石油资源的开采并非易事。不同于固体矿藏,油气藏往往埋在地表深处,需要一定的开采设备做辅助。不仅如此,液体矿产具有流动性,不合理的开采会导致采收率的降低。
那么人类到底是如何将石油这样的宝贵资源成功开采出来的呢?我国科学家们又进行了哪些尝试呢?
在技术条件比较差的早期,石油的发现同其他矿产一样,靠天然露头。如《汉书·地理志》所云:“定阳,高奴,有洧(wěi)水,可燃。”高奴,大致位于今陕西延长县,
。1935年,中国工农红军接收了延长石油厂,其研制的石油产品有力地支援抗日战争和解放战争。
1938年,在中央的批准同意下,将延长石油厂的两部钻机及其器材调往玉门,在玉门老君庙打出了
拉开了中国第一个现代化油田、中国石油工业的摇篮——玉门油田的开发序幕,称得上我国重要“功臣油矿”。
的发明推动了石油开采业的发展和石油化学工业工业的生产,原有的油气资源远不能够满足快速地发展的生产生活需要。于是,各国对石油开采的重视程度迅速上升。
日本发动侵华战争后,就对我国东北地区进行了广泛的矿产调查和掠夺,油气勘查范围覆盖到了从兴安北省的海拉尔到热河省这样的范围,甚至研发了以蒸汽机为动力的2000米旋转钻机,并在大庆油田的边缘地区打了一口1000米深的探井。
在当时,“海相生油理论”在石油开采领域占据着统治地位。1922年美国斯坦福大学地质学教授勃拉克韦尔德,在一篇题为《中国和西伯利亚的石油资源》的论文中指出:
“中国没有中生代或新生代沉积;古生代沉积也大部分不生油;因此,中国绝不会生产大量石油。”
我国专家在陆相盆地中发现了甘肃玉门老君庙油田,则动摇了这一理论的统治地位。中国陆相生油理论
由此拉开帷幕,其后大庆油田的开发及其石油地质研究,则最终奠定夯实陆相生油理论基础。
1960年1205钻井队使用的贝乌-40型钻机主机(图片来自:大庆油田历史陈列馆)
作为对比,受“海相生油理论”的找油思想的束缚,日本即便引进了美国的物探技术,但仍主要是采用以电法为主的勘探技术。
在中国东北整整三十年后,日本仅获得了黏稠、含硫量很高的重油的勘查成果,而且流量很小,以日本当时的炼油技术,很难用这种石油提炼军队所需的汽油,而且必须从美国导入新的技术和设备,等到顺利生产,战争都结束了。
面对石油资源供不应求的困境,日本只能另寻技术突破之道。未解决油料入不敷出的问题,日本不得不耗费巨资开展
的项目,进行一次液化轻油和二次加氢液化石油生产。但由于条件的限制,石油产量不高,并建设了多家人造油工厂。最终因后期的资金、设备不足等问题,均未成功。如此种种,其原因都是
单纯的液化油无论数量还是质量,都不足以满足日本的石油需求。匮乏的油料使得日本不得不放弃了继续在中国东北地区找油的计划,只留下了一些小型的岩芯钻机,日本也彻底放弃了在中国东北的石油勘探工作,便将目光分别投向了北方的库页岛和南方的中南半岛和马来群岛。
随着北进派在决策层的出局和英法在欧洲战场的失利,让日本意识到,抢占东南亚的丰富资源是解决油料极度匮乏问题的机会到了,印度尼西亚的苏门答腊和达拉根,这些东印度公司等企业的重要产区将唾手可得。
日本南侵第一步便是河内,继而与德国和意大利签订军事同盟,也引起了美英等国的强烈反应。美国国务院在1940年发表了一份对日本道义禁运的声明,
。这种无异经济上的向日本宣战措施,并未起到遏制日本的作用,反而促使驱使日本铤而走险,制定完成了攻击珍珠港的计划,最终迫使美国放弃中立,加入盟军阵营,这成为太平洋战争爆发的导火索。
当然,这只是油气勘查开发工作的必要性和紧迫性的体现之一。即便能源消耗结构发生了变化,但只要油气的消耗需求一直在,勘查开发的工作就在。
随着勘查程度的加深,开发工作的成本日益增高。随着陆域范围内适宜发育油气藏的大中型盆地差不多都被摸了一遍,
,反倒是在中西部盆地相继发现了塔河、普光、安岳、靖边、顺北等一批大型油气田,
塔里木盆地顺北油气田:顺北42X测试获高产工业油气流(图片来自:澎湃新闻)
中国的油气勘探对于深层和超深层的突破更迫切了。于是,压力从新的成藏理论转到了
20世纪初才出现的旋转钻探,主要是依靠旋转和压力像电钻一样作业,让钻机的工作效率提高数倍,在钻进极限上也提高了数倍,
对于固体矿产而言,使用具有几千米钻进能力的常规液压旋转钻机已经完全足够。因为钻进能力已经超越了我们的固体矿产地下巷道开采能力,但对于油气这种探采一体的矿产,其能力仍然不够,因为油气资源的开发困难体现在两个方面。
。难探有三个原因,一是深部的钻探是必须的,无论多完美的理论还多么丰富细致的地面地球物理勘测,最终都有必要进行深部钻探验证;二是随着勘查深度的提升,
。就像盖楼一样,随着楼层的增高,无论是基础还是结构都有必要进行充分的冗余设计和建设;三是勘查随着勘查程度的提高而不停调整,钻探工作在高温、高压、高盐的环境中,
孔隙压力、裂缝梯度和复杂的几何结构结合在一起,形成了一个狭窄的操作窗口。
实际操作的流程中,跟在深部地层中绣花差不多。无论是无法回馈有效的钻井参数,还是侧切能力弱,钻头转向困难,甚至是钻探的操作能力区间范围小,都可能会导致成本高昂且耗时的事件发生。
。油气的成藏要素中,生储圈盖在地层中整体还是处于一个平整的状态。就像你吃的溏心荷包蛋一样,我们想获取的是其中
,但其微观结构则没那么简单,更像是打了无数隔水夹层的海绵。你想采取油气就必须钻进到合适的位置,然后地层的压力就会直接把海绵里的水(油气)直接压出。
这一最直接的处理方法。水平井因平行于地层,比垂直井能开采更多的油气。致密地层的渗透率非常低,油气难以向井筒运移,通过水力压裂和支撑剂磅数,提高渗透率,在横向长度的增加提高了单井中油气储层的暴露面积,能轻松实现致密油气层的经济开发。2010年以来,水平井成为页岩气和致密油的主要生产方式。
不仅如此,油田开发的中后期尤为困难,也极大推动了钻井导向技术的逐步发展。老油田经过多年的注水开发,大部分油井进入
。地下油层被水淹后,只有薄薄一层油漂在水面上,俗称为“水上漂”。这时水平井钻井技术便能派上用场,它能够
中国石化江汉油田涪陵页岩气田焦页18-S12HF井顺利完井,其中水平段长4286米,水平段
单纯的钻井导向技术远远不足。在钻井过程中,由于地质目标探测手段单一、井眼轨迹控制难度大,难以及时准确跟踪目标油层,导致
当油田地层类型和走向变化复杂、储层位置不确定,其挖潜方向进而转向薄差层、油砂体,便对
当下主流技术远不满足于单纯的钻井导向,还会搭配复杂的地球物理勘测设备,发展成一套趋于成熟的随钻测井设备,
,建立了钻前地质导向模型用于智能导钻。借助于统计模型的帮助能自动发现样本,并自动预测储层情况,准确控制井眼轨迹,提高钻遇率水平。
随钻测井技术“璇玑”系统完成作业任务,从井下提升返回地面(图片来自:新华网)
在位于塔里木盆地西部的TP259-2H生产井实钻应用中取得重要进展,获得了高产工业油气流。这一应用进展证明了
,掌握了关键核心技术,实现了钻井、测井、录井、试油、地球物理探测等整个产业链的核心技术发展。
,设备研发自由自主,有力的支撑了与我国地质成藏背景相适应的油气勘探理论的验证和创新。
智能导钻随钻方位电磁波电阻率成像测井仪入井照片(图片来自:中国科学院)
我国上游业务实践中,超深层盆地深层温度高、压力大、油气成熟度高和近源成藏,
。油气发现的重大战略性突破基本集中在深层超深层,如塔里木盆地山前、四川盆地、准噶尔盆地南缘、柴达木盆地等的增储上产皆赖于此。
此外,我国仍有数量众多的长期注水不受效、多次措施无效后,已经采取停产措施老井。通过“智能导钻”进行油层内定点定方位取芯,采剩余油,是未来老油田稳产和上产是提高资源利用率的
把石油采出来总共分几步?现在再来看这样的一个问题,你会发现我们走了一步又一步,如今也仍在迈步。
对我国而言,从最初被各国扣上“绝无石油资源”的帽子,到如今“智能导钻”轻松采油成为现实,这其中反复试验的努力与汗水是难以估量的。
也正是因为科学家与开采人员的付出,才使得石油这一战略资源有了坚实保障,更是让国家经济、社会持续健康发展以及国防安全有了巨大底气。