉藥來使用；而油中的沉淀物——瀝青，人們則用它來建造房屋。

據(jù)史書記載，我們的祖先在漢代(公元前206年至公元220年)已經(jīng)懂得石油可以作為能源來使用，在漢書中有“高奴有洧水可燃”的記載，這里所說的洧水就是石油。在石油開采方面，我國比其他國家早得多。據(jù)史書記載，在16世紀(jì)之初，我國已在四川省境內(nèi)打出了世界上第一油井，并且從噴出的石油中提取了供點燈用的燃油。

與石油的身世相似并且常與石油在地下為伴的，還有一種氣體燃料，這就是天然氣。這兩種燃料常常被埋藏在一起，一個是液體，一個是氣體，氣體輕而在上面，油液重而在下面，就如能源家族中的一對孿生兄弟。

這一對孿生兄弟都是由古代的動植物變成的。古時候，地球上的樹木繁茂，動物成群，由于地震而引起地殼的變遷，這些生物體和泥砂一起沉積在湖泊和海洋中而形成水底淤泥，越積越厚，逐漸地與空氣完全隔絕，這樣就避免了由于氧氣的作用而產(chǎn)生腐爛。由于地層深處的溫度極高，而且壓力很大，加上某些細(xì)菌的分解作用，在經(jīng)過極其漫長的歲月以后，這些埋藏于地層深處的生物遺體就逐漸地變成了一種棕褐色的黏性液體燃料——石油。

天然氣和石油產(chǎn)生的環(huán)境基本上是一樣的。那么，它們的形成條件有哪些不同之處呢?其主要區(qū)別就在于，在形成過程中參與分解活動的細(xì)菌不一樣。形成天然氣的細(xì)菌叫做厭氧菌，而形成石油的細(xì)菌則是硫磺菌和石油菌。這樣也就決定了天然氣和石油的組成成分有所不同：天然氣的主要成分是甲烷；而石油則主要是由碳、氫等元素組成的脂環(huán)族和脂肪族等有機(jī)物。

石油和天然氣都是深埋于地下，人們在對它們進(jìn)行開采之前，必須先搞清楚它們究竟在哪兒，埋得有多深，這就須得事先進(jìn)行勘探。目前在技術(shù)上最先進(jìn)的地質(zhì)勘探方法，要算是通過“地球資源勘探衛(wèi)星”來進(jìn)行地質(zhì)勘探。在地球資源勘探衛(wèi)星上裝有各種技術(shù)先進(jìn)的儀器和照相設(shè)備，能夠通過照片和數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確的探測結(jié)果。此外也可以通過磁力法和遙感技術(shù)等來進(jìn)行地質(zhì)勘探。

在探明了地下的寶藏以后，便要進(jìn)行鉆探，就是用鉆頭穿入地層，打出深井，同時對井內(nèi)各個不同深度的地層作取樣分析，以測定各個地質(zhì)層所含油氣的狀況。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，鉆井技術(shù)也日新月異，目前在鉆井過程中多采用電子計算機(jī)進(jìn)行控制，鉆井的速度已今非昔比，而且所打出來的井也越來越深。我國四川省有一個石油鉆井隊已經(jīng)成功地打出了一口深度達(dá)7000多米的超深井，而世界上其他某些國家的超深井的深度已達(dá)1萬多米。

從油氣井中噴射出來的石油和天然氣，不能像煤炭那樣直接使用，而必須先運送到加工廠去加工成各種石油產(chǎn)品，然后再把這些產(chǎn)品分別運送到發(fā)電廠、化工廠和運輸部門去使用。

運輸石油和天然氣比運輸煤炭自然要方便得多。起初，各國大都采用各類油罐車(包括火車和汽車)運輸，但其效率不高，占用車輛過多。近些年來，各國越來越多地采用管道輸送。這種管道既可以埋沒在陸地上，也可以埋沒于水下及海底。

現(xiàn)在有些國家正在進(jìn)行一種大膽的嘗試，就是先把天然氣變成液體之后再進(jìn)行輸送，這樣更能達(dá)到簡便、快速，提高輸送效率。有的國家還研制成一種海上天然氣液化水泥船，它是將天然氣液化以后，貯存在船上的蜂窩式船艙內(nèi)來進(jìn)行輸送。

采油妙法

石油和天然氣這一對孿生兄弟，都居住在幾千米到1萬多米的地下宮殿里，要把它們從深深的地底下請出來為人類服務(wù)，并非易事，不過客觀地說，開采石油和天然氣畢竟比開采煤炭要來得容易一些。這個原因很簡單，就因為煤炭是固體，而石油和天然氣則是流體。

地下的油層都承受著相當(dāng)大的壓力，所以只要設(shè)法將管子通至地下的油層，那么石油就會像自來水那樣從管子里自動噴射出來。油層所承受的壓力越大，則從管子里往外噴油的速度就越快，而噴射出來的石油也就越多。

不過，石油的儲藏總是有限度的，石油從管子里往外噴，地下油層的壓力就會越來越低，到最后，就會停止噴射。在停止噴射時，并不是說地下油層的原油已經(jīng)完全沒有了，只不過是這時油層的壓力太低，余下的原油壓不上來罷了。

在這種情況下，人們能夠撒手不管而讓地下剩余的原油白白浪費掉嗎?當(dāng)然不能!人們從采油積累的經(jīng)驗中找到了行之有效的辦法，那就是向剩余的油層內(nèi)注水或者打氣。實踐證明，通過注水或打氣，就能使油層的壓力得到恢復(fù)，從而也就不難使石油從油管里往外噴出，將剩余的原油統(tǒng)統(tǒng)開采出來了。我國的大慶油田，正是由于采用了“早期分層注水法”，使得地下油層始終保持著相當(dāng)?shù)膲毫?，因而?962年投產(chǎn)以來，日產(chǎn)原油量不僅沒有下降，而且有所上升。

石油還有個怪脾氣，就是渾身黏乎乎的，不大容易流動。所以，當(dāng)油井里的壓力不夠大時，它是難以噴射出來的。近幾年來英美等國石油大幅度減產(chǎn)，其主要原因就在于油井的壓力不夠，原油流不出來。

針對這個問題，英美等國的科學(xué)家已經(jīng)進(jìn)行了廣泛而深入的研究。當(dāng)然也可以采取注水加壓的辦法，但還有比這更為簡便的辦法。科學(xué)家們從“石油是由于細(xì)菌的分解作用而形成的”這個基本道理中得到啟發(fā)，他們決定利用細(xì)菌這個武器，對井下殘余的剩油實行“細(xì)菌戰(zhàn)”，以迫使石油從井下的石縫中流淌出來。

美國得克薩斯州有一口已經(jīng)開采了40多年的舊油井，其深度達(dá)6000多米，由于其油層壓力不大，每天噴出的石油還不到兩桶。在1990年2月，美國人迪安·威爾斯往這口舊油井中灌入了兩升多的特殊細(xì)菌溶液和360多升的廢糖漿，幾天以后，這口舊油井重新煥發(fā)了青春，每天噴射出來的原油由原來的不到兩桶增加到七桶。

在英國倫敦北部的一家“生命力量”采油公司，也成功地進(jìn)行過細(xì)菌采油的試驗。他們將細(xì)菌通入已失去活力的老油井中，同樣導(dǎo)致老油井“返老還童”，從地下油層中“擠”出了不少的殘油。

細(xì)菌采油妙法的誕生，應(yīng)歸功于美國微生物學(xué)家克勞德·佐貝爾。他在1945年驚奇地發(fā)現(xiàn)，許多細(xì)菌在新陳代謝的過程中所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w和表面活性劑，具有降低石油黏性的功能，用它可以增強(qiáng)石油的流動性。借助于這類細(xì)菌，就能夠使石油比較容易地從巖石的狹縫中流淌出來。

細(xì)菌這東西，由于其身體極小，因而無孔不入，它們可以分散地藏身于油層之中，在那里繁衍發(fā)酵，使黏稠的石油變稀，這樣就為石油的開采幫了大忙。

海底油氣開采

浩瀚的海洋是一個碩大無朋的天然聚寶盆，在那里蘊藏極其豐富的生物資源、礦物資源、化學(xué)資源和動力資源。僅以礦物資源而論，海底蘊藏的金屬礦藏相當(dāng)于陸地儲量的幾十倍到幾百倍。據(jù)有關(guān)資料介紹，海底蘊藏的錳為2000億噸，鎳為164億噸，銅為88億噸，鈷為58億噸，此外還有巨量的磷礦、硫化礦和砂礦等。

特別值得一提的是，海底蘊藏著巨量的石油和天然氣。據(jù)有關(guān)資料介紹，全世界的海底石油儲量約為1350億噸，天然氣約為140萬億立方米。目前海底石油的產(chǎn)量約占全球石油總產(chǎn)量的40%，預(yù)計到本世紀(jì)末，全世界海底石油的產(chǎn)量將達(dá)到13億噸，約占當(dāng)時世界石油總產(chǎn)量的一半。海底油氣大多儲藏在叫做“大陸架”和“大陸坡”的底下。

這“大陸架”好比是大陸身上穿的短裙。它由海邊逐漸延伸到海中的200米深處，看上去又像是大陸伸向海中的邊架，所以人們形象地給它取了個“大陸架”的名字。而由大陸架到深海之間，還存在一段比較陡峭的斜坡，這就是所謂的“大陸坡”。

大陸架和大陸坡的淺海區(qū)域，古時候在這些地方生活著許多的海洋生物，加之江河入海時常將大量的泥沙帶到這里，這就為石油和天然氣的形成創(chuàng)造了極為有利的條件。因此，在大陸架和大陸坡的海底蘊藏著極其豐富的石油和天然氣資源，其數(shù)量達(dá)全球油氣資源的三分之一。根據(jù)勘探結(jié)果，這些油氣資源大都集中于中國的近海、中東波斯灣、西非幾內(nèi)亞灣、北海和墨西哥灣等海區(qū)。

對海底油氣田進(jìn)行鉆探開采的歷史，可以追溯到18世紀(jì)90年代。起初只是在近海岸的沼澤地帶進(jìn)行開采，后來才逐漸延伸至河流的入?？凇⒑臣按箨懠?、大陸坡海域的水下。

對海底油氣田的開發(fā)與陸地上基本相同，都是先勘探而后鉆井開采。所不同的是，海上鉆探開采必須使用一種稱做“平臺”的操作臺，因為沒有平臺在海面上就無法進(jìn)行操作。鉆機(jī)通常就安裝在平臺上，此外平臺上還裝有工作臺、測試儀器和起重設(shè)備等。

1896年，美國人在加利福尼亞州的海洋沿岸用一條木筏作平臺進(jìn)行的海上鉆探，是世界上最早的海上石油鉆探。1911年，美國在它的近海區(qū)建造了世界上第一座木制平臺。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，后來出現(xiàn)了類似于大型水壓機(jī)的立柱式平臺。這種在技術(shù)上較為先進(jìn)的平臺，可以自由地豎立在海上。

現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了適合于在各種不同水深條件下進(jìn)行作業(yè)的鉆井平臺，包括能在水深400～1200米海域作業(yè)的“半潛式平臺”；能在水深2000米以內(nèi)海域作業(yè)的“自升式平臺”和“升陸式平臺”；能在水深1000～3000米海域作業(yè)的“船式平臺”(也叫鉆探船)等。這些平臺已由過去的鋼結(jié)構(gòu)逐漸演變?yōu)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，其規(guī)模也越來越大。

在英國北海海域安裝的采油平臺，其整個高度為236米，僅露出水面的部分就足有30層樓房那么高，是目前世界上最大的海上鉆井平臺之一。在北海海域水深達(dá)136米的海上，法國建造了一座大型采油平臺。這座平臺自身的重量就達(dá)60萬噸。平臺上有42口油井，其集油、處理和運輸?shù)雀黝愌b置一應(yīng)俱全。這種大型平臺的建造，是事先在港口進(jìn)行預(yù)制，然后再逐一地將預(yù)制件運送到海上去定位安裝。這樣既能確保平臺的建造質(zhì)量，又能縮短建造周期，節(jié)省大量的水泥和鋼材。

2007年1月16日，正在建設(shè)中的華東地區(qū)一海底原油管道。 攝影/張和平/CFP

美國加州中央河谷地區(qū)的幾千口油井中的幾個，石油開采工作正在進(jìn)行。攝影/David McNew/Getty Images/CFP

進(jìn)行海上石油開采，除了可以采用平臺和采油船以外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了一種在技術(shù)上更為先進(jìn)的海底采油法，叫做“海底完井”技術(shù)。它是在海底的采油井口處安裝一個封閉井口的容器，這種容器好像一間小房子一樣，容器內(nèi)保持著正常的氣壓和溫度，工作人員能夠在容器內(nèi)方便自如地進(jìn)行各種操作。工作人員事先通過乘坐潛艇下潛到海底，然后再進(jìn)入容器內(nèi)。

目前，全世界的海上鉆井已達(dá)3萬多口，已開發(fā)的油氣田已達(dá)500多個，在這些油氣田的開采中都采用現(xiàn)代化的新型鉆探技術(shù)和采油技術(shù)。21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋油氣開采的前景是極其誘人的。

能源新秀——石油植物

美國有位名叫卡爾文的化學(xué)家，曾經(jīng)獲得過諾貝爾化學(xué)獎。在本世紀(jì)80年代，卡爾文突發(fā)奇想，他想要從地里“種”出石油來。

我們知道，石油是一種礦物，它是古代的動植物被壓在地底下，經(jīng)過長期高溫高壓的作用，再加上細(xì)菌的分解作用而形成的。從這一點來看，卡爾文想要“種”出石油也不無道理。

從1987年開始，卡爾文為了實現(xiàn)自己的夙愿，他到處尋找可能生產(chǎn)出石油的植物。有一次，他發(fā)現(xiàn)了一種小灌木，用刀子劃破樹皮后，一種像橡膠那樣的白色乳汁便流了出來。卡爾文將乳汁裝入瓶中，帶回家后進(jìn)行化驗，使他喜出望外的是，這乳汁的化學(xué)成分居然同石油極其相似。后來，他又發(fā)現(xiàn)了另一種灌木也能流出含石油的乳汁。這樣一來就更加堅定了卡爾文種植石油植物的想法。接著，他在美國加州試種了6畝地的“石油樹”，結(jié)果在一年中居然收獲了50噸石油。

卡爾文試種石油植物獲得成功以后，美國政府專門成立了一個石油植物研究所。后來，這個研究所的科學(xué)家通過化驗以后證實，在加州滿山遍野都有的一種叫做“黃鼠草”的雜草，正是一種理想的石油植物，一公頃野生的“黃鼠草”能夠提煉出一噸石油；而由人工種植的“黃鼠草”其含油量更高，每公頃可提煉出6噸石油。在美國還發(fā)現(xiàn)了一種大戟屬草本植物，它含有豐富的碳?xì)浠衔?，能夠直接用來煉油。它可以在沙漠和半沙漠地里生長，既不與其他植物爭地，又能改善生態(tài)環(huán)境。目前美國已開始大面積種植這種油料植物。

實際上，石油植物何止美國有，世界各地也有。像菲律賓的“胡桃樹”也能產(chǎn)石油，而且一年可收獲兩季。有位農(nóng)民種了6棵“胡桃樹”，一年就獲得石油300升。巴西熱帶森林中有一種叫做“香波樹”的喬木，其樹干可高達(dá)30多米，樹徑可達(dá)1米。只要在樹上挖個小洞，一棵大樹每天出產(chǎn)的石油可多達(dá)二三十公斤。澳大利亞的“叢粒藻”也能提煉出石油，且其產(chǎn)油率還相當(dāng)高。我國海南省的“油楠樹”也是很好的石油植物，一棵大一點的樹每天能產(chǎn)石油10～15公斤。在我國的臺灣省，有人從澳大利亞引進(jìn)一種“高冠樹”，它像綠珊瑚那樣流出乳汁，乳汁中石油含量很高，專家們通過研究表明，這種石油不含雜質(zhì)，其質(zhì)量明顯優(yōu)于動物性石油。

石油植物的發(fā)展，為人類解決能源危機(jī)帶來了新的希望。正是在這個背景之下，“石油農(nóng)業(yè)”已在全球悄然興起。現(xiàn)在，美國種植的石油植物已達(dá)幾百萬公頃之多；英國也已開發(fā)石油植物1000多萬公畝；菲律賓在幾年前種植的120萬公畝的“銀合歡樹”，6年中總共收獲石油1000萬桶；瑞士則計劃種植10萬公頃的石油植物，并希望借此能解決全國50%的石油需求量。

隨著高新科技的發(fā)展，一些石油植物的深開發(fā)研究已逐漸進(jìn)入實用階段。例如：用木屑生產(chǎn)石油，其轉(zhuǎn)換率可達(dá)70%；使用蒸氣蒸餾技術(shù)來處理桉樹，從每公頃桉樹可提煉石油20多噸。這一切，都給人以極大的鼓舞，它使人們看到了解決能源危機(jī)的新曙光。專家們預(yù)言，21世紀(jì)將是石油農(nóng)業(yè)新星耀眼的時代。