海底“黑色黃金”開采之旅

億年積累

大陸架和大陸坡底部是儲存海洋石油的天然倉庫，且往往還有大量天然氣。這里容易形成沉積盆地，沉積物數(shù)量巨大且年代久遠，是石油產(chǎn)生的基礎(chǔ)。在幾千萬年甚至上億年前，地球上有溫暖濕潤的氣候以及充足的光照和氧氣，浮游生物、軟體動物、魚類等海洋生物迅速、大量繁殖，它們的遺骸就是生成海洋石油的天然原料。據(jù)估計，在全球海平面以下100米深的水層中，浮游生物的遺骸一年便可產(chǎn)生600億噸有機碳。光有這些可不夠，被帶入海洋的泥沙等沉積物會覆蓋在這些遺骸上，年復(fù)一年，層層堆積。遺骸處在缺氧的環(huán)境下，加上巖層的壓力、細菌的分解作用等，經(jīng)過漫長的時間便逐漸形成了石油和天然氣。

最開始生成的油氣比較分散，由于密度較低還會向上逸散，它們會被擠到多孔隙的巖層中，這些藏有油的巖層就是儲油地層。還有一些孔隙很小的巖層，石油無法擠進去，這些巖層就成為阻隔石油逸散的外殼，它們多位于儲油地層的頂部或底部。

只有油氣富集的地方才具有開采價值。通常，地質(zhì)運動會導(dǎo)致沉積層彎曲，向上彎的叫“背斜”，天然氣一般處在背斜的頂部，石油處在中間，下部則是水。這種構(gòu)造也被稱為“儲油構(gòu)造”，尋找油氣資源就是要先找到儲油構(gòu)造。

海中尋油

要想在廣闊的海洋中精準定位儲油構(gòu)造，需要對海底地質(zhì)特征進行采集、分析，這是海底油田勘探的重要技術(shù)手段。隨著科技發(fā)展，海底油田的勘探精度不斷提高，成本不斷降低，目前主要有海上地震勘探、電磁波勘探等手段。

海上地震勘探就是探測船或機器人把若干個檢測器及起爆器置于海底，起爆器發(fā)出的地震波傳入地下，檢測器負責(zé)收集反射波。地震波遇到油、氣、巖石會產(chǎn)生不同頻率和振幅的反射波，由此探測可能存在的儲油構(gòu)造，但是這種技術(shù)存在一定的缺陷：在玄武巖、碳酸鹽等非沉積地質(zhì)分布區(qū)，對其下伏地層構(gòu)造進行地震成像十分困難，難以確定地下資源分布情況。

之后，人們掌握了電磁波勘探技術(shù)。瞬變電磁場方法開創(chuàng)了電磁波勘探的先河，但這種技術(shù)在水深500米以下便無能為力了。在石油儲量豐富的2000米以下的深海，這種技術(shù)的前景并不光明。

為克服瞬變電磁場方法的弊端，科學(xué)家發(fā)明了基于超低頻有源電磁波技術(shù)的新技術(shù)，也叫電阻率探測法，因為石油和周圍海床的電阻率不同，利用反射的電磁波信號就能大致推算石油的分布范圍。相比成本高昂的海上地震勘探，電磁波勘探降低了數(shù)據(jù)采集成本。一方面，這一技術(shù)采用雷達天線作為發(fā)射源，以電子接收器為采集體，因此可將體積較小的探測器裝在民用船只上，只需稍加改造便可使用。另一方面，地震勘探采集到的數(shù)據(jù)要經(jīng)過大型計算機處理，成本高昂，電磁波雖然更加復(fù)雜，但是數(shù)據(jù)演算更方便，小型服務(wù)器便可完成運算。

鉆井取油

勘探結(jié)束后，就該進入正題了。在高溫、高壓、高腐蝕性的海底環(huán)境中，有能穩(wěn)定工作的裝備十分關(guān)鍵。在深海地區(qū)，一般采用浮式鉆井平臺。該平臺由大型浮橋支撐，一旦抵達指定位置，就可使用錨進行固定，并使浮橋處于海平面以下，甲板則漂浮在水面上，這樣能夠使平臺保持穩(wěn)定。

鉆井過程中，檢測井底的巖石碎屑、氣體、液體必不可少。另外，對從井下取得的巖芯樣品、油氣樣品進行實驗測試，是評估鉆井價值和風(fēng)險的重要依據(jù)。為了讓鉆井更加穩(wěn)固，工人還會將鋼管放入井中，并在鋼管和井壁之間注入水泥。

當(dāng)鉆井即將靠近油層時，工人還會反復(fù)加固井壁，并對防噴器進行測試。對于底層壓力較大的油層，原油可以自行噴射到海面采油設(shè)備中，而對于無法自噴開采的油井，則需要在井下安裝電潛泵。此外，為了提高石油產(chǎn)量，工人還會通過注水井往儲油構(gòu)造中注水，以便擠出更多石油。這樣做能平衡巖層的內(nèi)外壓力，防止坍塌。開產(chǎn)出的石油一般含有雜質(zhì)，需輸送至浮式采油平臺分離凈化，以獲得高品質(zhì)的石油。其實，海洋石油采集還需要很多裝備支持，比如負責(zé)吊裝大型設(shè)備的浮吊船、檢修設(shè)備的水下機器人等，有時還需要直升機將海上石油工人送往平臺。

就這樣，人們歷經(jīng)千辛萬苦從海底開采出石油，并將其送往世界各地。海洋石油開采還可以帶動造船、鋼鐵、機電等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。此外，與海底石油伴生的天然氣，也可為建設(shè)清潔、低碳、安全、高效的能源供給體系提供支持。