油气成因理论与勘探开发实践

zoޛ)j首iiwMvݼm;OiO4iiZ文章,本文是该专辑的第一篇,目的是为对石油、天然气科技不那么了解的读者先提供一些科普知识,以便大家能较顺畅地理解后面那些专家们专业性的文章。

2 何谓石油勘探与开发?

人们是怎么发现和找到石油的?又是怎么把藏在地下的石油弄出来的?

简单地说,寻找石油的办法就叫石油勘探;把找到的石油从地下弄出来就叫石油开发。

关于石油勘探与开发,如今已形成汗牛充栋的技术文献和连篇累牍的专业术语,令很多外行望而生畏。但是,如果我们围绕着如何找到石油、如何弄出来石油这样最基础的问题来了解这些知识的话,也许并不那么复杂。

人类是怎么发现和找到石油的?其实,石油不是人类找到的,而是大自然主动送上门来的,石油和天然气从地下冒出来,冒到人的眼前,人就发现石油、天然气了。这些从地下冒出来的石油、天然气被称为“油气露头”,也叫“油苗、气苗”。顺着油苗用最原始的工具往下挖,就是最早的采油方法。

早在公元前10世纪之前,古埃及、古巴比伦等文明古国就开始采集和利用石油,公元前5世纪,波斯就出现了手工挖成的油井,中国在汉代就出现了石油的记录,宋代的大科学家沈括不仅给石油起了这个至今仍在使用的汉文名字,而且还亲自用石油制墨。只是在古代,没有出现炼油工业,所以石油的使用不够广泛。

现代石油工业是从1859年美国的德雷克油井的发现开始的,这个起点依赖于两个技术前提;一是1853年出现的炼油工艺,可以用蒸馏法从石油中炼制煤油了;二是与之同时出现的蒸汽机为动力的冲击式钻机(术语叫顿钻),可以开凿更深的油井。1886年以后,汽车工业出现,遂使石油作为一个产业迅猛发展起来。

现代找油的方法其实和古代一样,仍然是顺着地表上冒出的石油、天然气痕迹找,只不过随着科学技术的发展,可以视作地下石油、天然气痕迹的东西越来越多而已,比如所谓航空遥感技术找油,就是根据油、气(主要成分是烃类)从地下外渗引起的岩石褪色、浊变和地表植被病变特征来寻找地下油气分布范围的。①

早期发现“油苗”后,是用钻机往下钻,就形成了油井。那时的油井都不深,美国德雷克井深不过20米②,也没有什么地质学知识,但是,再往下发展,就会发现有些井出油后很快就干了,有些井遇到岩石难以下钻,于是,已经形成初步知识体系的地质学就进入了石油领域。经过一段时间的研究,形成了有关石油的地质学说。这个学说最主要的几个关键词是:储油层、盖层、圈闭、背斜。地质学是以研究岩石为主要内容的,他们发现,地下的石油是储存在一个有限的区域内的,这就是储油层,当然储油层不像是水缸那样的大型容器,而是散布于地下岩石中各种大小不同的小孔小缝中,如同海绵一样。储油层的油在压力作用下会流动,之所以能聚集在一起,是因为在这个储油层的上部被更为紧密、结实的岩石给盖住了,在油层的下部,被比油更重的水给顶住了。上面盖住石油的岩层就叫“盖层”,这个盖层一般像口倒扣在地上的锅一样,被称为“背斜”。锅(背斜盖层)下扣着的是饱含石油的有很多小孔和裂缝的岩层,油层下是水。整个盖层与水之间的储油空间就叫“圈闭”。背斜式圈闭是发现较早的圈闭类型,后来,发现有各种不同形状的圈闭类型,如透镜状圈闭、尖灭状圈闭等。所以后来发展到找油,就是找圈闭。现在最常用的地震勘测方法,就是利用人工地震反射回的地震波等信号,分析地下岩层密度、形状、范围等,以寻找可能储存油气的“圈闭”。那些冒出地面的“油苗”实际上就是从“盖层”裂缝中渗出去的石油。

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