【忆海钩沉】石油知识浅谈（二）(图)
忆海钩沉系列文章之二
海上石油钻采平台。（网络图片）
（二）找油采油
上次我们谈到石油是地下的特殊矿藏，那么，怎么才能找到石油，他们是怎样从地下开采上来的呢？开采石油都使用哪些科学技术呢？这就是我们这次要谈的内容。
先从找油说起。古代人们发现的原油和天然气火井，都是矿苗，也就是说，它们是自然裸露在地面上的，由于地下油气藏在地壳（qiao）的变化中，遭到了自然破坏而使它们外露。而现代石油工业，要发现和寻找有可以开采价值的生产油田，则需要先作石油地质调查和勘探。也就是说，需要以石油地质学理论做基础，并应用打探井及石油物理勘探测井技术，取得各种基础资料和信息，经过计算机处理和综合分析评价，才能找到有开发价值的油田。
石油地质学是研究油气生成、运移、聚集、分布和油气藏的破坏过程及规律的一门学科。在石油工业中，有专门的研究机构和专业科技人员，比如各石油企业都有石油地质研究所，大公司设有石油勘探开发科学研究院，他们就是专门从事这方面工作的。石油地质研究所和研究院的研究成果，直接用来指导油气普查、勘探与合理开发。
油气调查勘探阶段的工作内容，包括：做寻找工业油田的研究，研究确定其含油面积、深度、油气储量，取得开发油田所需资料、数据，并绘制地质图和提出有关文件。
油气调查勘探工作分两个阶段，第一阶段是找油阶段，研究某一区域有无油气田存在的地质条件；第二阶段用钻井、测井、试油等手段取得地下油气层相关的，更多的技术数据和情况，证实油气田的存在，并确定分布面积（范围）和储量。
油气调查有两种类型，一是普查，再一类是详查。勘探也分为初探和详探。详查的任务是研究控制油气集聚条件，并部署预探井的位置，通过打探井，对岩心进行分析，可以初步了解油田地下的基本情况。
通过油气地质调查和勘探，并结合石油地球物理勘探，遥感技术等提供的各种信息资料，通过运用计算机处理进行综合评价，才能发现油田。在确定了井位后便转入石油钻井工程工作程序。
石油钻井工程负责钻各种油田开发井，包括生产井、注水井、检查井、评价井等。中国在北宋时期，完成了世界上第一口人工钻探的石油油井。当时是使用木制井架，用人力作动力，使用使用竹制缆绳，绞盘车是立轴式卷扬滚筒，使用的竹筒套管、金属钻头，以冲击方法打出的油井直径有碗口大小。直到现在，冲击钻这种古老的打井方法仍在应用，不过一切构件都改为金属的了，动力也改为柴油机或电动机了。在纽约街头我就见到过，工人在地下施工前勘探地下情况就使用这种机械。冲击钻钻井速度慢，效率低，但是设备简单，成本低，也不污染环境。现代石油钻井主要使用旋转钻，利用旋转钻头的切削式研磨来破碎岩石。旋转钻分两种，一种是转盘钻，一种是井下动力钻。顺便说一下，不要以为石油井的直径有多么大，实际上现代油井井口直径也就是钻头直径大小，形象的说，也就比碗口稍大一点。井下动力钻的钻具要用缆绳或钻杆下到井下去，才能在井下作业。
旋转钻井设备在地面上有井架、天车、水龙头、水龙带、方钻杆、绞车、刹把、绞盘、动力机、泥浆泵、泥浆池、泥浆槽等设施。井下部分有水泥杯、套管、钻杆、钻键、钻头等。井下动力钻有三种，即涡轮钻、螺杆钻、电动钻。随着现代石油科技进步，国际上又出现了冲旋钻、揉杆钻、冲蚀钻等，但是由于它们制造成本高，应用并不广。
完成钻井，除了使用钻机以外还必须有配套的专用工具。好比在机械制造厂，车间里除了有各种金属切削机床，还配有各种切削刀具、辅助工具等。在石油钻井中使用的钻井工具，在井口上有吊钳、吊卡、卡瓦。在井下有钻头、钻柱、井下动力钻具、稳定器、减震器、震击器等。
石油钻井使用的钻头常用的是牙轮钻头，此外还有金刚石钻头、刮刀钻头等。石油钻头结构复杂，材料硬度要求极高，因此造价也高。是由专门生产厂制造的。比如美国休斯顿钻头厂就是国际有名的石油钻头生产厂家。
油气钻井是有严格的钻井工艺作指导的。钻井工艺内容包括井身设计，钻井使用什么泥浆，运用什么钻头，使用什么钻具，钻井参数，井斜控制，泥浆处理，取岩心，乃至事故预防和处理方法等都有详细规定。
采油井也有几种类型，最常见的是直井，此外还有定向井、丛式井、喷射钻井等。后几种类型的井，都是在特殊需要的情况下才使用。
一口油井打成后，要进行固井，完井工作，在油井正式投产以前，还要进行测井，包括地球物理测井和生产测井。地球物理测井就是利用电、磁、声、热、核等物理原理制造的各种仪器，用测井电缆下到井内，使用地面上的电测仪记录井下各种参数，认识地下岩层的油、气、水、岩石等。生产测井就是测量注水井的分层吸水量和生产井的分层油气量和含水量。
测井完成后，在油田投产前，还要进行试井，试井就是用专门仪器仪表定时测量部分生产井和注水井的压力、产油气量、含水量的相对变化及温度，以监测油井生产是否正常，并测定生产层水动力学参数，分析油藏动态，以作预测。
说到这里，有人会问为什么在油田还要打注水井，为什么要注水哪？有两个原因，一个是注水可以保持油层压力，因为在采油过程中，地下的油气和地下水被人为的抽出去，注水是为保持油层的压力。二是注水有驱油作用。注入的水在油层中流动，可以带走原油到生产油井口，然后被泵抽提到地面上。
在石油钻采中，前面我们只是重点介绍了石油地质学，其实在现代石油工业钻采工作中，有许多学科和科学技术都得到运用。如开发地质学、岩石破碎力学、油气藏物理学、渗流力学、油藏工程学、油田化学、油藏系统工程学等等，都是支持石油工业的基础技术学科，石油高等院校勘探开发系的学生，都要学习和掌握这些基础知识和技术方法。
下面我们介绍石油和天然气的开采方法。先说采油方法的分类。
（一）自喷井当油气藏的压力高于有井内流体柱的压力时，有井内的液体（油、水等）从油管和采油树自行升举到井外。一般在早期开发的油田有这种油井。
（二）人工举升人为的向井底增补能量，将油井内原油举升到井口。人工举升采油有两种方法，即泵抽原油和气举采油。泵抽采油就是在油井中下入抽油泵，把油井中的液体，泵送到地面。泵抽使用的油泵有两种，即有杆泵和无杆泵。有杆泵是单缸单作用泵，无杆泵按其动力分有电动潜油泵，水力活塞泵以及水力射流泵等。
（三）气举采油法就是把天然气从套管环隙或油管中注入油井，从而降低油井中液体的比重，使油井内液体柱的压力，低于已降低了的油层压力，从而把原油，从油管或套管环隙中导出井外。
（四）分层开采在多层系开采时，由于油层压力，油层物理性质，原油性质有差异，为避免油井中多层次开采造成相互干扰而采用分层开采。分层开采技术包括分层采油、分层注水及配套技术。
以上谈的是陆上采油。海上采油必须用专门设备和装置。海上采油的技术更复杂，投入的成本也高。
海上采油设备大致分移动式和固定式两类。移动式装置包括坐底式、自升式、半潜式及钻井船。固定式即为海上钻采平台，是以钢铁构件制成，下面有柱脚固定于海底岩石层上。海上平台造价昂贵，技术复杂，投资风险大。
建造海上固定钻采平台，美国的技术处于领先地位。在20世纪70年代，美国在墨西哥湾建成了世界第一个最大的海上固定式钻采平台。之后英国、挪威等北欧国家为开发北海原油，也陆续在海上建立固定钻采平台。
下面我们简要介绍一下海上石油及天然气开发程序：
首先要进行地球物理勘探，然后进行地质研究，然后打初探井，然后评探，然后将评价资料进行油藏分析，将分析结果提供经济评价用。在经济评价之前还要搜集海洋环境调查资料。综合油藏评价和海洋环境资料，进行油田开发的可行性研究和开始作开发工程总体设计，再将总体设计和可行性研究结果，进行经济评价。在完成经济评价以后，便可以进行油气田的总体开发方案的制定。然后进行开发工程和基本建设，确定制造和安装海上平台的总装厂家。然后进行详细设计，然后采办，加工组装，将钻采平台各种部件运到海上安装。在进行上面这些工作的同时，进行钻井设计，制定开发实施方案。有了以上这些前期工作，才可以进行钻井，从钻井获得的海底井下资料，再进行第二次油藏评价，二次评价通过以后，油井才可以正式投入生产。其他的工作还有生产储运和生活设施的组装。
从以上介绍我们可知海上钻井采油是一个严格的系统工程。下面我们再回到陆上采油。一个油田开发了，油井投产了，采出的地下流体是油、气、水、泥浆等的混合物。这些东西要在油田进行分离和处理。这就是油气集输工程要解决的问题，油气集输工程也是油田开发技术的一个组成部分，它的任务是油田进行一系列建设项目。包括油气收集、分离、处理、计量、储存、输送等完整的设施。
到过油田的人都知道，一口油井打完以后，钻井井架及相应的钻井设备就拆除了，留在地面上的就是采油树、抽油机和油气集输设施。这些集输设施包括油气处理站、外输站、废水处理排放等地面设施。
从事石油地质勘探和开发是在野外作业，在20世纪五六十年代，在西北和东北地区找油，开采油，风餐露宿在荒无人烟的沙漠或盐碱滩，因此其工作环境和生活条件也是很艰苦的。