‘壹’ 海上浮式生产储油装置
FPSO是Floating Proction,Storage and Offloading system的英文缩写，意为浮式生产储油装置。这种装置是集油气处理、储油与卸油、生活、发电等为一体的海上油气开采装置。浮式生产储油装置（FPSO）始于20世纪50年代末，大规模发展于90年代。到目前为止，全世界已有近80条FPSO在服役，它们主要分布在北海、巴西沿岸、西非沿岸、东南亚和中国。由于FP-SO具有海域适应性强、经济性好、可靠性高和可重复再利用等特点，它已被石油界广泛地用于海上油气田开发。
中国海油经过20多年的大力发展，FPSO已成为海上油田开发的关键设施之一。目前有11条FPSO在服役，还有2条FPSO正在建造之中，我国已成为世界上少数大量使用FPSO的国家。11条FPSO分布于渤海和南海，作业海域的水深从20～330m不等；FPSO的载重吨位从5万吨级至25万吨级，总载重吨位已达到140×104t。FPSO根据不同海域的环境要求，有抗冰型、浅吃水型和抗台风型；根据不同油田的使用要求，FPSO采用了新建、改造和租用的方案。现有新建FPSO的设计寿命都在20～30年以上，并能做到在20～30年的海上作业期间不解脱进坞维护，可以做到长期连续安全生产。
中国海油自从20世纪80年代的改革开放以来，于1987年为渤海BZ28-1油田建造了5万吨级的“渤海友谊”号FPSO（图13-1）；为渤海BZ34油田建造了“渤海长青”号FPSO；在南海W10-3油田上，将18万吨级旧油轮改造成了“南海希望”号FPSO，该FPSO于1998年退役；为惠州油田群改造了25万吨级“南海发现”号FPSO。在90年代中期，渤海与南海各油田上相继投产了另外5条FPSO，它们是“渤海明珠”（图13-2）、“南海盛开”、“南海开拓”（图13-3）、“南海胜利”（图13-4）和“睦宁”。“渤海明珠”FPSO是国内第一次依靠自己的技术力量，按国际标准设计建造的58000t的FPSO，用于自营油田开发，它具有冰区作业功能，设计寿命达20年，该FPSO设计建造荣获国家科技进步奖。
从1999年起，中国海油依靠自己的技术力量，独立规划设计，国内船厂建造的高标准16万吨级和2条15万吨级大型FPSO，它们是“渤海世纪”（图13-5）、“南海奋进”和“海洋石油111”（图13-6）。这3条FPSO均用于中外合作油田开发上，受到油田合作伙伴的高度评价，开创了FPSO新的里程碑。
在20多年时间内，中国海油走过了由国外规划设计FPSO到完全由国内设计建造的过程。中国海油对FPSO规划、设计、建造、操作等已积累了相当长期的实践经验，可以根据不同油田开发的使用要求和经济效益选择新建、改造和租用FPSO的方案。目前，FPSO已成为中国海油一个新兴产业，我们将以合理价格、安全可靠、优质服务向外方提供油田开发的FPSO设施。随着中小油田及边际油田开发的需求，中国海油将会出现多种多样和全新概念的FPSO。
一、浮式生产系统分类
从海上油气田开发应用方面，浮式生产系统可分为以下3种基本类型。
a．油田开发系统：油田开发系统的用途是为了经济地开采储层流体直到经济的耗损点为止，其使用期限一般都超过5年。
b．早期的、试验性的或前期油田开采系统：该系统的用途是生产储层流体，为预测油藏长期产能和最终采收率提供可靠的生产经验及数据。而这种分类的初衷并不是开采到油层枯竭，其使用期限一般为60天到2年不等，通常不超过5年。
c．钻杆测试系统及油井或油藏的延长测试系统：该系统的用途是收集关于油井产能、介质特性、油层生产特征、油藏大小及动力、生产问题、油层连续性、油井的维护以及短期油藏维护的数据，使用期限一般测试达120天。
二、浮式生产储油装置的功能
浮式生产储油装置主甲板以下的舱室主要储存生产的原油，主甲板以上的生产甲板主要布置生产处理设施、公用设施和生活模块。
1．原油和生产污水的处理
在浮式生产储油装置主甲板以上，根据生产工艺的要求设置生产甲板。生产甲板就相当于一座陆地处理厂，在生产甲板上设置油气生产和污水处理所不可缺少的设备，如加热器、分离器、冷却器、污水脱油装置、压缩机、输送泵、安全放空装置等和生产需要的其他配套设施。处理合格的原油进舱储存；处理达标的生产污水直接排海或作为油田注水的水源；分离出来的天然气作为发电机和加热锅炉的燃料，或输送到陆地供客户使用。
2．供电和供热
开发一个油田需要大量的机械设备，而要维持这些设备和生产流程的正常运转，离了电和热是不行的。FPSO利用生产过程中分离出来的废气作为燃料进行发电和加热锅炉，锅炉产生的热量供生产流程加热，而所发的电力除供给FPSO本身生产和照明用电外，还可通过海底电缆输送到各井口平台，向井口平台提供电力所需。这样，可以减少井口平台上的设备和重量，简化井口平台的布置，节约工程费用和操作费用。
3．生活基地和生产指挥中心
在FPSO上除了布置生产设施以外，还布置有供生产操作人员生活和休息的住房。FPSO主尺度较大，为布置住房提供了有利条件，住房定员从几十人到上百人。住房内除设置卧室和餐厅外，还配备了专门的会议室、娱乐室、办公室、报房和中央控制室，不但为FPSO上的操作人员提供宽敞、舒适的生活和休息环境，还可以监控整个生产流程的运转情况，为附近平台提供支援和服务，成为油田名副其实的生产指挥中心。生活住房作为单独的一个模块，可以布置在FPSO的艏部，也可以布置在FPSO的艉部。在住房模块顶部设立直升机甲板，供倒班和应急情况时使用。
4．储存合格的原油
FPSO主甲板下面的舱室，除压载水舱、燃油舱、淡水舱、机泵舱和部分工艺舱室之外，绝大部分舱室都是用来储存处理合格的原油的，其储油量从几万吨到几十万吨，相当于一座海上大油库，与其他只能储存1万～2万吨的全海式开发方案相比，具有独特而明显的优势。FPSO的设计吨位和原油储存能力视油田海域的水深和油田的产能而定，一般应能储存油田10d以上的产量，否则，需要穿梭油轮频繁地停靠外输，受气候影响较大。
图13-1“渤海友谊”号52000tFPSO
图13-2“渤海明珠”号58000tFPSO
图13-4“南海胜利”号144000tFPSO
图13-5“渤海世纪”号160000tFPSO
图13-6“海洋石油111”号150000tFPSO
5．外输合格原油
FPSO还可兼做海上输油码头，供穿梭油轮停靠，通过输油泵、计量系统和输油软管将合格的原油输送到穿梭油轮上外运销售。穿梭油轮可以侧靠也可以串靠 FPSO，选用哪一种方式，取决于油田的环境条件和操作要求。侧靠对穿梭油轮的吨位和环境条件有较大的限制，因此，在无冰海区，采用串靠输油比较灵活。串靠输油时，需配备几百米长的输油软管和相应的一些机械设备。
三、浮式生产储油装置生产系统的特点
从水深几百米、风大浪高的南海到最大水深只有30多米、冬季有海冰作用的渤海，中国海油广泛地使用了浮式生产储油装置FPSO开发海上油田，采用FPSO生产的原油产量，目前已占到中国海油国内原油产量的一大半，充分显示了这种开发装置具有诱人的特点和优势。
1．对水深和环境条件的适应性强
从水深几十米到几百米，甚至更深都可以使用这种生产系统。水浅的海域，采用固定式的结构比较经济，水深的海域采用更具灵活性的悬链式系泊结构。不论是渤海高纬度海冰地区，还是夏季受台风袭击、波涛汹涌的南海都已得到成功的应用。
2．具有风飘作用，受力条件最佳
由于浮式生产储油装置采用旋转部件与单点系泊系统相连，FPSO基本处于自由漂浮状态，不但可以自由地纵横摇摆和升沉起伏，还可以在风、浪、流、冰等环境力的共同作用下，绕单点作360°的自由旋转，使FPSO处于受力面积最小的最佳受力状态，使单点结构设计最为经济。
3．具有充裕的面积和空间
在浮式储油装置的主甲板上加设生产甲板，使浮式生产储油装置的所有面积和空间得到充分的利用，为储存原油、布置生产处理设施和公用设备以及操作人员住房提供了良好的条件。另外，还兼做海上输油码头，供穿梭油轮系泊和停靠，成为一座集生产、生活、储油和运油多功能为一体的海上综合基地。工程费用相对较低。
4．灵活机动
浮式生产储油装置常通过一些特殊部件与单点相连，在必要的时候，也可从这些连接部件方便地解脱。渤海绥中36-1油田试验区的抗冰单点，在遇到严重冰情时，可以在数小时之内完成FPSO的计划解脱，将FPSO拖到安全地点。根据环境状况和生产需要，也可以将FP-SO设计成能抵抗百年一遇最恶劣的环境条件，永不解脱。
5．可重复利用
可重复利用是浮式生产储油装置的另一大特点。这一特点特别适用于开发期较短的边际油田。当一个油田开发完成后，可以针对下一个油田的要求，对生产设施进行适当的改造和维修即可再次使用。由于改造的工作量相对较少，不但可以争取油田尽快投产，还可大大减少油田的一次性投入，提高油田的经济效益。
渤海绥中36-1油田试验区的明珠号经改造又用到了蓬莱19-3油田，而BZ28-1油田的友谊号曾搬迁到CFD1-6油田服役，目前又在进行设备的维修和局部改造，然后再回到原来的位置，为渤南油田群的开发继续使用20年。
6．施工周期较短
通过10多年的工程实践，有关浮式生产储油装置的设计和建造，国内已有了相当成熟的经验。建造一座10多万吨的浮式生产储油装置，一般只需1～1.5年的时间，与一座大型组块的施工周期差不多。另外，由于对FPSO的船型没有其他额外的要求，在油田急需投产的情况下，可以选用合适的旧油轮进行改造，在其甲板上增加生产工艺模块，然后与单点系泊系统相连，即可投入使用，这样，施工周期可以更短一些。像南海几个油田，旧油轮的改造时间大都在1年之内即可完成。
‘贰’ 怎么样油气储存与储备保障
到达目的地的原油总是立即被送往炼油厂进行加工处理。一些发达国家通常会为自己储备相当于三个月进口量的石油产品（石油和石油化工产品），自1968年以来，这种储备已成为欧洲共同体的必备。各国所采用的战略储备方式不尽相同，既有国家层面的，也有民间组织层面的，也有两者兼而有之进行储备的。比如在法国，民间组织的石油储备责任是确保各地区10天的石油消费量和15天的柴油和民用燃料用量。石油产品储存在大小不等的罐内，它们大多深埋地下。石油储备中心的管理者们的主要关注点就是安全和保密。防火自然是首要因素；但是也要严防土地和水域石油泄漏的危险，对这些储存罐应进行有规律的监测并注意防腐。
液化天然气的储存与输送。在过去的40年中，人们已经成功而安全地跨越辽阔的海域输送了大量液化天然气，这些双壳结构的船都是专门为液化天然气的输送而设计建造的。在陆地，液化天然气在特别设计建造的双层储存罐内在常压大气压力是地球大气层内任何一个给定点的压力。在绝大多数情况下，大气压力与测量点之上的空气重量产生的水静压力值非常接近。低压区域的位置上方压力低于大气压，而高压区则在其上方出现了高于大气压力。同样，随着高度增加，上覆的大气变薄，所以气压将随高度增加而减小。在横剖面上，1平方英寸的空气柱是从海平面到大气层顶部测定的，其重量约为14.61磅力。1平方米（11平方英尺）的空气柱约为110千牛顿（相当于海平面处的10.2吨质量）。条件下储存，绝大多数储存罐的混凝土外壁可厚达3英尺，罐内壁是用镍合金钢制成，这种特殊设计制造都是为确保液化天然气的低温保存。一旦在内壁出现破裂，则内壁与外壁之间的空间都会被液化天然气充填，人们用精密的监测系统对任何内部裂隙进行不间断的监测。用泵将液体从储存罐中抽出，并加热使其气化，液化天然气就可以转为天然气，然后，通过天然气管线把这些气体输往民用和商业用户。但在一些情况下，在技术上难以完成天然气管线的铺设，或者投资过于巨大，比如从尼日尔爾利亚向欧洲送气，或从卡塔尔向日本送气。为了解决这类问题，人们采用了在海上运输液化天然气的方法。天然气会占据大量空间，在它装船运输之前就必须进行浓缩处理。两个基本的方式为：（1）将天然气转变为液态化工产物，如氨水或甲苯，或者复合型液态烃类物质；（2）将其低温冷却液化（在-160℃状态下），并用液化天然气罐进行运输。由于已经新建了大量的液化加工厂，所以液化天然气罐的数量也相应地迅速增加。液化天然气罐的制造使用了先进技术，但也要极其昂贵的材料（如特种钢材）来制造，这些材料需要耐极低的温度，这些罐还需要极佳的保温性能，这意味着液化天然气罐的运输费用是同样体积石油运输费用的4～5倍之多。
然而，即使这么高的投资，液化天然气工业出色的经济灵活性和地缘政治优点使其在当今世界大获成功。一个需要进口液化天然气的国家必须修建一些特殊的港口，称为液化天然气终端站液化天然气被用于天然气的远程运输，通常是跨海运输。在绝大多数情况下，液化天然气终端是为液化天然气的进口或出口专门建造的港口。，在那里从船上卸下液化天然气罐。这些终端站有三种设备：（1）液化天然气卸载设备（尤其是液化天然气罐的喷射加防冻保暖层，可以用泵压通过管线将液化天然气从罐内抽提到陆上的装置）；（2）液化天然气储存罐；（3）液化天然气的再气化装置，将气化后的液化天然气通过管线输往进口国的天然气管线配送系统或直接输往主要的消费处（比如发电厂）。在气化加工过程中，1立方米的液化天然气在大气压力下可以气化为600立方米的天然气。与石油不同，天然气在常温常压下为气态，这意味着，就相同质量的能量而言，它所占的体积是石油体积的600倍。所以，毫无疑问，输送气态天然气租用交通工具的费用将是石油的600倍之多。
液化天然气是怎样运输的？液化天然气的运输需要大型的、特殊设计的船，这些船是双壳的，装载能力为138000立方米或更大。这种船上固定着一套特殊的罐装储存系统，可以在里面以大气压和-160℃状态储存天然气。全球目前有130艘液化天然气运输船，还有50多艘的购船订单。
液化天然气罐的类型。造船者们可以选择两种技术方式：具独立分隔舱的液化天然气罐，更常见的是球形罐，可以安装在船壳内。在船壳内的液化天然气罐具有特殊的内层，它由镍或特种钢制成，用特殊钢材将船舱分隔开来，以保证它们彼此不渗漏，并能耐受-160℃的低温，确保船壳内部的保温。一艘标准的液化天然气油罐船卡塔尔拥有迄今世界上最大的液化天然气船。第一艘Q-Max（266000立方米）的船名为“Mozah”。（135000立方米）的运载能力仅仅是运输相当能量的油轮体积的一半，但前者的造价却是后者的3倍之多。在过去的40年中，人们已经跨海6000万英里安全地输送大量液化天然气。这些双壳船体的罐装船是为运输液化天然气专门设计建造的。在陆地，液化天然气储存在大气压条件下特殊施工建造的双层壁的储存罐内。
绝大多数这种运输船的外壁厚达3英尺，内壁用镍合金钢特殊设计建造，可以保证液化天然气的低温状态。一旦内壁出现裂隙，所有的液化天然气都会灌入内壁与外壁之间的空间。精确的监测系统可以对内部裂隙实施全天候监控。可以用泵将液化天然气从储存罐抽出，然后加热使液体气化。这些天然气就可以通过管线输往民用与商业用户。
“实际上，一艘标准的液化天然气罐装船的长度足有3个足球场那么大！”
液化天然气运输船的装载能力：一艘标准的液化天然气罐装船装载量可以超过3300万加仑液化天然气，它相当于200亿加仑的天然气。一艘液化天然气罐装船释放出来的天然气将是1944年把美国俄亥俄州东北部港口城市克利夫兰1平方英里面积烧成灰烬的燃料量的20倍！
“一艘标准的液化天然气罐装船（12.5万立方米）所装载天然气爆炸释放出的能量相当于70万吨TNT当量，或者相当于55颗投在日本广岛的原子弹的爆炸能量。”
‘叁’ 海底石油储量是怎样的
据地质专家研究表明，海洋中的大陆架和大陆坡蕴藏着全球3000亿吨石油的一半以上。海底石油将显示出越来越广阔的应用前景。1960年全世界近海石油产量占石油总产量的10％左右；1970年，产量占总产量的16.8％；1980年海上石油产量占世界总产量21.8％；1985年海上石油占总产量的26.74％，2000年，已超过世界石油产量的一半以上。
煤、石油、天然气是工业化社会一刻也离不了的动力源泉。现代化的交通多数离不开石油、天然气和煤。20世纪以来，传统的燃料，煤和木材逐步让位于石油和天然气。以1950～1970年为例，短短20年间，世界石油消费量提高了三倍，天然气消费量提高了四倍。在世界各种能源消费结构中，油气所占比重达到了64％。而在西方发达国家中，其比重高达75％以上，多数工业发达国家都靠进口石油来满足本国需要。西欧各国所消费的石油96％依靠进口，开采石油量占世界石油总量1／3的美国，也要进口40％的石油才能满足本国石油需求量。日本进口的石油量占世界石油耗量的17％。这一趋势有增无减。
能源短缺，早已成为全球人类关注的焦点，因此开发海上天然气和石油，已成为各工业国家的共同行动。1907年美国在加利福尼亚州的圣巴巴腊海峡，用栈桥式井架，在水深仅有几米的海底，首次采出石油。1924年前后委内瑞拉的马拉开波湖和前苏联里海的浅滩上也先后建起了海上石油钻井架，进行石油开采。这些石油井架都用栈桥同陆地相连。直到1946年，美国建造的海上钻井平台首次打出了世界上第一口海底油井。
据科学家研究报道，海底石油和天然气遍及世界各大洲的大陆架，石油储量最多的首推波斯湾。其中有六个产油量超1000万吨，储量在10亿吨以上的特大油田。其次是委内瑞拉的马拉开波湖油田。在海底天然气储量方面，波斯湾仍居第一，北海居第二，墨西哥湾第三。
中国浅海大陆架面积近285万平方千米，其中200米水深范围内的大陆架面积共130万平方公里。经勘探研究表明，我国沿海主要有渤海、黄海、东海、台湾浅滩、珠江口、莺歌海、北部湾等七个含油盆地，总面积约为100万平方千米，现已查明有17个新生代沉积为主的中、新生代沉积盆地，估计有很多的油气资源量，大约达100亿～130亿吨，构成了环太平洋区含油气带的主体部分，是中国油气资源的重要后备基地。
位于英国北海的巨大的海上石油钻井平台20世纪50年代海上勘探油气的国家仅六个，而现在已达100多个。海上油气钻井数，1961年为726口，而到1995年达2663口，其中美国海上油气钻井数最多。海洋石油的产量，1950年仅0.3亿吨，占世界石油总产量的5.5％；1960年为1亿吨，占世界石油总产量的9.20％；1995年为9.65亿吨，占世界石油总产量的30.08％。海洋天然气的发展速度不如石油，1980年的产量为2903.11亿立方米，1995年为4421.00亿立方米。
从1980年开始中法、中日先后在渤海中部、西部和南部进行联合勘探开发。1981年在中日合作区打了第一口预深井，日产原油近1000吨，天然气约60万立方米。同年10月又打出了一口井，日产原油270吨，天然气3.3万立方米。1982年4月，中日合作打出第一口深井，日产原油390吨，天然气7万立方米。
早期的海上钻探，通常采用固定式或活动式平台进行几十米，甚至几百米的水深作业。固定式平台既可用于钻探，也可用于石油生产。
位于英国北海的巨大的 海上石油钻井平台
采油是海上石油开采的最后一道工序。固定式生产平台是目前最常用，最主要的是采油平台，它有钢管架桩基平台、钢筋混凝土重力式平台、张力腿平台、绷绳塔平台。建一座固定平台，其投资量非常巨大，必须要有大面积的采油要求条件，才是可行的。
浮式生产系统有半潜式和油轮式两种，半潜式适用于900～1500米的深海区或边际小油田开采油气。油轮式的最大作业水深可达1800米。有的国家采用向海中填石砂、泥土和废料等建造人造岛来进行石油开采。
‘肆’ 海上石油是如何开采的
海上油气开发 海上油气开发与陆地上的没有很大的不同,只是建造采油平台的工程耗资要大得多,因而对油气田范围的评价工作要更加慎重.要进行风险分析,准确选定平台位置和建设规模.避免由于对地下油藏认识不清或推断错误,造成损失.60年代开始,海上石油开发有了极大的发展.海上油田的采油量已达到世界总采油量的20％左右.形成了整套的海上开采和集输的专用设备和技术.平台的建设已经可以抗风、浪、冰流及地震等各种灾害,油、气田开采的水深已经超过200米.
当今世界上还有不少地区尚未勘探或充分勘探,深部地层及海洋深水部分的油气勘探刚刚开始不久,还会发现更多的油气藏,已开发的油气藏中应用提高石油采收率技术可以开采出的原油数量也是相当大的；这些都预示着油、气开采的科学技术将会有更大的发展.
石油是深埋在地下的流体矿物.最初人们把自然界产生的油状液体矿物称石油,把可燃气体称天然气,把固态可燃油质矿物称沥青.随着对这些矿物研究的深入,认识到它们在组成上均属烃类化合物,在成因上互有联系,因此把它们统称为石油.1983年9月第11次世界石油大会提出,石油是包括自然界中存在的气态、液态和固态烃类化合物以及少量杂质组成的复杂混合物.所以石油开采也包括了天然气开采.
石油在国民经济中的作用 石油是重要能源,同煤相比,具有能量密度大（等重的石油燃烧热比标准煤高50％）、运输储存方便、燃烧后对大气的污染程度较小等优点.从石油中提炼的燃料油是运输工具、电站锅炉、冶金工业和建筑材料工业各种窑炉的主要燃料.以石油为原料的液化气和管道煤气是城市居民生活应用的优质燃料.飞机、坦克、舰艇、火箭以及其他航天器,也消耗大量石油燃料.因此,许多国家都把石油列为战略物资.
20世纪70年代以来,在世界能源消费的构成中,石油已超过煤而跃居首位.1979年占45％,预计到21世纪初,这种情况不会有大的改变.石油制品还广泛地用作各种机械的润滑剂.沥青是公路和建筑的重要材料.石油化工产品广泛地用于农业、轻工业、纺织工业以及医药卫生等部门,如合成纤维、塑料、合成橡胶制品,已成为人们的生活必需品.
1982年世界石油产量为26.44亿吨,天然气为15829亿立方米.1973年以来,三次石油涨价和1982年的石油落价,都引起世界经济较大的波动（见世界石油工业）.
油气聚集和驱动方式 油气在地壳中生成后,呈分散状态存在于生油气层中,经过运移进入储集层,在具有良好保存条件的地质圈闭内聚集,形成油气藏.在一个地质构造内可以有若干个油气藏,组合成油气田.
储层 贮存油气并能允许油气流在其中通过的有储集空间的岩层.储层中的空间,有岩石碎屑间的孔隙,岩石裂缝中的裂隙,溶蚀作用形成的洞隙.孔隙一般与沉积作用有关,裂隙多半与构造形变有关,洞隙往往与古岩溶有关.空隙的大小、分布和连通情况,影响油气的流动,决定着油气开采的特征（见石油开发地质）.
油气驱动方式 在开采石油的过程中,油气从储层流入井底,又从井底上升到井口的驱动方式.主要有:①水驱油藏,周围水体有地表水流补给而形成的静水压头；②弹性水驱,周围封闭性水体和储层岩石的弹性膨胀作用；③溶解气驱,压力降低使溶解在油中的气体逸出时所起的膨胀作用；④气顶驱,存在气顶时,气顶气随压力降低而发生的膨胀作用;⑤重力驱,重力排油作用.当以上天然能量充足时,油气可以喷出井口；能量不足时,则需采取人工举升措施,把油流驱出地面（见自喷采油法,人工举升采油法）.
石油开采的特点 与一般的固体矿藏相比,有三个显着特点：①开采的对象在整个开采的过程中不断地流动,油藏情况不断地变化,一切措施必须针对这种情况来进行,因此,油气田开采的整个过程是一个不断了解、不断改进的过程；②开采者在一般情况下不与矿体直接接触.油气的开采,对油气藏中情况的了解以及对油气藏施加影响进行各种措施,都要通过专门的测井来进行；③油气藏的某些特点必须在生产过程中,甚至必须在井数较多后才能认识到,因此,在一段时间内勘探和开采阶段常常互相交织在一起（见油气田开发规划和设计）.
要开发好油气藏,必须对它进行全面了解,要钻一定数量的探边井,配合地球物理勘探资料来确定油气藏的各种边界（油水边界、油气边界、分割断层、尖灭线等）；要钻一定数量的评价井来了解油气层的性质（一般都要取岩心）,包括油气层厚度变化,储层物理性质,油藏流体及其性质,油藏的温度、压力的分布等特点,进行综合研究,以得出对于油气藏的比较全面的认识.在油气藏研究中不能只研究油气藏本身,而要同时研究与之相邻的含水层及二者的连通关系（见油藏物理）.
在开采过程中还需要通过生产井、注入井和观察井对油气藏进行开采、观察和控制.油、气的流动有三个互相联接的过程：①油、气从油层中流入井底；②从井底上升到井口；③从井口流入集油站,经过分离脱水处理后,流入输油气总站,转输出矿区（见油藏工程）.
石油开采技术
测井工程 在井筒中应用地球物理方法,把钻过的岩层和油气藏中的原始状况和发生变化的信息,特别是油、气、水在油藏中分布情况及其变化的信息,通过电缆传到地面,据以综合判断,确定应采取的技术措施（见工程测井,生产测井,饱和度测井）.
钻井工程 在油气田开发中,有着十分重要的地位,在建设一个油气田中,钻井工程往往要占总投资的50％以上.一个油气田的开发,往往要打几百口甚至几千口或更多的井.对用于开采、观察和控制等不同目的的井（如生产井、注入井、观察井以及专为检查水洗油效果的检查井等）有不同的技术要求.应保证钻出的井对油气层的污染最少,固井质量高,能经受开采几十年中的各种井下作业的影响.改进钻井技术和管理,提高钻井速度,是降低钻井成本的关键（见钻井方法,钻井工艺,完井）.
采油工程 是把油、气在油井中从井底举升到井口的整个过程的工艺技术.油气的上升可以依靠地层的能量自喷,也可以依靠抽油泵、气举等人工增补的能量举出.各种有效的修井措施,能排除油井经常出现的结蜡、出水、出砂等故障,保证油井正常生产.水力压裂或酸化等增产措施,能提高因油层渗透率太低,或因钻井技术措施不当污染、损害油气层而降低的产能.对注入井来说,则是提高注入能力（见采油方法,采气工艺,分层开采技术,油气井增产工艺）.
油气集输工程 是在油田上建设完整的油气收集、分离、处理、计量和储存、输送的工艺技术.使井中采出的油、气、水等混合流体,在矿场进行分离和初步处理,获得尽可能多的油、气产品.水可回注或加以利用,以防止污染环境.减少无效损耗（见油田油气集输）.
石油开采中各学科和工程技术之间的关系见图.
石油开采
石油开采技术的发展 石油和天然气的大规模开采和应用,是近百年的事.美国和俄国在19世纪50年代开始了他们各自的近代油、气开采工业.其他国家稍晚一些.石油开采技术的发展与数学、力学、地质学、物理学、机械工程、电子学等学科发展有密切联系.大致可分三个阶段：
初期阶段 从19世纪末到20世纪30年代.随着内燃机的出现,对油料提出了迫切的要求.这个阶段技术上的主要标志是以利用天然能量开采为主.石油的采收率平均只有15～20％,钻井深度不大,观察油藏的手段只有简单的温度计、压力计等.
第二阶段 从30年代末到50年代末,以建立油田开发的理论体系为标志.主要内容是：①形成了作为钻井工程理论基础的岩石力学；②基本确立了油藏物理和渗流力学体系,普遍采用人工增补油藏能量的注水开采技术.在苏联广泛采用了早期注水保持地层压力的技术,使石油的最终采收率从30年代的15～20％,提高到30％以上,发展了以电测方法为中心的测井技术和钻4500米以上的超深井的钻井技术.在矿场集输工艺中广泛地应用了以油气相平衡理论为基础的石油稳定技术.基本建立了与油气田开发和开采有关的应用科学和工程技术体系.
第三阶段 从60年代开始,以电子计算机和现代科学技术广泛用于油、气田开发为标志,开发技术迅速发展.主要方面有：①建立的各种油层的沉积相模型,提高了预测储油砂体的非均质性及其连续性的能力,从而能更经济有效地布置井位和开发工作；②把现代物理中的核技术应用到测井中,形成放射性测井技术,与原有的电测技术, 加上新的生产测井系列,可以用来直接测定油藏中油、气、水的分布情况,在不同开发阶段能采取更为有效的措施；③对油气藏内部在采油气过程中起作用的表面现象及在多孔介质中的多相渗流的规律等,有了更深刻的理解,并根据物理模型和数学模型对这些现象由定性进入定量解释（见油藏数值模拟）,试验和开发了除注水以外提高石油采收率的新技术；④以喷射钻井和平衡钻井为基础的优化钻井技术迅速发展.钻井速度有很大的提高.可以打各种特殊类型的井,包括丛式井,定向井,甚至水平井,加上优质泥浆,使钻井过程中油层的污染降到最低限度；⑤大型酸化压裂技术的应用使很多过去没有经济价值的油、气藏,特别是致密气藏,可以投入开发,大大增加了天然资源的利用程度.对油井的出砂、结蜡和高含水所造成的困难,在很大程度上得到了解决（见稠油开采,油井防蜡和清蜡,油井防砂和清砂,水油比控制）；⑥向油层注蒸汽,热采技术的应用已经使很多稠油油藏投入开发；⑦油、气分离技术和气体处理技术的自动化和电子监控,使矿场油、气集输中的损耗降到很低,并能提供质量更高的产品.
靠油藏本身或用人工补给的能量把石油从井底举升到地面的方法.19世纪50年代末出现了专门开采石油的油井.早期油井很浅,用吊桶汲取.后来井深增加,采油方法逐渐复杂,分为自喷采油法和人工举升采油法两类,后者有气举采油法和泵抽采油法（又称深井泵采油法）两种.
自喷采油法： 当油藏压力高于井内流体柱的压力,油藏中的石油通过油管和采油树自行举升至井外的采油方法.石油中大量的伴生天然气能降低井内流体的比重,降低流体柱压力,使油井更易自喷.油层压力和气油比（中国石油矿场习称油气比）是油井自喷能力的两个主要指标.
油、气同时在井内沿油管向上流动,其能量主要消耗于重力和摩擦力.在一定的油层压力和油气比的条件下,每口井中的油管尺寸和深度不变时,有一个充分利用能量的最优流速范围,即最优日产量范围.必须选用合理的油管尺寸,调节井口节流器（常称油嘴）的大小,使自喷井的产量与油层的供油能力相匹配,以保证自喷井在最优产量范围内生产.
为使井口密封并便于修井和更换损坏的部件,自喷井井口装有专门的采油装置,称采油树（见彩图）.自喷井的井身结构见图.自喷井管理方便,生产能力高,耗费小,是一种比较理想的采油方法.很多油田都采取早期注水、注气（见注水开采）保持油藏压力的措施,延长油井的自喷期.
人工举升采油法： 人为地向油井井底增补能量,将油藏中的石油举升至井口的方法.随着采出石油总量的不断增加,油层压力日益降低；注水开发的油田,油井产水百分比逐渐增大,使流体的比重增加,这两种情况都使油井自喷能力逐步减弱.为提高产量,需采取人工举升法采油（又称机械采油）,是油田开采的主要方式,特别在油田开发后期,有泵抽采油法和气举采油法两种.
气举采油法： 将天然气从套管环隙或油管中注入井内,降低井中流体的比重,使井内流体柱的压力低于已降低了的油层压力,从而把流体从油管或套管环隙中导出井外.有连续气举和间歇气举两类.多数情况下,采用从套管环隙注气、油管出油的方式.气举采油要求有比较充足的天然气源；不能用空气,以免爆炸.气举的启动压力和工作压力差别较大.在井下常需安装特制的气举阀以降低启动压力,使压缩机在较低压力下工作,提高其效率,结构和工作原理见图.在油管外的液面被压到气举阀以下时,气从A孔进入油管,使管内液体与气混合,喷出至地面.管内压力下降到一定程度时,油管内外压差使该阀关闭.管外液面可继续下降.油井较深时,可装几个气举阀,把液面降至油管鞋,使启动压力大为降低.
气举采油法：
气举井中产出的油、气经分离后,气体集中到矿场压缩机站,经过压缩送回井口.对于某些低产油井,可使用间歇气举法以节约气量,有时还循环使用活塞气举法.
气举法有较高的生产能力.井下装置简单,没有运动部件,井下设备使用寿命长,管理方便.虽然压缩机建站和敷设地面管线的一次投资高,但总的投资和管理费用与抽油机、电动潜油泵或水力活塞泵比较是最低的.气举法应用时间较短,一般为15～30％左右；单位产量能耗较高,又需要大量天然气；只适用于有天然气气源和具备以上条件的地区内有一定油层压力的高产油井和定向井,当油层压力降到某一最低值时,便不宜采用；效率较低.
泵抽采油法： 人工举升采油法的一种（见人工举升采油法）.在油井中下入抽油泵,把油藏中产出的液体泵送到地面的方法,简称抽油法.此法所用的抽油泵按动力传动方式分为有杆和无杆两类.
有杆泵 是最常用的单缸单作用抽油泵（图1）,其排油量取决于泵径和泵的冲程、冲数.有杆泵分杆式泵、管式泵两类.一套完整的有杆泵机组包括抽油机、抽油杆柱和抽油泵（图2）.
泵抽采油法 泵抽采油法
抽油机主要是把动力机(一般是电动机)的圆周运动转变为往复直线运动,带动抽油杆和泵,抽油机有游梁式和无游梁式两种.前者使用最普遍,中国一些矿场使用的链条抽油机属后一种（见彩图）.抽油杆柱是连接抽油机和抽油泵的长杆柱,长逾千米,因交变载荷所引起的振动和弹性变形,使抽油杆悬点的冲程和泵的柱塞冲程有较大差别.抽油泵的直径和冲程、冲数要根据每口油井的生产特征,进行设计计算来优选.在泵的入口处安装气体分离装置——气锚,或者增加泵的下入深度,以降低流体中的含气量对抽油泵充满程度（即体积效率）的影响.
泵抽采油法
有杆泵是一个自重系统,抽油杆的截面增加时,其载荷也随着增大.各种材质制成的抽油杆的下入深度,都是有极限的,要增加泵的下入深度,主要须改变抽油杆的材质、热处理工艺和级次.根据抽油杆的弹性和地层流体的特征,在选择工作制度时,要选用冲程、冲数的有利组合.有杆泵的工作深度在国外已超过 3000m,抽油机的载荷已超过25t,泵的排量与井深有关,有些浅井日排量可以高达400m3,一般中深井可达200m3,但抽油井的产量主要根据油层的生产能力.有杆抽油机泵组的主要优点是结构简单,维修管理方便,在中深井中泵的效率为50％左右,适用于中、低产量的井.目前世界上有85％以上的油井用机械采油法生产,其中绝大部分用有杆泵.
无杆泵 适用于大产量的中深井或深井和斜井.在工业上应用的是电动潜油泵、水力活塞泵和水力喷射泵.
电动潜油泵 是一套多级离心泵和电动机直接连接的机泵组.由动力电缆把电送给井下的电机以驱动离心泵,把井中的流体泵送到地面,由于机泵组是在套管内使用,机泵的直径受到限制,所以采取细长的形状（图3）.为防止井下流体(特别是水)进入电枢使电机失效,需采取特殊的密封装置,并在泵和电动机的连接部位加装保护器.泵的排量受井眼尺寸的限制,扬程决定于泵的级数,二者都取决于电动机的功率.电动潜油泵适用于中、高产液量,含气和砂较少的稀油或含水原油的油井.一般日排量为100～1000m3、扬程在2000m以内时,效率较高,可用于斜井.建井较简单,管理方便,免修期较长,泵效率在60％左右；但不适用于高含气的井和带腐蚀性流体的井,下井后泵的排量不能调节,机泵组成本较高,起下作业和检修都比较复杂.
泵抽采油法
水力活塞泵 利用地面泵注入液体驱动井下液压马达带动井下泵,把井下的液体泵出地面.水力活塞泵的工作原理与有杆泵相似,只是往复运动用液压马达和换向阀来实现（图 4水力活塞泵的井下泵有单作用和双作用两种,地面泵都用高压柱塞泵.流程有两种：①开式流程.单管结构,以低粘度原油为动力液,既能减少管道摩擦阻力,又可降低抽出油的粘度,并与采出液混在一起采出地面.②闭式流程.用轻油或水为动力液,用水时要增添润滑剂和防腐剂,自行循环不与产出的液体相混,工作过程中只需作少量的补充.水力活塞泵可以单井运转,也可以建泵组集中管理,排量适应范围宽,从每日几十到上千立方米等,适用于深井、高扬程井、稠油井、斜井.优点是可任意调节排量,起下泵可不起油管,操作和管理方便.泵效率可达85％以上.缺点是地面要多建一条高压管线,动力液要处理,增加了建井和管理成本.
泵抽采油法
水力射流泵 带有喷嘴和扩散器的抽油泵（图5）.水力射流泵没有运动零件,结构简单,成本低,管理方便,但效率低,不高于30～35％,造成的生产压差太小,只适用于高压高产井.一般仅在水力活塞泵的前期即油井的压力较高、排量较大时使用；当压力降低、排量减少时,改用水力活塞泵.
‘伍’ 现在海洋油气资源开采的主要方式有哪些
全球海洋油气田，指的是世界各地海洋油气田的概况，主要关注油气田分布情况、储量情况以及产油量情况几方面。到90年代，世界各地发现了约1600多个海洋油气田，近300个已正式投入生产，其中70多个是巨型油气田。储量超过1亿吨的有14个。在特大油田中有7个位于波斯湾。波斯湾面积近150万平方千米，目前查明储量120亿吨，平均每平方千米其中英国日产原油达30万吨，波斯也就成为世界上海上产油量最多的国家。常用的采油方法
一，自喷采油法：利用油层本身的弹性能量使地层原油喷到地面的方法称为自喷采油法。自喷采油主要依靠溶解在原油中的气体随压力的降低分享出来而发生的膨胀。在整个生产系统中，原油依靠油层所提供的压能克服重力及流动阻力自行流动，不需要人为补充能量，因此自喷采油是最简单、最方便、最经济的采油方法。
二、人工举升。人为地向油井井底增补能量，将油藏中的石油举升至井口的方法是人工举升采油法。随着采出石油总量的不断增加，油层压力日益降低；注水开发的油田，油井产水百分比逐渐增大，使流体的比重增加，这两种情况都使油井自喷能力逐步减弱。为提高产量，需采取人工举升法采油（又称机械采油），是油田开采的主要方式，特别在油田开发后期，有泵抽采油法和气举采油法两种。在陆地油田常用抽油机，海上多用电潜泵，像一些出砂井或稠油井多用螺杆泵，此外常用的还有射流泵、气举、柱塞泵等等。
‘陆’ 海底石油是怎么形成的
从海岸向外，到深海大洋区之问的区域，人们称它为大陆边缘地区。这里有水深不到200米的大陆架浅水区，还有大陆架到深海之间的一段陡坡，水深在200~3000米之间，称为“大陆坡”。经过近百年的海上石油勘探，人们发现在大陆架浅水区蕴藏着丰富的油气资源，而且在大陆坡，甚至在小型的海洋盆地等深水海域也都找到了藏油的证据。据调查，海底石油约有1350亿吨，占世界可开采石油储量的45％。举世闻名的波斯湾是世界上海底石油储量最丰富的地区之一。在我国的南海、东海、黄海和渤海湾，也都先后发现了油田。海底石油资源如此丰富，那么它是如何来的呢?要搞清这个问题，还得从几千万年甚至上亿年前的历史地质时期谈起。
海底石油
在漫长的历史地质时期中，地球上的气候，有的时期比现在温暖湿润，有的时期比现在寒冷干燥。在温暖湿润的地质时期，由于大陆架浅水区气候温和，阳光充足，光线能够透过浅浅的水层照射到海底，加上江河里带来大量的营养物质，水质肥沃，海洋藻类生物在这里大量繁殖。同时，海洋中的鱼类、软体类动物以及其他浮游生物也在这里群集，迅速繁殖。这些生物死亡后，遗体随同江河夹带来的泥沙一起沉积在海底，形成所谓的“有机淤泥”。这样，年复一年，大量的生物遗体和泥沙组成的有机淤泥被一层一层掩埋起来。由于这些地层因某种原因不断下降，有机淤泥越积越厚，越埋越深，最后与外面的空气相隔绝，造成一个缺氧的环境，加上深层处温度和压力的作用，厌氧细菌便把有机质分解，最后形成了石油。不过，这时形成的石油还只是分散的油滴。
在地层下，分散的油滴需寻找“藏身之地”。由于气候的变迁，海洋中形成的沉积物有时候颗粒较粗，颗粒问孔隙较大，便形成了砂岩、砾岩；有时候颗粒较细，颗粒问孔隙很小，于是形成页岩、泥岩。在上覆地层的压力作用下，这些分散的油滴被“挤”向多孔隙的砂岩层，成为储积石油的地层；而孔隙很小的页岩层，由于油滴无法“挤”进去，储积不了石油，却成了防止石油逃逸的“保护层”。
石油储积在砂岩层中还不具备开采价值，还需经过一个地质构造变形过程，使分散的石油集中在构造的一定部位，这样才能成为可开采的油田。这个过程大致为：原来接近水平的岩层由于受到各种压力的作用而发生变形，形成波浪起伏的形状，向上突起的叫背斜构造，向下弯曲的叫向斜构造；有的岩层经过挤压，形成像馒头一样的隆起，叫穹隆构造。在岩层受到巨大压力而变形的同时，含油层中比重小的石油由于受到下部地下水的浮托，向向斜构造岩层或穹隆构造岩层的顶部汇集，这时石油位于上部，而处在中间、下部的则是水。具有这种构造的岩层就像一个大脸盆，把汇集的石油保存起来，成为储藏石油的大“仓库”，在地质学上叫做“储油构造”，这才有真正的开采价值。
‘柒’ 什么是浮式储油卸油装置（FPSO）
FPSO（Floating Proction Storage and Offloading），即浮式储油卸油装置，可对原油进行初步加工并储存，被称为“海上石油工厂”。
大型FPSO
FPSO是对开采的石油进行油气分离、处理含油污水、动力发电、供热、原油产品的储存和运输，集人员居住与生产指挥系统于一体的综合性的大型海上石油生产基地。与其他形式的石油生产平台相比，FPSO具有抗风浪能力强、适应水深范围广、储/卸油能力大，以及可转移、可重复使用的优点，广泛适合于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发，已成为海上油气田开发的主流生产方式。
FPSO装置作为海洋油气开发系统的组成部分，一般与水下采油装置和穿梭油轮（Shuttle Tanker）组成一套完整的生产系统，是目前海洋工程船舶中的高技术产品。同时它还具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点。
FPSO俨然一座“海上油气加工厂”，把来自油井的油气水等混合液经过加工处理成合格的原油或天然气，成品原油储存在货油舱，到一定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。作为海上油气生产设施，FPSO系统主要由系泊系统、载体系统、生产工艺系统及外输系统组成，涵盖了数十个子系统。
FPSO上面安装了原油处理设备，有的FPSO有自航能力，有的则没有，采用单点系泊模式在海面上固定。FPSO通常与钻油平台或海底采油系统组成一个完整的采油、原油处理、储油和卸油系统。其作业原理是：通过海底输油管线接收从海底油井中采出的原油，并在船上进行处理，然后储存在货油舱内，最后通过卸载系统输往穿梭油轮。