致敬！石油開采技術多次突破，是他們讓國家越來越有底氣

今天小編分享的科學經驗：致敬！石油開采技術多次突破，是他們讓國家越來越有底氣，歡迎閲讀。

把石油采出來總共分幾步？找到它，打個井，再采出來。

作為液體礦產，石油的勘查開發是典型的探采一體模式。所以，鑽探作為貫穿整個油氣開發過程的核心工作，其工藝的高低直接決定了油氣開發水平。

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石油資源的開采并非易事。不同于固體礦藏，油氣藏往往埋在地表深處，需要一定的開采設備進行輔助。不僅如此，液體礦產具有流動性，不合理的開采會導致采收率的降低。

那麼人類到底是如何将石油這樣的寶貴資源成功開采出來的呢？我國科學家們又進行了哪些嘗試呢？

初探：中國真的沒有石油嗎？

在技術條件比較差的早期，石油的發現同其他礦產一樣，靠天然露頭。如《漢書 · 地理志》所雲：" 定陽，高奴，有洧（w ě i）水，可燃。" 高奴，大致位于今陝西延長縣，打成中國陸上第一口油井。1935 年，中國工農紅軍接收了延長石油廠，其研制的石油產品有力地支援抗日戰争和解放戰争。

1938 年，在中共中央的批準同意下，将延長石油廠的兩部鑽機及其器材調往玉門，在玉門老君廟打出了第一口產油井，拉開了中國第一個現代化油田、中國石油工業的搖籃——玉門油田的開發序幕，稱得上我國重要 " 功臣油礦 "。

玉門油田老君廟油礦。圖片來源：中國政府網官網

随着第二次工業革命，内燃機的發明推動了石油開采業的發展和石油化工工業的生產，原有的油氣資源遠不能滿足高速發展的生產生活需要。于是，各國對石油開采的重視程度迅速上升。

日本發動侵華戰争後，就對我國東北地區進行了廣泛的礦產調查和掠奪，油氣勘查範圍覆蓋到了從興安北省的海拉爾到熱河省這樣的範圍，甚至研發了以蒸汽機為動力的 2000 米旋轉鑽機，并在大慶油田的邊緣地區打了一口 1000 米深的探井。

即便如此，距大慶油田的第一口油井——松基三井的 1357~1382 米之間的儲層，仍有差距。

在當時，" 海相生油理論 " 在石油開采領網域占據着統治地位。1922 年美國斯坦福大學地質學教授勃拉克韋爾德，在一篇題為《中國和西伯利亞的石油資源》的論文中指出：" 中國沒有中生代或新生代沉積；古生代沉積也大部分不生油；因此，中國絕不會生產大量石油。"

我國貧油國的帽子就是這麼被扣上的。

有石油，但弄出來還有點難

1939 年，我國專家在陸相盆地中發現了甘肅玉門老君廟油田，則動搖了這一理論的統治地位。中國陸相生油理論由此拉開序幕，其後大慶油田的開發及其石油地質研究，則最終奠定夯實陸相生油理論基礎。

1960 年 1205 鑽井隊使用的貝烏 -40 型鑽機主機。圖片來源：大慶油田歷史陳列館

作為對比，受 " 海相生油理論 " 的找油思想的束縛，日本即便引進了美國的物探技術，但仍主要采用以電法為主的勘探技術。即需要先發現了油苗露頭後再進行地質結構的調查，勘查效率低。

在中國東北整整三十年後，日本僅獲得了黏稠、含硫量很高的重油的勘查成果，而且流量很小，以日本當時的煉油技術，很難用這種石油提煉軍隊所需的汽油，而且必須從美國導入新的技術和設備，等到順利生產，戰争都結束了。

面對石油資源供不應求的困境，日本只能另尋技術突破之道。為了解決油料入不敷出的問題，日本不得不耗費巨資開展将煤炭液化人造石油的項目，進行一次液化輕油和二次加氫液化石油生產。但由于條件的限制，石油產量不高，并建設了多家人造油工廠。最終因後期的資金、設備不足等問題，均未成功。如此種種，其原因都是鑽探設備落後。

石油鑽杆和鑽頭。圖庫版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛

單純的液化油無論數量還是質量，都無法滿足日本的石油需求。匮乏的油料使得日本不得不放棄了繼續在中國東北地區找油的計劃，只留下了一些小型的岩芯鑽機，日本也徹底放棄了在中國東北的石油勘探工作，便将目光分别投向了北方的庫頁島和南方的中南半島和馬來群島。

随着北進派在決策層的出局和英法在歐洲戰場的失利，讓日本意識到，搶占東南亞的豐富資源是解決油料極度匮乏問題的機會到了，印度尼西亞的蘇門答臘和達拉根，這些東印度公司等企業的重要產區将唾手可得。

日本南侵第一步便是河内，繼而與德國和意大利籤訂軍事同盟，也引起了美英等國的強烈反應。美國國務院在 1940 年發表了一份對日本道義禁運的聲明，對辛烷值 87 以上的航空汽油實施禁運。英國和荷蘭也紛紛效仿，英國切斷了婆羅洲向日本的石油供應；美國説服荷蘭東印度公司暫停向橫濱和長崎運送石油。

這種無異經濟上的向日本宣戰措施，并未起到遏制日本的作用，反而促使驅使日本铤而走險，制定完成了攻擊珍珠港的計劃，最終迫使美國放棄中立，加入盟軍陣營，這成為太平洋戰争爆發的導火索。

當然，這只是油氣勘查開發工作的必要性和緊迫性的體現之一。即便能源消耗結構發生了變化，但只要油氣的消耗需求一直在，勘查開發的工作就在。

石油勘查與開采的難點到底在哪兒？

随着勘查程度的加深，開發工作的成本日益增高。随着陸網域範圍内适宜發育油氣藏的大中型盆地差不多都被摸了一遍，油氣勘查的重心從中淺層轉移到深層和超深層。

在我國，這種趨勢尤為明顯。一方面是我國的油氣消耗和對外依賴度一直在增大，另一方面則是我國孕育中淺層油氣藏的地質成藏條件确實不佳，反倒是在中西部盆地相繼發現了塔河、普光、安嶽、靖邊、順北等一批大型油氣田，説明我國已探明的深層和超深層碳酸鹽岩油氣藏特征與全球的有很大差異，展示出廣闊的勘探前景。

新疆油田。圖庫版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛

中國的油氣勘探對于深層和超深層的突破更迫切了。于是，壓力從新的成藏理論轉到了鑽探裝備上。

早期的石油鑽探設備使用的是衝擊鑽探，其原理就是用一個大鐵錐進行反復地吊起衝擊，像一個大鑿子一樣破碎下方進行工作。

這種方法最早是我國西南地區用于開鑿汲取小口徑井鹽的設備，鑽進能力達幾百米，最深可以開鑿千米深的鹽井，距今有超過 1000 年的歷史。

20 世紀初才出現的旋轉鑽探，主要依靠旋轉和壓力像電鑽一樣作業，讓鑽機的工作效率提高數倍，在鑽進極限上也提高了數倍，最深超過一萬米。

夜幕下的鑽機。圖庫版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛

對于固體礦產而言，使用具有幾千米鑽進能力的常規液壓旋轉鑽機已經完全足夠。

因為鑽進能力已經超越了我們的固體礦產地下巷道開采能力，但對于油氣這種探采一體的礦產，其能力仍然不夠，因為油氣資源的開發困難體現在兩個方面。

對固體礦產煤進行開采作業。圖庫版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛

一方面是難探。難探有三個原因，一是深部的鑽探是必須的，無論多完美的理論和多麼豐富細致的地面地球物理勘測，最終都需要進行深部鑽探驗證；二是随着勘查深度的提升，勘查經費在加速燃燒。就像蓋樓一樣，随着樓層的增高，無論是基礎還是結構都需要進行充分的冗餘設計和建設；三是勘查随着勘查程度的提高而不停調整，鑽探工作在高温、高壓、高鹽的環境中，勘查風險和難度持續增大。

在具有挑戰性的油井中，孔隙壓力、裂縫梯度和復雜的幾何結構結合在一起，形成了一個狹窄的操作視窗。實際操作過程中，跟在深部地層中繡花差不多。無論是無法回饋有效的鑽井參數，還是側切能力弱，鑽頭轉向困難，甚至是鑽探的操作能力區間範圍小，都會導致成本高昂且耗時的事件發生。

另一方面就是難采。油氣的成藏要素中，生儲圈蓋在地層中整體還是處于一個平整的狀态。就像你吃的溏心荷包蛋一樣，我們想獲取的是其中溏心（油氣）部分，但其微觀結構則沒有那麼簡單，更像是打了無數隔水夾層的海綿。你想采取油氣就必須鑽進到合适的位置，然後地層的壓力就會直接把海綿裏的水（油氣）直接壓出。

但問題是隔水層（蓋層）的存在，讓你雖只有一層之隔卻無能為力。所以我們最想做的就是盡可能多地聯通各個儲層，當然也可以選擇打斷蓋層（壓裂法）。

這就是我們開采所遇到的困境，一是我們難以僅靠物探手段就能清晰準确研究地下深部精細尺度的地質構造，二是我們即便獲取了精細構造也需要有足夠靈活的鑽探技術直接到達我們的預期層位。

繼續找油！辦法總比困難多

為了成功開采到石油，人們找到水平井這一最直接的解決辦法。水平井因平行于地層，比垂直井能開采更多的油氣。致密地層的滲透率非常低，油氣難以向井筒運移，通過水力壓裂和支撐劑磅數，提高滲透率，在橫向長度的增加提高了單井中油氣儲層的暴露面積，可以實現致密油氣層的經濟開發。2010 年以來，水平井成為頁岩氣和致密油的主要生產方式。

不僅如此，油田開發的中後期尤為困難，也極大推動了鑽井導向技術的進一步發展。老油田經過多年的注水開發，大部分油井進入高含水階段。地下油層被水淹後，只有薄薄一層油漂在水面上，俗稱為 " 水上漂 "。這時水平井鑽井技術便能派上用場，它能夠大大提高了靶心正中這層油皮的可能性，這也是鑽井導向技術發展的一大動力。

單純的鑽井導向技術遠遠不夠。在鑽井過程中，由于地質目标探測手段單一、井眼軌迹控制難度大，難以及時準确跟蹤目标油層，導致儲量鑽遇率低，復雜油氣藏不能高效開發。

當油田地層類型和走向變化復雜、儲層位置不确定，其挖潛方向進而轉向薄差層、油砂體，便對随鑽測井技術提出了要求。

當下主流技術遠不滿足于單純的鑽井導向，還會搭配復雜的地球物理勘測設備，發展成一套趨于成熟的随鑽測井設備，使用數學分析方法将地震屬性與測井曲線聯系起來，建立了鑽前地質導向模型用于智能導鑽。借助于統計模型的幫助能夠自動發現樣本，并自動預測儲層情況，準确控制井眼軌迹，提高鑽遇率水平。

油氣資源鑽探有了智能導航

近期，我國突破瓶頸的國產智能導鑽在位于塔裏木盆地西部的 TP259-2H 生產井實鑽應用中取得重要進展，獲得了高產工業油氣流。這一應用進展證明了我國邁入了超深層油氣勘探開發技術的高端領網域，掌握了關鍵核心技術，實現了鑽井、測井、錄井、試油、地球物理探測等整個產業鏈的核心技術發展。

同時，這一國產 " 石油重器 " 問世，技術與裝備實現突破，設備研發自由自主，有力地支撐了與我國地質成藏背景相适應的油氣勘探理論的驗證和創新。

智能導鑽随鑽方位電磁波，電阻率成像測井儀入井照片。圖片來源：中國科學院

我國上遊業務實踐中，超深層盆地深層温度高、壓力大、油氣成熟度高和近源成藏，更利于天然氣及輕質油的生成，資源量豐富、勘探程度低。油氣發現的重大戰略性突破基本集中在深層超深層，如塔裏木盆地山前、四川盆地、準噶爾盆地南緣、柴達木盆地等的增儲上產皆來源于此。

此外，我國仍有數量眾多的長期注水不受效、多次措施無效後，已經采取停產措施老井。通過 " 智能導鑽 " 進行油層内定點定方位取芯，采剩餘油，是未來老油田穩產和上產是提高資源利用率的必由之路，成為低滲透儲層低成本挖潛的有力手段，在老油田剩餘油挖潛中具有極為廣闊的推廣空間，将進一步提升我國自有油田的戰略保障能力。