石油：“工业的血液”

王 洪 郝 梅

2011年4月11日，河南濮阳，中国石化集团中原油田石油化工总厂成品油库员工正在装运成品油。 摄影/仝江/CFP

石油被人们誉为“工业的血液”，它不仅是工农业生产、国防和交通运输的重要能源，而且还是一种宝贵的化工原料。

第一次提到“石油”这个词的人，是11世纪(北宋时期)我国著名科学家沈括。沈括在他的名著《梦溪笔谈》中说：“郝(向)延(今陕西省富县和延安)境内有石油。”书中不仅详细介绍了石油的产地、性能、用途和外观特点，而且指出了石油“生于地中无穷”。

在开采石油方面，我国也是最早的。据公元1303年出版的《大元大一统志》中记载，在陕西延长县近河的石油井中流出的石油，其油“可燃，兼治六畜疥癣”。

另据明代曹学俭所著的《蜀中广记》中记载，1521年在四川嘉州(今乐)开凿盐井时，打入了含油地层，挖出了一个几百米深的石油竖井，并将开采的石油作为熬盐的燃料。

西方国家开采石油的历史比我国晚了500多年。直到1859年，美国人埃德温·德雷克才在宾夕法尼亚州的泰特斯维尔钻出了第一口油井。我国由于长期封建统治的束缚，在石油开采方面反而长期处于落后状态，直到新中国成立以后才出现了石油开采的新局面。

2010年7月3日，山东东营，胜利油田的岗位工人对海上垦东12海油陆采井组原油生产平台进行巡检。胜利油田海上累计生产原油逾3000万吨。摄影/胡庆明/CFP

一对“孪生兄弟”——石油和天然气

石油是由深埋于地下的古代动植物变成的，它是一种棕褐色的黏性液体燃料。地质科学家认为，石油在开始形成的阶段是呈分散的油滴状态，在地下水的带动及地层内压力的作用下，迫使分散的油滴慢慢地向有空隙或裂缝的岩石层中流动和聚积。只要岩石层的四周是密闭的，那么油滴就会越积越多而形成油田。

然而在古代，人们一开始并没有把石油当做燃料来使用，而是把它当做医病的泻药来使用；而油中的沉淀物——沥青，人们则用它来建造房屋。

据史书记载，我们的祖先在汉代(公元前206年至公元220年)已经懂得石油可以作为能源来使用，在汉书中有“高奴有洧水可燃”的记载，这里所说的洧水就是石油。在石油开采方面，我国比其他国家早得多。据史书记载，在16世纪之初，我国已在四川省境内打出了世界上第一油井，并且从喷出的石油中提取了供点灯用的燃油。

与石油的身世相似并且常与石油在地下为伴的，还有一种气体燃料，这就是天然气。这两种燃料常常被埋藏在一起，一个是液体，一个是气体，气体轻而在上面，油液重而在下面，就如能源家族中的一对孪生兄弟。

这一对孪生兄弟都是由古代的动植物变成的。古时候，地球上的树木繁茂，动物成群，由于地震而引起地壳的变迁，这些生物体和泥砂一起沉积在湖泊和海洋中而形成水底淤泥，越积越厚，逐渐地与空气完全隔绝，这样就避免了由于氧气的作用而产生腐烂。由于地层深处的温度极高，而且压力很大，加上某些细菌的分解作用，在经过极其漫长的岁月以后，这些埋藏于地层深处的生物遗体就逐渐地变成了一种棕褐色的黏性液体燃料——石油。

天然气和石油产生的环境基本上是一样的。那么，它们的形成条件有哪些不同之处呢?其主要区别就在于，在形成过程中参与分解活动的细菌不一样。形成天然气的细菌叫做厌氧菌，而形成石油的细菌则是硫磺菌和石油菌。这样也就决定了天然气和石油的组成成分有所不同：天然气的主要成分是甲烷；而石油则主要是由碳、氢等元素组成的脂环族和脂肪族等有机物。

石油和天然气都是深埋于地下，人们在对它们进行开采之前，必须先搞清楚它们究竟在哪儿，埋得有多深，这就须得事先进行勘探。目前在技术上最先进的地质勘探方法，要算是通过“地球资源勘探卫星”来进行地质勘探。在地球资源勘探卫星上装有各种技术先进的仪器和照相设备，能够通过照片和数据提供准确的探测结果。此外也可以通过磁力法和遥感技术等来进行地质勘探。

在探明了地下的宝藏以后，便要进行钻探，就是用钻头穿入地层，打出深井，同时对井内各个不同深度的地层作取样分析，以测定各个地质层所含油气的状况。随着科学技术的进步，钻井技术也日新月异，目前在钻井过程中多采用电子计算机进行控制，钻井的速度已今非昔比，而且所打出来的井也越来越深。我国四川省有一个石油钻井队已经成功地打出了一口深度达7000多米的超深井，而世界上其他某些国家的超深井的深度已达1万多米。

从油气井中喷射出来的石油和天然气，不能像煤炭那样直接使用，而必须先运送到加工厂去加工成各种石油产品，然后再把这些产品分别运送到发电厂、化工厂和运输部门去使用。

运输石油和天然气比运输煤炭自然要方便得多。起初，各国大都采用各类油罐车(包括火车和汽车)运输，但其效率不高，占用车辆过多。近些年来，各国越来越多地采用管道输送。这种管道既可以埋没在陆地上，也可以埋没于水下及海底。

现在有些国家正在进行一种大胆的尝试，就是先把天然气变成液体之后再进行输送，这样更能达到简便、快速，提高输送效率。有的国家还研制成一种海上天然气液化水泥船，它是将天然气液化以后，贮存在船上的蜂窝式船舱内来进行输送。

采油妙法

石油和天然气这一对孪生兄弟，都居住在几千米到1万多米的地下宫殿里，要把它们从深深的地底下请出来为人类服务，并非易事，不过客观地说，开采石油和天然气毕竟比开采煤炭要来得容易一些。这个原因很简单，就因为煤炭是固体，而石油和天然气则是流体。

地下的油层都承受着相当大的压力，所以只要设法将管子通至地下的油层，那么石油就会像自来水那样从管子里自动喷射出来。油层所承受的压力越大，则从管子里往外喷油的速度就越快，而喷射出来的石油也就越多。

不过，石油的储藏总是有限度的，石油从管子里往外喷，地下油层的压力就会越来越低，到最后，就会停止喷射。在停止喷射时，并不是说地下油层的原油已经完全没有了，只不过是这时油层的压力太低，余下的原油压不上来罢了。

在这种情况下，人们能够撒手不管而让地下剩余的原油白白浪费掉吗?当然不能!人们从采油积累的经验中找到了行之有效的办法，那就是向剩余的油层内注水或者打气。实践证明，通过注水或打气，就能使油层的压力得到恢复，从而也就不难使石油从油管里往外喷出，将剩余的原油统统开采出来了。我国的大庆油田，正是由于采用了“早期分层注水法”，使得地下油层始终保持着相当的压力，因而自1962年投产以来，日产原油量不仅没有下降，而且有所上升。

石油还有个怪脾气，就是浑身黏乎乎的，不大容易流动。所以，当油井里的压力不够大时，它是难以喷射出来的。近几年来英美等国石油大幅度减产，其主要原因就在于油井的压力不够，原油流不出来。

针对这个问题，英美等国的科学家已经进行了广泛而深入的研究。当然也可以采取注水加压的办法，但还有比这更为简便的办法。科学家们从“石油是由于细菌的分解作用而形成的”这个基本道理中得到启发，他们决定利用细菌这个武器，对井下残余的剩油实行“细菌战”，以迫使石油从井下的石缝中流淌出来。

美国得克萨斯州有一口已经开采了40多年的旧油井，其深度达6000多米，由于其油层压力不大，每天喷出的石油还不到两桶。在1990年2月，美国人迪安·威尔斯往这口旧油井中灌入了两升多的特殊细菌溶液和360多升的废糖浆，几天以后，这口旧油井重新焕发了青春，每天喷射出来的原油由原来的不到两桶增加到七桶。

在英国伦敦北部的一家“生命力量”采油公司，也成功地进行过细菌采油的试验。他们将细菌通入已失去活力的老油井中，同样导致老油井“返老还童”，从地下油层中“挤”出了不少的残油。

细菌采油妙法的诞生，应归功于美国微生物学家克劳德·佐贝尔。他在1945年惊奇地发现，许多细菌在新陈代谢的过程中所产生的二氧化碳气体和表面活性剂，具有降低石油黏性的功能，用它可以增强石油的流动性。借助于这类细菌，就能够使石油比较容易地从岩石的狭缝中流淌出来。

细菌这东西，由于其身体极小，因而无孔不入，它们可以分散地藏身于油层之中，在那里繁衍发酵，使黏稠的石油变稀，这样就为石油的开采帮了大忙。

海底油气开采

浩瀚的海洋是一个硕大无朋的天然聚宝盆，在那里蕴藏极其丰富的生物资源、矿物资源、化学资源和动力资源。仅以矿物资源而论，海底蕴藏的金属矿藏相当于陆地储量的几十倍到几百倍。据有关资料介绍，海底蕴藏的锰为2000亿吨，镍为164亿吨，铜为88亿吨，钴为58亿吨，此外还有巨量的磷矿、硫化矿和砂矿等。

特别值得一提的是，海底蕴藏着巨量的石油和天然气。据有关资料介绍，全世界的海底石油储量约为1350亿吨，天然气约为140万亿立方米。目前海底石油的产量约占全球石油总产量的40%，预计到本世纪末，全世界海底石油的产量将达到13亿吨，约占当时世界石油总产量的一半。海底油气大多储藏在叫做“大陆架”和“大陆坡”的底下。

这“大陆架”好比是大陆身上穿的短裙。它由海边逐渐延伸到海中的200米深处，看上去又像是大陆伸向海中的边架，所以人们形象地给它取了个“大陆架”的名字。而由大陆架到深海之间，还存在一段比较陡峭的斜坡，这就是所谓的“大陆坡”。

大陆架和大陆坡的浅海区域，古时候在这些地方生活着许多的海洋生物，加之江河入海时常将大量的泥沙带到这里，这就为石油和天然气的形成创造了极为有利的条件。因此，在大陆架和大陆坡的海底蕴藏着极其丰富的石油和天然气资源，其数量达全球油气资源的三分之一。根据勘探结果，这些油气资源大都集中于中国的近海、中东波斯湾、西非几内亚湾、北海和墨西哥湾等海区。

对海底油气田进行钻探开采的历史，可以追溯到18世纪90年代。起初只是在近海岸的沼泽地带进行开采，后来才逐渐延伸至河流的入海口、海湾及大陆架、大陆坡海域的水下。

对海底油气田的开发与陆地上基本相同，都是先勘探而后钻井开采。所不同的是，海上钻探开采必须使用一种称做“平台”的操作台，因为没有平台在海面上就无法进行操作。钻机通常就安装在平台上，此外平台上还装有工作台、测试仪器和起重设备等。

1896年，美国人在加利福尼亚州的海洋沿岸用一条木筏作平台进行的海上钻探，是世界上最早的海上石油钻探。1911年，美国在它的近海区建造了世界上第一座木制平台。随着科学技术的发展，后来出现了类似于大型水压机的立柱式平台。这种在技术上较为先进的平台，可以自由地竖立在海上。

现在已经出现了适合于在各种不同水深条件下进行作业的钻井平台，包括能在水深400～1200米海域作业的“半潜式平台”；能在水深2000米以内海域作业的“自升式平台”和“升陆式平台”；能在水深1000～3000米海域作业的“船式平台”(也叫钻探船)等。这些平台已由过去的钢结构逐渐演变为钢筋混凝土结构，其规模也越来越大。

在英国北海海域安装的采油平台，其整个高度为236米，仅露出水面的部分就足有30层楼房那么高，是目前世界上最大的海上钻井平台之一。在北海海域水深达136米的海上，法国建造了一座大型采油平台。这座平台自身的重量就达60万吨。平台上有42口油井，其集油、处理和运输等各类装置一应俱全。这种大型平台的建造，是事先在港口进行预制，然后再逐一地将预制件运送到海上去定位安装。这样既能确保平台的建造质量，又能缩短建造周期，节省大量的水泥和钢材。

2007年1月16日，正在建设中的华东地区一海底原油管道。 摄影/张和平/CFP

美国加州中央河谷地区的几千口油井中的几个，石油开采工作正在进行。摄影/David McNew/Getty Images/CFP

进行海上石油开采，除了可以采用平台和采油船以外，现在还出现了一种在技术上更为先进的海底采油法，叫做“海底完井”技术。它是在海底的采油井口处安装一个封闭井口的容器，这种容器好像一间小房子一样，容器内保持着正常的气压和温度，工作人员能够在容器内方便自如地进行各种操作。工作人员事先通过乘坐潜艇下潜到海底，然后再进入容器内。

目前，全世界的海上钻井已达3万多口，已开发的油气田已达500多个，在这些油气田的开采中都采用现代化的新型钻探技术和采油技术。21世纪是海洋的世纪，海洋油气开采的前景是极其诱人的。

能源新秀——石油植物

美国有位名叫卡尔文的化学家，曾经获得过诺贝尔化学奖。在本世纪80年代，卡尔文突发奇想，他想要从地里“种”出石油来。

我们知道，石油是一种矿物，它是古代的动植物被压在地底下，经过长期高温高压的作用，再加上细菌的分解作用而形成的。从这一点来看，卡尔文想要“种”出石油也不无道理。

从1987年开始，卡尔文为了实现自己的夙愿，他到处寻找可能生产出石油的植物。有一次，他发现了一种小灌木，用刀子划破树皮后，一种像橡胶那样的白色乳汁便流了出来。卡尔文将乳汁装入瓶中，带回家后进行化验，使他喜出望外的是，这乳汁的化学成分居然同石油极其相似。后来，他又发现了另一种灌木也能流出含石油的乳汁。这样一来就更加坚定了卡尔文种植石油植物的想法。接着，他在美国加州试种了6亩地的“石油树”，结果在一年中居然收获了50吨石油。

卡尔文试种石油植物获得成功以后，美国政府专门成立了一个石油植物研究所。后来，这个研究所的科学家通过化验以后证实，在加州满山遍野都有的一种叫做“黄鼠草”的杂草，正是一种理想的石油植物，一公顷野生的“黄鼠草”能够提炼出一吨石油；而由人工种植的“黄鼠草”其含油量更高，每公顷可提炼出6吨石油。在美国还发现了一种大戟属草本植物，它含有丰富的碳氢化合物，能够直接用来炼油。它可以在沙漠和半沙漠地里生长，既不与其他植物争地，又能改善生态环境。目前美国已开始大面积种植这种油料植物。

实际上，石油植物何止美国有，世界各地也有。像菲律宾的“胡桃树”也能产石油，而且一年可收获两季。有位农民种了6棵“胡桃树”，一年就获得石油300升。巴西热带森林中有一种叫做“香波树”的乔木，其树干可高达30多米，树径可达1米。只要在树上挖个小洞，一棵大树每天出产的石油可多达二三十公斤。澳大利亚的“丛粒藻”也能提炼出石油，且其产油率还相当高。我国海南省的“油楠树”也是很好的石油植物，一棵大一点的树每天能产石油10～15公斤。在我国的台湾省，有人从澳大利亚引进一种“高冠树”，它像绿珊瑚那样流出乳汁，乳汁中石油含量很高，专家们通过研究表明，这种石油不含杂质，其质量明显优于动物性石油。

石油植物的发展，为人类解决能源危机带来了新的希望。正是在这个背景之下，“石油农业”已在全球悄然兴起。现在，美国种植的石油植物已达几百万公顷之多；英国也已开发石油植物1000多万公亩；菲律宾在几年前种植的120万公亩的“银合欢树”，6年中总共收获石油1000万桶；瑞士则计划种植10万公顷的石油植物，并希望借此能解决全国50%的石油需求量。

随着高新科技的发展，一些石油植物的深开发研究已逐渐进入实用阶段。例如：用木屑生产石油，其转换率可达70%；使用蒸气蒸馏技术来处理桉树，从每公顷桉树可提炼石油20多吨。这一切，都给人以极大的鼓舞，它使人们看到了解决能源危机的新曙光。专家们预言，21世纪将是石油农业新星耀眼的时代。