‘壹’ 海洋石油勘探技术特点是什么
海洋油气勘探与陆地油气勘探尽管有一些共同之处,但相比之下,其不同处则更为关键。在勘探方法上,陆地上的油气勘探方法与技术在海洋油气勘探中都是适用的。但是,受恶劣的海洋自然地理环境和海水物理化学性质的影响。因此,海上油气勘探的投资大幅增加,一般是陆地油气勘探投资的3~5倍。勘探投资主要体现在海上钻井设备的设计与制造、海上钻井设备的搬迁拖航、海上油气的集输、海上钻井施工过程中的后勤补给、海上钻井工程技术人员的工资与保险等方面。这些勘探投资都要比陆地大得多。但是,海洋石油勘探也具有一些优势,由于交通便利和使用特殊的仪器设备,海洋油气勘探具有极高的工作效率。在海洋地震勘探中,地震船沿测线边前进边进行测量施工作业,施工作业效率比陆地地震工作效率高。
一、海洋石油勘探与陆地油气勘探技术差异
1.自然地理环境的差异
从海洋的自然地理环境可以看出与陆地油气勘探相比较,海洋油气田勘探人员必须要克服澎湃汹涌的怒涛、狂风掀起的海浪的影响。海上的台风所形成的巨浪常常威胁到各国石油勘探开发公司的人员安全和财产安全。勘探人员的活动空间仅仅限于勘探船或钻井船上,而不能像在陆地上那样具有较大的活动空间。
2.勘探方法的差异
从理论上说,陆地上的油气勘探方法和技术在海洋油气勘探中都是适用的。但是,受恶劣的海洋自然地理环境和海水的物理化学性质的影响,许多勘探方法和技术都受到了限制,例如,陆地上的地面地质调查法在海洋中就很难大规模展开;陆地上的重力、磁、电勘探到海洋中就要转到勘探船上进行,并且测量的结果在一定程度上受到海水深度及海水物理化学性质的影响。由于受海水深度及取样难度大的影响,海洋油气地球化学勘探近几十年来发展缓慢。
3.钻井工程的差异
与陆地上简单的井架钻井相比,海上钻井工程设备的结构要复杂得多,主要包括坐底式平台,小型自升式平台,大型自生式平台,钻井船和半潜式平台等。由于海洋自然地理环境的影响,海上钻进工程设计时除了要考虑风浪、潮汐、海流、海冰、海啸、风暴潮、海岸泥沙运动的影响外,还要考虑海洋的水深、海上搬迁拖航等因素的影响。海洋钻井工程的结构设计更复杂,制造成本是陆地井架钻井工程的几倍甚至几十倍。
4.投资及风险的差异
由于受到海洋特殊自然地理环境的影响,与陆地油气勘探相比,海上油气勘探的投资大幅度增加,一般是陆地油气勘探投资的3~5倍。勘探投资主要体现在海上钻井设备的设计和制造、海上钻井设备的搬迁拖航、海上钻井施工过程中的后期补给、海上钻井工程技术人员的工资和报销等方面,这些勘探投资都要比陆地上大得多。尽管目前的天气预报可以提前为海洋油气田勘探开发提供有价值的气象资料,使海上工程技术人员能够对风浪等恶劣的自然条件采取一些有效的措施,但是每年都有一定数量的海上钻探事故,导致经济和人员的损失。随着海上油气勘探快速的发展,这种油气勘探的风险在潜移默化地增加。
5.海洋钻探与内陆基底之间的联系
海洋油气开发的重要手段是钻探工作,海上钻井平台与陆地之间的联系是海洋油气勘探必须解决的问题。目前各国海上油气勘探开发与内陆基底之间的联系主要有船舶联系、海上栈桥联系、海底隧道联系、直升机联系。
6.导航定位技术差异
在茫茫无际的海上,毫无地形地物标志,如何进行导航定位,如何克服海浪所导致的勘探船体摇晃的影响,是海洋油气勘探与陆地油气勘探的又一差别。目前海洋油气田勘探一般主要采用两种导航与定位技术、无线电定位技术、卫星定位系统。
7.海洋比陆地油气勘探的优势
虽然海洋自然环境的特殊性使得海洋油气勘探受到了巨大的限制,但是大陆架特殊的地质构造和沉积条件使得海洋油气勘探具有一定的优势。海洋油气田多具有岩性单一、埋藏不深、油气层厚度较大、分布范围广、连通性好、油气藏类型多样、油气层压力大、能量较高等特点,所以开采效率较高。同时,由于交通便利和使用特殊的仪器设备,海上的油气勘探具有极高的工作效率。
二、海洋油气勘探方法与技术
1.海洋油气地质调查
(1)海岸、岛屿和浅滩的地质调查。
(2)潜水地质调查。
潜水地质观察是指海洋油气勘探人员身带氧气瓶、罗盘、地质锤和小铁钎等简单工具,潜入海底观察海底露头,采集岩石样品,测量地层产状要素等。1933年在里海油气勘探中首次使用此方法。此方法未得到广泛应用,主要是基岩露头被近代沉积覆盖等原因。
(3)海洋航空地质观测。
只能在岩性分异良好,基岩直接露于海底的浅海地区进行,海水的水深一般不超过10~12米。可以得到海底构造最真实、最细致的地质资料,并且成本比较低。
2.海洋地貌调查
(1)海洋地质制图。
(2)海洋地球物理勘探。
海洋磁力测量:主要是精确地测定地下岩石中磁化强度不同所引起的局部地磁异常。
海洋重力测量:按工作方式的不同,可以将海洋重力仪分为两大类,就是海底重力仪和走航式船舷重力仪。
3.海洋地震勘探
如同大陆地震勘探法一样,海洋地震勘探法也是目前在海洋油气勘探过程中运用最广泛的方法,充分利用了海洋便利的交通条件。在海洋油气勘探的初期,震源使用炸药震源,现在普遍采用的是非炸药震源,应用最广的是气枪震源和电火花震源。近年来,在海洋地震勘探中更多的是采用一种在船尾平行拖曳三条漂浮组合电缆的宽限剖面工作方法,这种新的工作方式可以提供主剖面附近地下地层三维空间概念和可改善的信噪比。
4.海洋钻井
目前,海洋油气钻井主要有固定式钻井平台和活动式钻井平台。
‘贰’ 海上石油钻井是什么
海上石油钻井是在大陆架海区,为普查勘探海底石油和天然气而进行的钻探工程。钻探深度一般为几千米。目前,最深的海上石油钻井可达6000多米。
海洋石油钻井与陆地相比,主要有四点不同:一是如何在水面之上平稳地立起井架,并要经受得住风浪的袭击;二是在转盘至海底之间,如何建立一个特殊的井口装置,把海水与井筒隔绝开来;三是海洋钻井直井少斜井多,在海上钻井,必须有保证钻机等钻井设备正常工作的海洋钻井平台;四是海洋钻井费用高,要比陆上钻井高3~10倍。
海上钻井装置按其结构特点可分为固定式和移动式两类。前者包括桩基式平台和重力式平台两种(图6.5);后者又分为座底式平台和浮动式平台。座底式平台包括自升式平台和沉浮式平台;浮动式平台包括浮式钻井船和半潜式钻井平台两种。在使用浮动式钻井平台钻井时,平台井口和海底井口是固定不动的。这种井口装置类似于陆上钻井导管的加长,用以隔绝海水,连接海底井口和平台井口,造成钻井液返回的通路。这种固定不动的井口导管,可以用打桩的办法打入海底一定深度,或者在海底钻出一定深度的井眼,然后下入导管,并与平台基础构架紧固在一起,从而达到能够正常钻井的要求。
在使用浮动式平台钻井时,井口装置就比较复杂。由于海水的运动,整个钻井装置就会发生升降、平移、摇摆活动。这样,平台井口与海底井口之间,即产生相对运动。因此,这种井口装置必须装有能够伸缩和弯曲的部件,也能随着水面和水下两个井口的相对运动而活动着,否则就不能适应正常钻井的需要。
图6.5海上钻井平台
这种井口装置,主要由三个系统组成。
(1)导引系统。包括井口盘、导引架以及导引绳张紧机构等。导引系统的作用是引导井口装置和其他部件对正,以便安装和拆卸;引导钻具和其他下井工具进入海底井口。
(2)防喷器系统。海上钻井的安全防火是非常重要的。为了安全钻井,一般要求装有三个防喷器:一个钻杆防喷器,一个全闭式防喷器,一个万能防喷器;或者用两个钻杆防喷器,一个全闭式防喷器。防喷器开关闸门安装在近海海底的水域中,不在平台上,所以必须遥控。在钻井过程中,因为每次固井要换井口,或因改变钻具尺寸需要换防喷器芯子等。为了拆装方便迅速,而且当水深超过潜水员的潜深能力时,仍能准确拆装,所以需要有遥控连接器或快速接卸器等部件。
(3)隔水管系统。隔水管系统装在防喷器的上部,由隔水管、伸缩隔管、变曲接头和隔水管张紧器等组成。其作用是隔绝海水,导引钻具入井,形成钻井液回路,并且承受浮动平台的升降、平移运动。其中伸缩隔管和弯曲接头就是分别解决升降、平移运动的装置。隔水管张紧器是防止隔水管在海浪、潮流的作用下产生弯曲,以免影响它的寿命和工作。因此,要有较大的张紧力来维持隔水管正常的工作状态。
以上三个系统的完整装置,就构成了海洋钻井特殊的水下井口装置。
‘叁’ 二战时,世界各主要大国会开采海底石油吗
当时勘探和开采技术都很差,即便有开采的,产量也很小,海底石油开采技术从100年前就开始研究,但直到1950年之后才真正有一些进展,二战时期几个大国多半不会过于关注海底石油开采,因为海上无法形成有效防御,敌人几颗炮弹或许就能让你耗费巨量金钱和力量搭建起来的海上作业平台变成一堆废铁。
本世纪初,几乎所有石油商人都相信有大量石油埋藏在海底,既然是地壳变迁的压力把远古时期的有机物转化成了石油,那么海底的有机物肯定也会受到地壳变迁的影响。海底确实有石油,但令人着急的是没办法开采。这就好比是一个人走在沙漠中,看见了冰雪覆盖的山峰,救命之水近在咫尺,但却没办法取来饮用。
到海裏碰运气
20世纪40年代早期,美国一些小型石油开采商发现已经越来越难在德克萨斯、加利福尼亚和怀俄明州的油田中抢占到好的钻探点了。科尔·麦吉(Kerr-McGee)是俄克拉荷马的一个独立小公司,该公司的总经理觉得公司不断受到同行的排挤。公司的管理人员根据地质报告推断:世界上大部分地区的大陆架不过是大陆的延续,因此,如果在大海边的大陆底下发现了石油,你肯定也会在海底找到石油。
科尔·麦吉公司决定碰碰运气,于是他们开始对墨西哥湾附近的陆地进行地震勘测。早在1938年,科尔·麦吉公司就开始在阿拉巴马州的墨贝尔湾(Mobile Bay)进行勘探,在第二次世界大战快结束时,他们又租了密西西比河流域的密西西比海峡以东50万亩土地进行勘测。他们在这两块土地上都没发现值得钻探、开采的东西,而租期马上就要结束了,但是这家公司积累的水下石油勘探经验很快被应用在靠近路易斯安那州泰勒伯恩县一片海域的探测中。
土地测量部门又把这片海域划分成几块正方形,1946年,科尔·麦吉公司花了31.7万美元的高价获得了两块土地的石油开采权,这两块土地加起来大约80平方公里,它们被称为28区和32区。
地质学家看了一下该区的图表,他们发现有一个盐丘状的结构掩埋在沉积物下面。对于石油勘探者来说,找到了盐丘就好像是看到一个闪烁的霓虹灯,代表这有石油。盐丘就是盐受到挤压,在地球表面形成的硬块,石油和天然气被包裹在盐丘内部的各层之间。
探测人员采用了权威的爆破法进行探测,他们对盐丘实施了小型爆破,记录了声波返回所用的时间。爆破法帮助他们提前了解了岩床的大致情况,但是无法彻底揭开它的神秘面纱——盐丘裏到底都有什么东西,沙子、页岩、石灰石还是石油?想弄清楚盐丘内部物质成分的唯一办法就是花几十万美元把它租下来,然后在这儿放上起重机,开始打井。即使是这样,一口探井能够发现石油或天然气的几率仅为13%。有时地质学家需要依靠直觉为工作人员指点打井的正确方向。
水下开采石油的历史
在包括美国在内的许多地方,从水中开采石油的历史可以追溯到很早。19世纪90年代,石油工人就开始在加利福尼亚州圣塔巴巴拉海湾(Santa Barbara)附近进行勘探,他们甚至还建造了码头以寻找更佳的钻探点。委内瑞拉的石油工人为了钻探石油,还在浅湖上搭建了类似码头的站台。早在1911年,就有人在路易斯安那的喀多湖进行石油勘探,1937年超级石油公司(Superior Oil Company)和纯石油公司(Pure Oil Company)联合在路易斯安那的卡梅伦海滩附近找到了原油。但是对于这种完全看不到目标的海底石油勘探,所有人都毫无经验,只能凭运气。
解决这个难题的办法就是对陆地钻井进行改良。在陆地勘探中,一旦石油公司租赁了适宜开采石油的土地,工作队就会马上组建,起重机负责把管子吊在准备打井的地方,一个类似人的牙齿一样的钻头被接在第一根管子的前端,准备就绪之后,起重机底部的发动机通过转动那根管子,使它插入地下,这个过程叫“钻井”。随着井越钻越深,工作人员开始接上新的管子,并向管子裏灌一种俗称“泥浆”的化学混合物作为钻井液来清理钻头,并移走打井产生的废物。同时,一个金属壳将会插进钻井管和井壁之间,圆柱形的石油和岩石样本将被取出来,并进行分析,这个样本被称为“矿样”。
第一次在路易斯安那进行水下勘探花费了大笔资金。1946年,木兰石油公司(Magnolia Petroleum Company)首先在距离岸边16公里的地方发现了一个有可能开采出石油的勘探点。他们花了两个月,在浅水裏打了35米的桩,然后搭建了一个固定的平台,这个平台的高度比涨潮时的最高水位还高3.5米。码头上的工人们每天坐着蒸汽船来到站台上,他们把这个勘探平台称为木兰客栈。勘探工人们拖来了一台普通的起重机,并把它安放在钻井平台上,木兰石油公司的地质学家在275米深的地方发现了天然气,在450米深时,打出来的还是天然气,依然没有石油。
改变了海上作业模式
木兰石油公司的工作不仅仅是找到了一个干钻孔(没有发现石油的钻孔),他们把流动作业船和固定平台这两种勘探方法结合起来,科尔·麦吉公司聪明的工程师西尔(Seale)采用并完善了这种新方法。据工作人员回忆,西尔是个工作狂,他认为每天应该工作24小时,许多人都知道,西尔经常在工休日到酒吧裏抓他的工人们回来加班,所以,工人们在休息日要躲着他已成为科尔·麦吉的一个特色。
西尔来到32区工作之后,工人们就很少休假了。他改变了每天早出晚归的勘探方式,从美国海军那裏弄到了一艘大船,把船停泊在海上站台旁边,以20天为一个出海勘探周期。他把抽泥泵、管子架和其他的一些设备统统装在船上,还在二甲上为工作人员搭建了住宿舱。这是对海上勘探的一个全新尝试。如果在钻探过程中发现32区是个干钻孔,那么他们可以很容易就用船搬走大部分设备,而不用再花钜资运送设备。
西尔后来写道:“根据已有的知识和经验,我觉得应该采用一个折中的办法进行海上作业,既不能完全固定钻探设备,也不能让它们任意漂浮,把固定和漂浮结合起来更符合逻辑。”西尔的做法是对已有技术的大胆整合,他把钻机、深海码头和运输船结合在一起使用。这种做法只是对陆地上的设备进行水上复原,而它们依然按照在陆地上的工作状态进行运转。建在水上的勘探平台像是湖裏的船坞,打桩机被运到指定地点开始打桩,木制的平台被钉在恰当的位置上,平台中间还为钻杆留了个洞。运输船把起重机运来,工人们把它安放在那个预留孔的上方。所有这些步骤的执行都很严格,唯一能够移动的是停靠在勘探平台边上的运输船,它为抽泥泵、管子架和工作人员提供安身之处。
来自各方的威胁
在这个过程中要克服的一个最大的障碍就是海底松软的泥沙带来的困难,确保站台始终保持垂直状态。科尔·麦吉公司的工程师们认为,在海底10米厚的泥沙都是淤泥,因此打桩至少要打到海底以下15米的深度。据一位早期的钻探工人回忆说,“海底的泥沙都比较松软,有时一根钢桩要打到45米深才能固定住。”
科尔·麦吉公司聘请塔尔萨市的一家生产商制作钻探设备,但是1948年2月23日,新设备刚刚安置好,就发生了意外。一组工作人员正在小心的操纵着吊车想要把钻探设备从运输船转移到平台上,这时钓钩断裂了,价值55000美元的设备沉入了大海。
伯尔尼·考特尼(Burney Courtney)是一位依然健在的钻井工人,他回忆说,“当时,没人知道自己究竟在做什么,工人们每天的工作都被详细地记录下来。那时的海上生活十分艰难。”
第二次世界大战之后,路易斯安那沼泽地的捕虾业空前繁荣,许多捕捞船的船长们都忧心忡忡地在海上观望着科尔·麦吉公司的石油勘探船,他们担心一旦有石油涌出来,周围海域的虾可能就要死光了。捕虾人用他们自己的方法干扰石油工人作业,有人甚至向勘探展台开枪恐吓。考特你回忆道,还有人恐吓说要炸掉打桩机。但是,当捕虾人意识到石油开采行业并没有危及他们的生计时,也就不再滋事了。现在,摩根市(Morgan City)每年都要举行一次类似捕虾和石油节的庆祝活动。这一活动还在1953年被改编成电影《轰鸣的港湾》(Thunder Bay)。
对于石油勘探工作人员来说,除了捕虾人和飓风等天气因素之外,更大的阻碍是1947年6月23日美国最高法院经过长时间的讨论,最终决定支援联邦政府的主张,将加利福尼亚海岸外3公里以内石油储量丰富的海域收归政府所有。科尔·麦吉公司对路易斯安那的租用权受到了质疑,但是该公司的勘探工作人员并未因此而停止工作,他们在飓风季节依然坚持勘探
‘肆’ 海洋石油钻井平台上的工人都干什么活
一个平台工种有很多,陆地常见的工种平台上也有,比如焊工,钳工,吊车司机等,还有一些就是钻井专业的工种有水手长,钻台工,泥浆工,套管队,打井队等很多分工。
‘伍’ 为什么科学家要深入到海底打钻井
1991年12月17日,渤海油田钻成了中国最深的水平井。那么,为什么科学家想要在深海钻探呢?石油公司在海底钻探,以寻找和开发石油和天然气。在一些没有石油和天然气资源的海底,人类在过去大约40年里也钻了近2000口深海油井。为什么?原来,这是科学家为探索深海而进行的科学研究,也被称为国际海洋钻探计划。
新学科“古海洋学”的诞生也与海洋钻探密切相关,因为海底的深海沉积物层是数百万年来海水变化的历史档案。气候变化和生物演替的详细历史可以通过分析从海洋钻探中获得的岩心来了解。自1968年以来的40多年里,国际海洋钻探计划已经在世界所有海洋中钻探了近2000口井。它所取得的科学成就给地球科学带来了一场革命,是世界上最长、最大的国际科学合作项目之一。
‘陆’ 海底人是怎么回事
人们在探索有无太空人的同时,又开始了对“海底人”的探索。那么海底有“人”吗?当代有些科学家认为,在海洋深处的某些地方可能生活着一些智力高度发达的“海底人”。近几十年来,地球各大洋水域都曾出现过不明潜水物,它们为“海底人”的假想提供了探寻的线索。
不明潜水物最早发现是在1902年。一艘英国货船在非洲西岸的几内亚海域发现了一个巨大的浮动怪物,外形很像一艘现在的宇宙飞船,直径10米,长70米。当船员们准备靠近它时,这一怪物竟迅速地沉入水下销声匿迹了。
1963年,在波多黎各岛东南部的海水下发现了一个不明潜水物,美国海军先后派了一艘驱逐舰和一艘潜水艇追赶此物,他们在百慕大三角区追赶了500海里,美国其他13个海军机构也看到了这个怪物。人们发现,这个怪物只有一具螺旋桨。他们前后一共追赶了4天,仍未追到。有时候,它能钻到水下80000米深处,看来它不像是地球人制造的一种新式武器。
1973年,北大西洋公约组织在大西洋上举行联合军事演习时,有艘主力舰发现一不明潜水物。当时,这个半浮海面的巨大物体,被舰队指挥官当成是不明国籍的间谍潜艇,于是一声令下,炮弹、鱼雷纷纷向它飞去。但不明潜水物没受到丝毫的损伤,当它悄悄地下潜海底时,整个舰队的所有无线电通讯设备都无法使用。直到10分钟后那个不明潜水物完全消失时,舰队的无线电通讯联系才恢复正常。
1973年4月,一个名叫彤·德尔莫尼奥的船长,在百慕大三角区附近一个名为斯特里姆湾的明湾海水里,看到了一个形如两头粗圆的大雪茄烟似的怪物,它长约40~60米,行驶速度60~70海里。它两次都是在下午4点左右出现在比未尼岛北部和迈密之间,并且都是在风平浪静的时刻。这位船长非常害怕船与它相撞,每次都设法躲开,可是往往是它先主动地消失在船体的龙骨下。
1959年2月,在波兰的格了尼亚港发生了一件怪事。在这里执行任务的一些人,忽然发现海边有一个人。他显得非常疲惫,在沙滩上艰难地行走着。人们立即把他送进格了尼亚大学的医院内。他穿着一件“制服”般的东西,脸部和头发好像被火燎过。医生把他单独安排在一个病房内,进行检查。但医生无法解开此病人的衣服,因为它不是用一般的材料缝制的,而是用金属做的。衣服上没有开口处,非得用特殊工具,使大劲才能切开。体检的结果,使医生大吃一惊:此人的手指和脚趾数都与众不同。此外,他的血液循环系统和器官也极不平常。正当人们要做进一步研究时,他忽然神秘地失踪了。
这是一个什么人?他来自何方?人们一无所知。
有的科学家认为,是外来文明匿身于海底,因为那种超级潜水物体所显示的异乎寻常的能力,实在是地球人所望尘莫及的。海洋是地球的命脉,因此存在于地球本土之外的某些文明力量关注于我们人类的海洋是必然的。超级潜水物也许已经拥有它们的海底基地;至于它们的活动当然不是为了和地球人搞“捉迷藏”的游戏。海洋便于隐藏或者说潜伏,这已是事实;但更主要的,海洋能够提供生态情报,这已经足够了。假如说未来的某个时候发现了并不属于地球人的海底活动场所,那么也不是什么奇怪的事。因为人们对外来文明力量存在于地球水域中的事实早已预料到。
也有的研究者认为:不明潜水物的主人来自地球,不过他们生活在水下,甚至生活在地下。
据说,1968年1月,美国IC石油公司的勘探队在土耳其西部270米的地下,发现了深邃的穴道。穴道高约4~5米,洞壁非常光滑,如人工打磨一般。但穴道没有尽头,不知延伸至何处,左右又连接着无数的穴道,宛如一个地下迷宫。在其中一处,有一个身高4米的白色巨人,忽然莫名其妙地出现在勘探队员面前。巨人在手电光下闪闪发亮,发出雷鸣般的吼声,那声浪竟然撤倒了所有的勘测队员。如果此事确凿,那巨人便是生活在地下的高级生物了。
也许在地下确实有一个为我们所不知道的世界。百慕大魔鬼三角是那个世界通向地面的出入口。水下不明潜水物是那个世界派遣到我们这个世界来的探测器。但对于这些还没有一个科学的依据,有待进一步研究。
‘柒’ 世界海洋石油发展历程
海洋油气的勘探开发是陆地石油勘探开发的延续,经历了一个由浅水到深海、由简易到复杂的发展过程。
1887年,在美国加利福尼亚海岸数米深的海域钻探了世界上第一口海上探井,拉开了海洋石油勘探的序幕。
1920年,委内瑞拉在马拉开波湖利用木制平台钻井,发现了一个大油田。
1922年,苏联在里海巴库油田附近用栈桥进行海上钻探成功。
1936年,美国在墨西哥湾的海上开始钻第一口深井,1938年建成世界上最早的海洋油田。
1947年,美国在墨西哥湾发现第一个近海油田,标志现代海洋石油开始。
1951年,沙特阿拉伯发现了世界上最大的海上油田。
1964年,英国开发北海油田。
1967年,我国渤海海1井发现工业油流。
20世纪70年代,尼日尔爾利亚开发西非海上油气。
20世纪80年代,巴西加大深海油气勘探开发技术研发,到90年代为其油气产量的大幅度增加奠定了基础。
20世纪90年代至21世纪初,南中国海域成为开发的热点,北极地区得到更多重视。
几十年来,5000多亿桶的海洋石油发现可大致分为以下3个勘探阶段。
第一阶段为1940—1972年。在此期间,美国墨西哥湾于1947年获得第一个近海石油发现,在波斯湾发现了第一批超大型油田,在西非获得第一个海上发现,后期在北海获巨大石油发现。另有两个重大发现分别在澳大利亚和中国。该阶段总共发现石油1980亿桶,年均发现83亿桶,发现规模平均7.7亿桶。
第二阶段为1973—1990年。在此期间,北海、墨西哥、里海、俄罗斯的北极地区都有重大发现,美国墨西哥湾和巴西先后于1983年和1984年发现了本区的第一个深水大油田。另外,印度和加拿大在近海各获得一个重要发现,西非、澳大利亚、美国墨西哥湾浅区继续有所发现。在该阶段,石油发现总计达1710亿桶,年均95亿桶,平均规模为1.35亿桶。
第三阶段为1991年至今。在此期间,巴西、安哥拉、尼日尔爾利亚、美国墨西哥湾4个主要地区找到深水重大发现,不过在北海、里海、中国也有几个重大发现,澳大利亚、西非浅水区、波斯湾的发现规模较小。在此阶段,石油发现总计1210亿桶,年均发现80亿桶,发现平均规模1.16亿桶。其中,深水和超深水发现440亿桶,年均30亿桶。
海洋油气的开发与海洋钻井是分不开的,海洋钻井的大致历程如下:
1897年,美国在加利福尼亚州Summer land滩的潮汐地带上首先架起木架平台,钻出第一口井。
1897年,美国人H.L.Williams建造了与海岸连接的栈桥,可打多口井。
1911年,世界上第一座固定平台钻井装置矗立在美国路易斯安那州的Caddo湖上。1925年,苏联在里海建造的人工岛上进行石油钻井。
1932年,美国得克萨斯公司造了一条钻井驳船,到路易斯安那州Plaquemines地区Garden岛湾打井,这是人类第一次浮船钻井。
1933年,美国利用驳船在路易斯安那州Pelto湖打了“10号井”,进尺5700英尺,成为首座坐底式钻井平台。
1937年,由木桩插入水深4.3米泥底的、距海平面高4.6米的钻井采油平台,首次在墨西哥湾的海上平台钻井,获得日产85.9立方米的海底石油。
1947年,John Hayward设计了一条“布勒道20号”平台,标志着现代海上钻井业的诞生。
1954年,第一条自升式钻井船“迪龙一号”问世,带动了固定式平台的发展。
1956年,美国雪佛龙公司在加利福尼亚州近海完成了世界上首次海洋采油井最深的采油纪录,采油井深达4036米。
1962年,壳牌石油公司用世界上第一艘“碧水一号”半潜式钻井成功,有了向深海发展的工具。
1967年,我国渤海海1井发现工业油流。1968年,一条设计完善的“格洛玛挑战者号”动力定位船开始在深海进行科学考察。1971年,美国Hunt石油公司在路易斯安那州近海开创了采油井深度为6248米的海上深井的采油纪录。
1979年,世界海洋石油钻井工作水深接近1500米。
1983年,由欧洲经济共同体财政支持建造的第一座张力腿平台(TLP)于1984年在北海Hutton油田安装投产。
1989年,在美国墨西哥湾587米水深TLP平台投入使用。
1998年,中国东海平湖油气田向上海供气,结束了中国东海不生产石油和天然气的历史。
2001年,海洋采油井最深纪录达7088米。2001年,墨西哥湾钻井水深达2964米。2002年,雪佛龙公司钻井垂深达9210米。2003年,雪佛龙德士古公司在美国墨西哥湾钻井工作水深突破3000米。
2004年,菲利普斯石油公司在园丁湾水深1425米投产采油。
图2-8世界主要海洋油田数目的分布
如图2-8所示,目前,在世界海洋中已找到了581处油田。其中,欧洲和地中海25个,北海110个,意大利、北亚得里亚海20个,黑海和里海17个,南美洲43个,非洲近海27个,西非近海85个,波斯湾60个,印度次大陆沿岸海域2个,远东近海23个,印度和马来西亚近海15个,澳大利亚东部和新西兰近海3个,澳大利亚西北大陆架12个,南部吉普斯兰德海盆19个,北海近海44个,美国墨西哥湾16个。
‘捌’ 美国墨西哥湾原油泄漏事件的事故调查
墨西哥湾原油泄漏事件内部调查报告,在历时4个多月之后,终于出炉。英国石油公司将大部分责任,推给了油井的所有者、瑞士越洋钻探公司,以及负责油井加固的美国哈利伯顿公司。而对自己的责任,报告的总结只有简单一句:没有正确解读油井的安全测试结果,没能“防患于未然”。
被泼了脏水的越洋钻探公司随即发表声明,指责英石油在油井的设计、施工过程中,作出一系列节省成本的决定,增大事故风险。
此外,事件中最重要的证物——失效的防喷阀,在2010年4月4号出水后,至今没有接受检测分析。
另据报道,美国海洋能源公司位于墨西哥湾的一座钻井平台昨天发生火灾,这是一周内,这家公司第二座在墨西哥湾的钻井平台发生火灾。火已被扑灭。 新华网14日消息,德国柏林工业大学石油地质学家威廉·多米尼加国日前指出,美国过早开放深海石油开采以及英国石油公司忙赶工期是导致墨西哥湾原油泄漏的主要原因。
工人在钻井底部设置并测试一处水泥封口,随后降低钻杆内部压力,甲烷在海底通常处于晶体状态。深海钻井平台作业时经常碰到甲烷晶体。这个甲烷气泡从钻杆底部高压处上升到低压处,突破数处安全屏障。
2010年4月20日事发时,钻井平台上的工人观察到钻杆突然喷气,随后气体和原油冒上来。气体涌向一处有易燃物的房间,在那里发生第一起爆炸。随后发生一系列爆炸,点燃冒上来的原油。当时升起一片“气云”,罩住“深水地平线”。钻台大型引擎随即爆炸,到处都是火。“深水地平线”沉没后大量漏油,威胁周边生态环境。这座钻井平台配备的“防喷阀”也成为调查重点。一个“防喷阀”大如一辆双层公交车,重290吨。作为防止漏油的最后一道屏障,“防喷阀”安装在井口处,在发生漏油后关闭油管。但“深水地平线”的“防喷阀”并未正常启动。
“深水地平线”装备一套自动备用系统。这套系统应在工人未能启动“防喷阀”时激活它,但当时也没有发挥作用。事发后,英国石油公司企图借助水下机器人启动“防喷阀”,未能奏效。美联社报道,自从联邦政府监管人员放松设备检测后,数年间数座钻井平台的“防喷阀”未能发挥应有作用。 奥巴马政府在漏油事故中确有应对不当之处。首先政府在危机应对上相对迟缓,各界压力逐渐聚焦到政府身上。事故发生之初,政府没有认识到危机的严重性,对英国石油公司大加批评并称应由其担负全部责任。
其次,从初步的调查结果来看,政府缺乏监管也是一大原因。一份2008年的报告显示,负责出租钻井平台的矿产管理局的监管人员玩忽职守,对有关安全警告置若罔闻,收受被监管公司的礼物,甚至与石油公司员工发生性关系。更早的活动报告显示,管理局曾允许被监管的石油公司用铅笔自行填写检查报告。在矿产资源管理局局长伯恩鲍姆辞职之前,该局负责近海油气开采的项目副主任厄于内斯已被解职。
专家指出,墨西哥湾漏油事故对美国政治和经济的影响不可低估。一方面,奥巴马政府在推进能源战略方面将暂时受阻。此前不久,奥巴马刚宣布解除近海石油钻探禁令,同时还鼓励海底钻探和核能开发,但漏油事故表明这些计划也存在巨大的风险,一些项目将不得不被搁置。另一方面,漏油事故不仅危及到沿岸各州环境,也给几个州的经济造成重创。奥巴马个人的支持率将因此受到影响,如果事故的影响不能很快消除,民主党在中期选举中难免因此“丢城失地”。 美国墨西哥湾“深水地平线”钻井平台爆炸起火引起原油泄漏一月有余,英国石油公司终于以“截管盖帽法”控制了绝大部分的漏油,但是否能像盖瓶塞样滴油不漏,值得观察。
美国政府与英国石油公司先后试过火攻法、化学分解、围栏沙坝、人工岛、引流法、人发干草吸附法、虹吸法、灭顶法、“小金钟罩”等等各种方法,均收效甚微或无果而终。有关方面在网上征求了近7800条来自全世界网民的建议,最奇特的方法还有“核爆法”和制作长宽两英里的蜂窝水泥大盘法等。在最后成功之前,人们只能一次又一次地耐心等待着试验结果,墨西哥湾已在“咳嗽”的海豚只好游走他乡,其他各种海洋动物和鸟类也只能听天由命。
“深水地平线”事故造成1500米深海的原油泄漏,是历史上首次发生在超过500米以上深海的原油泄漏。与海面航行的大油轮漏油相比,其危害更大、更隐蔽。
首先,由于海面与深海底的压力、温度有很大不同,大量原油喷涌并向上漂浮过程中,呈现一种“羽毛”状逐步分散的形态:即在海底都是从一个漏油口喷出(像羽毛的根),在上升过程中就会变成羽毛状,直到海面时,就像一个伞面盖在海面上,并且会以油团或油、水、气的混合物在海底、海水中和海面上流动、凝固或分散漂浮。而遇到洋流时,这些油水混合物可能随着深层洋流漂动,不仅可能漂出墨西哥湾,还可能漂向世界其它大洋,而在海面上却什么也看不见。
其次,由于生活在海水不同层面的海洋生物各自的生存环境不同,彼此既独立又相互为食物链,某一层的海洋生物死亡,将会造成食物链上层的许多生物难以生存。此次深海漏油可能直接破坏墨西哥湾海水不同层次的生物和鱼类,无数海洋生物将因此遭到扼杀。
除此之外,许多我们还无法检测的破坏、影响可能会在若干年以后才冒出来,这就像人类对温室气体的理解过程一样。1989年阿拉斯加发生的油轮泄漏事故造成的海洋生态破坏至今没有完全恢复,就是一个例证。
美国拥有雄厚科技和经济实力,但面对海上原油泄漏这样危及全人类海洋安全的巨大全球公共问题时,显得如此无力、无助和无奈。
这次事故无疑向人们发出了警示,同时也提出了一系列问题:一、尽管美国总统奥巴马称原油泄漏是“一场史无前例的灾难”,是国家级的重大事件,但最终结果也只能是谁惹事谁管事,事件的专业性让他人甚至是当事国政府也无能为力。二、石油公司将油井从陆地钻到海洋,并向深海延伸的进程昭示了石油资源的紧缺和开采的复杂性。原油泄漏事故不断增加且后果日益严重,这彰显了“石油最后的疯狂”,还是表明未来的海上采油越来越像是打开潘多拉盒子的游戏呢?三、本次事故客观上为新旧能源辩论大战提供了一个喘息机会,给美国国内关于新能源和近海采油争论的双方打上一针清醒剂。因此,它也可能成为奥巴马政府新能源战略的一个转机。四、时至今日仍未找到有效解决办法,这是否表明世界上还缺少一个有力、有效防范和制止此类灾难的专业性应急组织与应急机制呢?
墨西哥湾泄漏的岂止是原油
将持续刷新的“美国之最”
由英国石油公司租赁经营的“深水地平线”钻井平台在4月20日发生爆炸时,没人能够预测灾难的规模。上周,美国政府估计,原油泄漏量为每天50万加仑到近80万加仑之间,的泄漏总量在1970万加仑到4300万加仑之间,已成为美国历史之最。
堵漏措施的失败,使原油泄漏将至少持续到8月。白宫能源顾问布劳纳表示,“我们对最坏情况有思想准备”。
1979年,墨西哥发生了世界和平时期最大规模的原油泄漏事件,该国代号为LXTOC1的油井共向尤卡坦半岛附近海域泄漏了1.4亿加仑的原油。有关方面花了10个月时间,打好两个减压井,才最终阻止这场灾难。
此次墨西哥湾原油泄漏何时停止,是否有可能成为世界之最,还不得而知。英国石油公司的发言人日前表示,该公司也不知道整个油田储存了多少原油。
1、失望的技术手段
英国石油公司已准备好实施下一套堵漏方案,计划使用机器人潜水艇从漏油点切断受损输油管道,然后在管道上方安装一个堵漏阀门。这套方案最早可能在本周三实施。但一些专家提醒,如果切断了管道却装不好堵漏阀门,日漏油量反而可能增加20%。
从根本上阻止原油泄漏的方法仍是针对同一个储油构造打两口减压井。打第一口减压井的工作在2010年5月2日就已开始,但这一措施要等到8月才能初步见效。有关专家称,打减压井一次成功的可能性几乎是零。如果三四次就能成功,已经算是幸运。减压井的成功,要求新的钻孔必须准确地横穿漏油油井。如果不成功,只能堵住新孔,重新再试。随着钻井工作深入海床,工程进度也将日益放慢,因为压力不断增加,井管放置到位所需的距离越来越长。如果减压井也失败,原油泄漏时间就很难预估了。最终只能等到油井口坍塌或整个储油构造的压力自然降低到不再喷油的程度。
由于油井处于飓风路线上,如果飓风来袭,减压井工程肯定要中断。美国历史上最严重的三场飓风,1965年的“贝斯蒂”、1969年的“卡米尔”、2005年的“卡特里娜”,全都吹过了此次漏油事故地点。
2、生态忧虑
随着原油污染的持续恶化,已有更多出海清理石油的工作人员和沿岸居民出现头晕、恶心等症状。一些专家认为,从生态保护的角度来看,此次漏油事故的发生地点无法更坏。向南,是濒危的大西洋蓝鳍金枪鱼和抹香鲸产卵和繁衍生息的地方。向东、向西,是美国弗罗里达、亚拉巴马、密西西比和得克萨斯州的珊瑚礁和渔场,向北,是路易斯安那州的海岸沼泽地。
在受害最严重的路易斯安那州,超过125英里的海岸线被浮油侵袭,污染正一点一点毁灭沿岸生态。飓风季的来临将使原油污染进一步恶化。2010年的飓风季将是2005年卡特里娜飓风以来最为活跃的一季。美国“飓风季”自6月1日开始,至11月结束。美国国家海洋和大气管理局预报,2010年将生成14场至23场热带风暴,其中7场可能升级为强烈飓风。一些专家担心,热带气旋经过墨西哥湾时可能将泄漏原油裹挟其中,成为“黑色风暴”,在登陆后可能将原油洒向更广阔的范围。
墨西哥湾沿岸的沼泽通常对飓风能够起到缓冲作用,减轻内陆地区所受冲击。“黑色风暴”的最糟糕影响在于长期破坏沿岸沼泽,那将令包括新奥尔良在内的许多地区失去“屏障”,遭风暴袭击时更加脆弱。路易斯安那州近几十年来湿地面积大幅减少,湿地生态系统脆弱。原油侵袭的进一步加剧,将使湿地生存能力受到严重威胁。
3、政治飓风
空前的环境污染及接踵而来的旅游业、渔业危机,令美国国会议员和沿岸居民对英国石油公司和奥巴马政府的不满加剧。奥巴马曾经批评此次原油泄漏是一场“人为灾难”,试图反击针对政府反应速度和力度的批评。但令他两难的是,尽管他宣称美国政府在主管善后事务,但似乎只有英国石油公司能阻止原油泄漏。
奥巴马第二次视察原油泄漏灾情后,美国政府已经宣布,将增加投入两倍的资源用于治污工作。但随着原油污染的加剧,英国石油公司的事故责任正日益凸显;而有关奥巴马政府的“领导责任”问题的争论,也使人们隐约嗅到一场政治“飓风”的味道。
‘玖’ 海底石油的石油勘探
石油勘探,就是考证地质历史,研究地质规律,寻找石油天然气田。主要要经过四大步骤,即:确定古代的湖泊和海洋(古盆地)的范围;然后从中查出可能生成石油的深凹陷来;第三步是在可能生油的凹陷周围寻找有利于油气聚集的地质圈闭;最后对评价最好的圈闭进行钻探,查证是否有石油或天然气,并搞清它有多少储量。下面对这四个步骤的工作内容作一介绍。(具体的石油勘探技术方法后面有专题论述) 前面已经讲到了,石油是在古代的湖泊或海洋的沉积物中生成的,油田也是在这里形成的。因此,确定古湖古海(即古盆地)所在及其范围当属是首要的。
确定古湖古海的地质依据,主要是研究岩石和化石(古代保存在地层中的生物遗体或印模、痕迹等)。通过地质家们的研究,地球上的岩石种类极多,但最基本的可以分为三大类,一是火成岩(亦叫岩浆岩),它是由地球深部的岩浆喷发到浅处或地面后,凝固而成的。电视中曾多次报导过现代火山喷发的壮观场面,因此对这种岩石的来源与形成是好理解的。二是沉积岩,前面在油气形成问题时,已谈到了它的来源与形成过程了,它就是确定古湖古海最主要的物质依据。也就是说,哪里有沉积岩,哪里就是古代湖泊或海洋,这是毫无疑问的。三是变质岩,这主要是各种岩石(包括火成岩、沉积岩),在地壳的变迁过程中因经受高温高压而改变了原来的性质变成了既坚硬又致密的另一类岩石。
古湖泊和古海洋又怎样区别呢?这主要是通过化石来确定和区分的。因为湖泊与海洋的生物特征是大不一样的。另外,即使同样的沉积岩,湖泊和海洋岩石的物理化学性质也是不一样的。简单地说,是以当时水的咸淡来分的,淡水为湖,咸水为海……。
古湖古海的保存状况对找油找气的影响十分重要,在后来的地质变迁中,或遭受过风化剥蚀,造成残缺不全;或遭到火成岩的侵入破坏;或经过严重的变质过程等等,这些情况也都要通过对岩石性质和地层保存的完整程度等方面考证其发育过程。 寻找地质圈闭是寻找油田的中心环节。任何一个找油部门对这一工作都是十分重视的。地质圈闭有大有小,有深有浅,形态各异。例如大庆油田的大庆长垣,其圈闭面积达千余平方公里,是迄今为止我国找到的最大储油圈闭。当然也有小到不足一个平方公里的,有的单独的含油圈闭只有一口油井。地质圈闭有的可以部分地露出地面,甚至一座高山即为一个完整的地质圈闭;有的埋藏很深,地表完全看不出来。我国有能力探测到的圈闭埋深,大约在五、六千米深左右,在这个深度以内,用人工地震的方法可以查得比较准确,钻井也能够得着。寻找圈闭自然也是一个由浅入深、由大到小的过程,对于深而小的圈闭,找到它当然是很困难的,它要求的技术精度、难度要比一般情况下高的多。
找到地质圈闭以后,还要对圈闭进行是否具备储油条件的研究和评价工作。一般来说,在靠近生油凹陷的地质圈闭,有利于油气运移进去,成为有希望的油田,而对其他地方的圈闭,评价就要低一些。再则各个圈闭本身的保存是否完整,可储藏油量的大小等情况也需要进行研究和评价。 对所找到的地质圈闭,里面是否储藏着石油或天然气,在没有对它进行钻井验证之前,一般是很难给以定论的。因此,对地质圈闭进行钻探,这是寻找油田的最后一个步骤,也是极其重要、极其关键的一个步骤。其重要性及关键性在于,这个步骤中所采取的一切技术和手段,它都关系到一个油田能否顺利诞生以及它的实际命运问题。
在油田发现史上有不少这样的情况:一个圈闭本来是充满了石油的,但因钻探技术及方法不当,而没有发现其中的油气,直到若干年后,人们再次认识,再次钻探时才证实是个油田;还有的在首次钻探中就发现了油层,但其中油气就是出不来或油气产量很低、结果评价为没有工业开采价值而弃置一旁,可是以后的重新钻探或经过一定的技术措施,又喷出了高产油气流。可见,钻探是发现油气田至关重要的一步,它与前面的工作关系,如同十月怀胎与一朝分娩那样,所以必须十分认真对待。
在盆地内或一个圈闭上第一口或第一批探井应该打在什么位置,这是要综合考虑多种资料以后才能确定的。其实,第一口井就找出油田来的可能性是比较小的,如新疆克拉玛依因为旁边有黑油山可以看得见,它就是第一号探井生油的。至于我国东部在覆盖区找油田,就不那么容易了,大庆油田的第一口出油井是松基3井,说明在此以前至少已有了两口空井;胜利油田的第一口出油探井是华8井,说明在此之前曾经至少打了7口干井;大港油田是在打了近20口探井以后才发现的;任丘油田的第一口出油井是任4井,在它以前,曾经有5口以上的井落了空。当然,确定探井井位也不是无章可循、完全盲目的,简单而言,以找油为目的的探井(另有以探明地层为目的的井称之为基准井或参数井)总是尽可能定在圈闭的最高位置,其理由就是油和气总是浮在水的上面。这里的所谓高是指含油层的“高”。地质结构十分复杂,因而“高”也不是绝对的高,形象地比喻:如果要钻探的圈闭象个反扣着的碗或盆,第一口探井就定在拱起的碗或盆底上;如果这个圈闭象一条竖放着的大鱼,第一口井位就定在其脊背的高处;如果圈闭象一块倾斜的板(克拉玛依),探井就定在它的上方。也有极少的例外,比如一般人的头发都在头顶上最密,但秃顶者却在头部的周围才有头发,如果一定要在头顶去剪发,只会徒劳无益,新疆准噶尔盆地就有这样的实例,五十年代在其最高处打成了一口探井,一无所获,到了八十年代又在四周较低处打井,却出了油,用“秃顶”周围的头发来比喻,确有相似之处。也有确实在“盆底”找到油的,犹如炒菜的锅里放点油,它不可能停在锅沿上,这是因为这里的地层里几乎没有水,石油不占密度差的优势浮起来,只好“沉底”了,这种实例很少,所以“高处找油”仍然是首先应当遵循的准则。
当一个地质圈闭经钻探后,有一口井获得了有工业开采价值的油气流,这就算是找到了一个油田。但是,还必须进一步把这个油田的具体范围和出油能力搞清楚。因此,在钻探过程中发现油气之后,就应立即查清油层的层数、深度、厚度,并要搞清油层的岩性和其他物理性质,还要对油层进行油气生产能力的测试和原油性质的分析。然后再进行扩大钻探,进一步探明圈闭含油气情况,算出地下的油气储藏量有多少。这样,对单独个油田来说,它的初步勘探工作就算结束了。
最后这里还需加以说明的是,在实际寻找油田的工作中,这个步骤不可能绝然分开进行,而总是相互联系、交错进行的。找有利生油凹陷的过程中,往往也同时就找到了地质圈闭;在找地质圈闭过程中,也会发现新的沉积地层或新的生油凹陷;在钻探圈闭时,也会发现新的生油层和储集层,以致给人们增加许多新的认识。总的来说,寻找油田的过程,一方面是人们对地下情况不断积累资料、深化认识的过程,一方面又是找油技术不断进步的过程。
‘拾’ 海底石油是何时,是怎样被发现的
20世纪初,有人在美国墨西哥湾的海面上,发现飘浮着一层闪闪发光油花。人们奇怪,这油花是什么?是从哪儿来的呢?人们捞起一些油花来分析,发现是石油。当地并没有在陆地开发石油,也没有人往海里倒石油。于是,有人分析,这石油不是从陆地来的,而是来自海底。就这样,人类开始了海底采油的历史。