深海采油危機四伏

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

這就是石油的“真面目”

石油和天然氣是如何形成的?對其成因，科學界主要有“無煙成因說”和“有機成因說”，其中最有說服力的是以生物為原料的“有機成因說”。 這種學說認為，生活在太古時代的陸地植物、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，長期處于缺氧的環境里，加上高溫、高壓和細菌的作用，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”的特殊地質結構地帶。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構帶。中東地區多油田是因為該區域在1.5萬億年前的侏羅紀到白堊紀，浮游植物大量生長，凹陷地形眾多，具備著石油生成的條件。

石油誕生的過程

石油存在于地下數千米的地層中。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“儲集巖”里移動。由于油氣的比重比水輕，經過長年累月逐漸向間隙的上方移動，其上方有油層無法通過的地層“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。

在油田形成過程中，油源巖和儲集巖雙方是相輔的，而積聚的凹陷是石油產生的條件。也就是說，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，由于受到地面上數百倍甚至上千倍的巨大壓力，會從空隙中猛烈地噴射出來。

生活在太古時代的浮游植物和藻類死后，其遺骸沉積在海底和湖底。

堆積物中的有機物受壓力和地下熱的作用，變成有機物質“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。

油源巖產生的石油和天然氣，向儲集巖內部縫隙的上方移動，聚積在油層無法通過的地層(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單的事情。因為石油在地下數千米的深處，要精確測定其方位非常困難，而且挖掘油井需要耗費大量的財力。因此，在實際的挖掘之前，首先要通過人造衛星來推測地下構造；然后，用重力磁力探查鎖定目標：最后再用地震探查進一步詳細調查地下構造。

就這樣，從大范圍一步步鎖定區域進行探礦，在可能有石油的區域進行實驗挖掘(試掘井)，以此來確認是否有油層，以及油量有多少，等等。從地震探查到挖掘大約要1～2年的時間。即使幸運地發掘到了石油，但如果儲藏量少的話，那也是失敗的。在這個領域中，只有確認了產油量和生產成本相平衡，才能開始最初的生產。

地面地震探查的原理

震動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的地震波，從而弄清地下的地質結構。

探礦開發的步驟

根據人造衛星的圖片，調查大范圍內的地質情況。

探查背斜型的地形，從地表的地質調查中推測儲集巖、油源巖等地下構造。

大范圍地進行重力磁力的測定，調查其數值變化，以此來推定地下構造的概況。

引發人工地震來觀測反射波，以此來調查地層結構、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造。

使原油噴出地面，對其產出量和生產能力進行評估。

海上的3D地震探查

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

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?現在，最常用的是旋轉式挖掘。這是一種在管道頭部安裝鉆頭，高速旋轉進行挖掘的方式。為了防止中途井壁發生坍塌，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試劑的泥漿一起，被運回到地面上。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。此外，還要進行巖石采集、物理數據測定、分析等一系列更為詳細的地質結構和油層狀態的勘察。

具有代表性的是圓錐形的外側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)。根據油井直徑和地質狀態，分別使用不同型號和種類的鉆頭。

海洋油田，挖掘技術的競爭

海洋油田的開發挖掘是一場與驚濤駭浪和強風的搏斗。在極地，冬天的海水也是其大敵。在這樣艱苦的環境條件下進行挖掘工作，必須要有更先進的技術和為適應這種環境而設計的特殊挖掘裝置(鉆井臺)。

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

深水挖掘開發

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

深海采油，危機四伏

從最近十幾年來全球大型油田的發現情況看，60％～70％的新增石油儲量均源自海洋，其中深海中發現的儲量大概占45％～50％。因此，深海已成為增加全世界油田儲量的主要區域。然而深海勘探與開發技術需要挑戰人類科技的極限，其困難程度甚至堪比美國的“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器人來完成。機器人要將輸油管、輸氣管以及電纜線等多種管線合二為一的“臍帶管”進行接裝，每一項應用的都是尖端技術。雖然，現在深水鉆探技術已成熟，但即使萬分之一的事故概率，一旦發生，因受深水地質條件的限制，以人為的力量很難在短時間內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生在超過500米以上深海的原油泄漏。有專家分析說，“深水地平線”鉆井平臺原油泄漏發生在1500米的深海，無數海洋生物慘遭厄運，其對海洋環境的破壞影響將延續數十年甚至更長。

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、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。

隨著今后勘探技術不斷地發展，還有可能會發現新的油田。但石油的資源量是有限的，總有一天會采完。大家一起來考慮考慮，為了能長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，讓油田“復蘇”

石油生產一段時間后，油層內的氣體會散逸，壓力下降，噴出的石油量也就逐漸地減少。實際上，由自然壓力產生的生產量(一次采出量)只占到油層中石油總量的20％～30％。

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

那么，再注入什么來替代水昵?由此開發出來的三次回采技術叫做EOR。最令人矚目的是向油井內加入二氧化碳氣體的方法。這種方法可將采出率提高到了40％～60％，是原先的2倍，等同于又發現了一個同樣大小的油田。