科普宣传

当前位置:首页 > 科普教育 > 如何向地球深处要石油

如何向地球深处要石油

文章来源:地质博物馆  发布时间:2018-12-12  点击次数:1484

如何向地球深处要石油
石油,顾名思义,是一种从石头里产出来的油,一般是黑色的粘稠液体。
 
石油中含有超过十万种化合物,从只有一个碳原子的甲烷,到含有85个碳原子的复杂化合物。在不同的沸点,石油可以分馏出石油脑、煤油、柴油、润滑油,还有一些不能蒸馏的残余物。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/uMT27xOw8WLxciafsI7xRtpQIQgt52aSggOp6AiacWL79UoF0UicHiclqpguCSXgkWS5yZzbaFeBcsAsicZrQpkCnqQ/640?wx_fmt=jpeg
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/uMT27xOw8WLxciafsI7xRtpQIQgt52aSgcj0LCYxAqIfM2wkjYASprUXweSfAMX65qUAonVWOcTfLdqcJicib6bmA/640?wx_fmt=jpeg
△不同的组分含量,导致原油的颜色、性质等有所不同。最右边那瓶颜色最深,它的物理性质十分粘稠,难以流动,被称为“稠油”,占全球原油储量的70%。
 
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/uMT27xOw8WLxciafsI7xRtpQIQgt52aSg2f3OYvZrzBUJiatrNAS3Idyw3Mx0au9ia11cctx9qc0KFDTcxYvzBY7A/640?wx_fmt=png
△新疆黑油山的稠油
 
无论是作为发动机的燃料,还是以它为原料制成的各种石油化工产品,石油已经无孔不入地渗透到了我们人类社会的各个领域。所以,石油被誉为工业的血液
 
 
那么石油是怎么形成的?


又是如何被开采出来的呢?



 
首先我们来了解一组数据。2012年,我国进口原油27109万吨,对外依存度达到56.4%,已超过国际石油安全警戒线。目前,我国尚未开采的油气资源中,处于深部地层的占40%左右,而我国近年发现的特大型油气田多处于超过4500米深的深部地层。因此,发展深井钻探技术,加快深层油气勘探开发,已成为保证我国能源安全的重大需求。
 
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/uMT27xOw8WLxciafsI7xRtpQIQgt52aSgf49LyAU7OvOzElCicX0ibCdPudCRJg79J5zAapCCfYuWepDj4MfN7JwA/640?wx_fmt=jpeg
△海上钻井平台的其中一种
 
 
石油的生物成因
 
对于石油是怎么形成的,业界有着很多种观点,主流的观点是生物成因
 
早在38亿年以前,地球上就出现了生命。随着生命的不断发展演化,地球上出现了种类繁多、数量巨大的动植物。当大量生物死亡之后,它们的遗骸沉入海底或地势低洼的地方,被泥沙所覆盖。在这种缺氧的条件下,遗骸被分解为脂肪、蛋白质、碳水化合物和木质素等有机物质。
这些物质是石油产生的基础或原料
 
经过漫长的年代,随着地壳岩石的运动,比如大陆板块运动等,这些有机物被裹挟在泥沙等碎屑当中,慢慢地沉积,逐渐地压实成岩,这样的岩石被称作“沉积岩”。一般情况下,在地下的深度,每增加100米,温度就会升高3~5℃。由于有上覆的地层压着,越往深处,压力也就越高,埋藏在地下的有机物在热和压力的作用下彼此结合,逐渐变成更为复杂的化合物。
这些化合物被称为油母质
 
如果埋藏得更深,温度更高,油母质就会被分解为碳氢化合物,同时还生成水和二氧化碳。经过催化降解和裂解等漫长而复杂的化学反应之后,最终就形成了石油。
 
石油的赋存状态
 
由于石油的形成过程及其地复杂和漫长,至少需要几百万年的时间,因此石油一般被看作是不可再生资源。当看到石油从地下不断流出来的时候,有人会认为,地下一定存在着“油海”、“油河”或“油湖”等等。其实不然,石油是藏在地下岩石颗粒之间的孔隙和裂缝中的,就跟水充满在海绵里一样。石油是和水、岩石颗粒混杂在一起的。即便如此比喻,在含油地层里,大部分这样的孔隙却都是肉眼看不到的。
 
石油刚刚形成之后,是零散地分布在生油层当中的,在沉积岩在不断被压实的过程当中,石油会被挤出来并聚集到一处。由于石油的密度比水轻,所以石油开始往上迁移。
 
幸运的话,可以在岩石裂隙中自由穿行的石油,最终会遇到一层致密的岩石,比如页岩、泥岩、岩盐等。这些岩石的孔隙和裂缝较少,拒绝给石油发通行证,于是石油只能停留在致密岩石的下方,逐渐富集,形成了储集层
 
而那些拒绝让石油通过的致密岩石,被叫做盖层。如果没有盖层的话,石油会不断向上迁移,直到地表,最终会消失在地球历史的尘烟中,也就无法成为可供我们人类使用的石油矿藏了。


https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/eMibrw4PEibIjYsAafTllPl5s6S1MbIzwrxfPo8FDQOLDqRLX8dokxosR5JoIZL4hHYOkKTdldtMnlF8A5eyrZEA/640?wx_fmt=gif

 
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/eMibrw4PEibIjYsAafTllPl5s6S1MbIzwroVzUbicz4ehOXlrepoGiccS33IPL2If2Htxt4bvAV7yGET5sTGtbrqTg/640?wx_fmt=gif
△油气的运移和储藏



油气勘探
 
石油形成之后在地层当中迁移和富集,所以会在地下不同的深度、不同的位置形成多个油气储集区,通常在地下几百米到几千米的岩石当中,要想开采并不容易。
 
由于地下岩石的分布情况复杂,地壳运动频繁,无法简单地预知到地下石油的蕴藏情况,因此需要人们通过一定的手段和工具发现油气资源,寻找可能的油气储集层。这个寻找和发现油气的过程就叫做油气勘探
 
钻井
 
为了开采石油和天然气,需要在地下挖掘出一个通道或井眼,使石油气流到井中,这样油气才能开采到地面。这个形成油气流动通道的过程就叫做钻井。钻井是石油工业中的一个重要工序,是勘探和开发石油和天然气必不可少的一个手段。
 
钻井前,首先根据地质勘探资料,在地面上确定钻井的位置。然后在井位处打好基础,并安装好钻井用的机械设备,即“井架”和“钻机”。钻井过程中,依靠钻机提供的动力,带动钻杆和钻头转动,钻头接触岩石,逐次向下破碎岩石,并形成一个井眼
 
井眼的直径基本上等于钻头的直径,钻杆的直径要小于钻头的直径,因此,钻杆和钻井之间,会有一点点的空隙。钻头在破碎岩石的过程当中,通过空心的钻杆,在井底注入一种固体和液体的混合物,它可以将钻头破碎之后的岩石碎屑,从钻杆和钻井之间的狭小空间当中携带至地面。
 
因此,钻井的过程就是钻头破碎岩石,钻井液通过循环流动,不断向地面携带出岩石碎屑,最终形成井眼的过程。
 
测井+套管
 
在钻头到达目的地之后,需要在井眼内使用专业的仪器来测量,确定井眼的规则程度,以及井下各个石油、天然气和水的位置,这个过程叫做测井
 
测井作业完成之后,需要在井眼当中放置小于井眼直径的套管,并在套管与井眼的环状空间之内,注入水泥,将套管固定在井壁之上。这样做的目的,是防止地层当中的石油、天然气或水窜入环形空隙,冲向地面,从而造成危险。


 
钻井的最后一道工序,是在含有石油和天然气的层位,将套管、套管外的水泥和地层,用炮弹或别的方式打开,人为形成一个井下油气,流入套管之内的孔道。由于液体都会从压力高的地方流向压力低的地方,当地层压力较高时,石油可以自行流向地面,这种井就叫做自喷井
 
油井VS水井
 
相对于油井来说,我们更熟悉水井。水井的深度一般只有几十米,而石油钻井的深度一般超过一千米,甚至上万米。
 
大部分人也许会觉得油井跟水井一样,就是竖直地进行钻井,最终达到油气储集层,就算完成了钻井过程。实际上,由于地下岩石的情况复杂多样,油气的分布情况不规律,地面环境多样,使我们常常无法在石油储集层的正上方来实施钻井作业
 
假如油气勘探发现,
在一个湖底的岩层中蕴藏有油气藏,
我们想把下面的石油采出,
但是不方便在湖面上安装笨重的钻井设备。
这时该怎么办呢?
 
定向钻井
 
为了解决这样的问题,科学家发明了“定向钻井技术”。只要在湖边的陆地上开始钻井,在地下朝着湖底下的油气藏改变钻井的方向,建立起一个倾斜的通道,这样就可以开采出我们想要的石油了。另外,假如在原定的钻井通道上,遇到了坚硬的岩石,钻头钻不动,此时就要采取别的路线打井,到达油气储集层。这就跟我们走路一样,这条路不好走,还可以选择另外一条好走的路到达目的地。
 
所以,我们在钻井中需要钻不同轨迹的井,其中比较常见的就是定向井水平井。定向井就是在某一个位置,按照一定的方向所钻的井,这个方向不是垂直的,而是与铅垂线呈一定的角度。
 
可是,钻杆都是直的,
这样倾斜的井是怎样钻出来的呢?
 
我们首先需要钻出来一定长度的垂直的井眼,然后再这一段井眼的最底端,通过专门的工具改变方向,由竖直的方向偏斜一定的角度,然后沿着这条倾斜的直线,向前钻进一定的距离,从而最终到达油气藏。


https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/uMT27xOw8WLxciafsI7xRtpQIQgt52aSgFyS5J3qKCKCr9EyLJ9m9gS59gPKfFsy9t5PCpUv7HuMu9xN6skvslw/640?wx_fmt=png
△定向钻井,多层开发
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_gif/uMT27xOw8WLxciafsI7xRtpQIQgt52aSgS1ksFEXIYZ0B3JhKdU1dqLkhCgpNW6H9fFVCyE2fysMsUB4ahoPCjw/640?wx_fmt=gif
 
现如今,通过多年的科技创新与发展积累,我国独立研制成功的近钻头地质导向钻井系统精细压力控制系统均达到了国际领先水平,成为了世界上少数几个拥有这项技术的国家之一,而且在钻井技术研究和服务方面具有雄厚的实力和丰富的经验。这对我国的石油开采事业起着非常重要的作用。
 
 
          
 
湖南省地质博物馆
正在快马加鞭地闭馆装修中
将开设六大展厅:
地球奥妙厅、地质矿产厅、地质环境厅、
矿物宝石厅、生命演化厅、测绘地理信息厅
更多有趣的知识
敬请期待哟
本文内容参考自中央人民广播电台经济之声《非常科学》栏目
 
湖南省地质博物馆 胡曼梓
 
 
 
查看评论
暂无评论

我要评论

您的姓名:
您的评论: