（一）

地球物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家利用地震勘探技術(shù)給地球做“B超”，找到石油與天然氣在哪里，在什么地方聚集，最有可能在哪個區(qū)域集中等，然后，通過鉆井建造一個從地面到地下的通道，進(jìn)一步確定這些巖層中是否含有石油與天然氣，這些石油與天然氣究竟在什么深度、大概有多少、是否具有工業(yè)開采價值等。那么，鉆井完工以后，地下的油氣是否就乖乖地、自發(fā)地冒到地面呢？這個問題還要進(jìn)一步探討。

我們知道，地球內(nèi)部的熱能是一種天然的能量，火山噴發(fā)就是其最強(qiáng)烈的表現(xiàn)，比如，2022年1月15日發(fā)生的湯加火山噴發(fā)就是如此。高溫熔融狀態(tài)的巖漿主要集中在離地表幾百千米以下的上地幔層內(nèi)，由于受到沉重的上覆巖層的壓力，處于一種強(qiáng)烈的壓縮狀態(tài)，一旦出現(xiàn)裂縫，巖漿會沿著壓力較弱的裂縫和地層淺薄處猛烈地噴發(fā)出來，噴出地面幾千米高，氣勢壯觀。同樣地，油氣深埋地下幾百米、幾千米甚至上萬米，油氣藏中也存在天然能量。而且，不同深度蘊(yùn)藏的能量也不一樣。世界上已發(fā)現(xiàn)的油氣藏溫度最高達(dá)200℃，地層壓力接近200兆帕，相當(dāng)于2萬米海水深處的壓力，是異常高溫高壓油氣藏。例如，我國塔里木油田的克深區(qū)塊油氣藏深度達(dá)7000米，溫度達(dá)193℃，地層壓力達(dá)165兆帕，相當(dāng)于16500米海水深處的壓力，比馬里亞納海溝最深處11034米的壓力還大，其中克深902井鉆井深度達(dá)8028米，是世界上典型的高溫高壓油氣藏。油氣藏深埋在地下，儲層巖石中的流體如石油、天然氣和地層水都具有彈性，在上覆沉積巖層的重壓下處于高度壓縮狀態(tài)，聚集較大的彈性能量，一旦油氣層找到通道與地面連通，例如鉆井建造的井眼、斷層、裂縫等，地下能量就會釋放，如果控制不好，就會造成重大的災(zāi)難。2010年4月20日，英國石油公司位于墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺發(fā)生井噴爆炸著火事故，鉆井平臺沉入海底，大面積海域受到嚴(yán)重污染。2003年12月23日，轟動全國的重慶開縣羅家16H井重大井噴事故，65000人被緊急疏散安置。與此同時，地下的油氣一旦找到流動的通道，有的就會因?yàn)榈孛?、地下的壓力差，勢不可擋地噴出地面。好比液化罐中的天然氣，一旦罐子的閥門打開，罐中的氣體將帶著巨大的“嘶嘶”聲噴薄而出。隨著地層中的流體沿著井筒通道源源不斷地“涌”到地面，靠近井筒的地層壓力自然就會下降，地下又會形成各種各樣動力推動遠(yuǎn)離井筒的油氣流向井底。因此，人們在初期采掘地下油氣，就是利用油氣藏自身的天然能量來實(shí)現(xiàn)的。通常，地下油氣藏有五種天然能量助力油氣采掘。

一是靠油氣藏的彈性能量采出部分油氣。地下油氣藏能膨脹、可收縮。為什么這么講呢？因?yàn)樗镞叺囊后w是可壓縮的，它里邊堅硬如鐵板的巖石也是可壓縮的。一個四周完全封閉的油氣藏可以簡單地看成一個充滿了氣的皮球，如果我們在這個皮球上刺一個小孔，皮球里面受壓縮的氣體就會噴出來。同樣的道理，當(dāng)鉆井工人從地面鉆一口井到地下油層，地面壓力低，油層壓力高，地下地面就會有很大的壓力差，在這個壓力差的作用下，上覆地層就像擠海綿一樣將石油從油層擠到油井，并通過井眼“冒”出地面。其實(shí)，這個“擠海綿”的過程，有兩個推手。一是地層壓力下降，液體自身體積膨脹，二是巖石進(jìn)一步被壓縮，充滿液體的空隙逐漸減小。這一“脹”一“縮”共同作用，迫使地層原油最終“冒”到地面，這種方式俗稱彈性驅(qū)動。這種驅(qū)動方式有時威力很大，破壞性很強(qiáng)，可能會導(dǎo)致地面下沉。例如，加利福尼亞州的長灘威明頓油田開采就造成了城市下降。

二是靠與油氣藏相連通的天然水域的能量采出部分油氣。地下油氣藏往往與一個很開闊的天然水域連通，并非都是四周封閉的。與四周封閉的油藏不同，這類油藏采掘過程中，地層壓力下降，與其連通水域的水會“侵”入油藏，填補(bǔ)被采掘后的原油空間，阻止壓力下降，這種方式專業(yè)上稱之為水壓驅(qū)動。不過，有些情況下水域的存在并非是好事。例如，對于存在裂縫，尤其是存在大裂縫的油氣藏，如果與其連通的水域面積大、水體的能量很強(qiáng)，油氣采掘過程中水會沿裂縫快速“突”進(jìn)或“竄”進(jìn)。當(dāng)水“跑”得比油氣更快，就可能導(dǎo)致油氣井過早見水，甚至水淹油氣藏，采掘出來的油氣產(chǎn)量低。例如，菲律賓海上一個小的Nido油田就發(fā)生了這種情況，強(qiáng)烈的底水能量導(dǎo)致油井過早水淹，公司被迫關(guān)閉。我國四川威遠(yuǎn)震旦系氣藏，由于強(qiáng)烈的底水作用和大裂縫的存在，氣井過早見水、水淹，導(dǎo)致氣藏全面停產(chǎn)并關(guān)閉。

三是靠原油中溶解的天然氣也可采出部分油氣。地下原油與地層水最大的區(qū)別就是溶解了天然氣，有時溶解的天然氣量還很大。一旦鉆井鉆開油層，便形成油層—井底—井筒—地面的原油流動通道。采掘原油過程中，當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆档侥骋粔毫χ担ǚQ之為飽和壓力）時，溶解在原油中的天然氣就會掙脫束縛從原油中不斷“逃逸”出來，成為一個一個獨(dú)立的氣泡。隨著采掘的進(jìn)行，地層壓力進(jìn)一步降低，“逃逸”出來的一個一個獨(dú)立、分散、自由流動的氣泡變大、合并形成連續(xù)流動的氣體，氣體體積逐漸增大、膨脹將原油“推”向井底，這就是溶解在原油中的氣體的作用，這種方式專業(yè)上稱之為溶解氣驅(qū)動。其實(shí)，這種方式也是彈性驅(qū)動的一種，不過它的彈性能量主要是氣泡的膨脹，而不是液體和巖石的膨脹。因此，這種方式采掘過程中，壓力下降很快，采掘出的原油量降得也快，特別是當(dāng)“逃逸”出的氣體進(jìn)入井底后，氣把油“排擠”到了一邊，原油就幾乎產(chǎn)不出來了，采掘出來的就基本上是氣體了。

四是靠油藏頂部或上部的天然氣可采出部分原油。有的油藏在油層上方或頂部還有一個氣層，就好像油層頂部戴了一頂“帽子”，“帽子”中的天然氣處于高度壓縮狀態(tài)。采掘原油時，地層壓力下降，它們會膨脹“推”動原油運(yùn)動到井底，這種方式稱為氣頂膨脹驅(qū)動，也叫氣壓驅(qū)動。這種方式采掘過程中，地層壓力和采掘出的原油量下降很快。當(dāng)?shù)貙又信蛎浀奶烊粴獾竭_(dá)井底后，氣把油“排擠”到一邊，油井就基本上只產(chǎn)氣，幾乎采不出油了。因此，對于這類油藏，石油工程師們絞盡腦汁想辦法，先采掘油藏中的油，讓氣層中的天然氣“均勻”膨脹推動油到井底，待將油“吃干榨盡”之后再來采掘“帽子”中的氣。這種方式采掘出的原油可以達(dá)到整個油藏地質(zhì)儲量的20%～30%，一般高于溶解氣驅(qū)動方式。

五是依靠油層自身的重力可采掘出部分油氣。大家都知道，地球上任何物體都有重力，地下油、氣也不例外。依靠油層中原油本身重力作用將油推入井中，稱之為重力驅(qū)動。什么情況下重力“驅(qū)”油效果最好呢？通常，當(dāng)油層滲透性較好、油層較厚、油層傾斜且較陡時，重力驅(qū)動是最有效的。重力作用有時威力很大，通常采掘出來的原油量可以達(dá)到總的地質(zhì)儲量的30%～60%，是非常可觀的。

在油藏采掘初期，通常依靠這五種天然能量中的一種或幾種的共同作用采掘出地層中的部分原油，這種采掘方式被稱為“一次采油”。顯然，一次采油揭開了地下油氣的神秘面紗，沉睡了數(shù)百萬年甚至上億年的油氣依靠自身的天然能量擺脫各種束縛，沿著“井筒”這個通道“冒”到地面。可惜的是，這種方式由于沒有任何外來能量補(bǔ)充到油層中。隨著原油采掘的不斷進(jìn)行，地層不斷虧空，壓力不斷降低，最終只能采掘出原始地質(zhì)儲量的5%～20%。道理很簡單，因?yàn)閹r石、流體的彈性能量是有限的。這好比彈簧被壓縮一樣，開始彈力很強(qiáng)，隨著彈簧體積擴(kuò)展，彈力越來越弱，最終失去彈力。正因?yàn)槿绱?，科學(xué)家們給這種方式又取了一個名字，叫“衰竭”開采方式。

（二）

通常，一次采油只能采掘出原始地質(zhì)儲量的5%～20%，那么，有沒有辦法在一次采油的基礎(chǔ)上，將油氣藏中更多的油氣采掘出來呢？當(dāng)然有的。

我們已經(jīng)知道，如果沒有任何外來能量補(bǔ)充，一次采油方式下，油層會慢慢虧空，總有一天，地層中的天然能量會消耗殆盡，再沒有能力助力地層中的原油“冒”到地面，大量原油沒有動力運(yùn)動到井底，只能滯留在地下。最嚴(yán)重的虧空，甚至?xí)鸬貙拥南孪?。例如加利福尼亞州的長灘威明頓油田，從20世紀(jì)30年代開始生產(chǎn)，20世紀(jì)40年代開始發(fā)現(xiàn)地表呈碗狀沉降。碗的中心至今已經(jīng)降了9米，使得城市的大部分區(qū)域下沉。因此，通常情況下，油藏靠天然能量采掘一段時間后，石油工程師們就會向地層中補(bǔ)充能量以此來補(bǔ)償采掘造成的能量虧空。

目前，通常的做法是在地面通過注入井將“水或氣體”人工注入油層中?！八驓怏w”進(jìn)入油層有兩個目的：一是補(bǔ)充地層能量虧空以保持地層的壓力，另一個目的是驅(qū)趕地層中的原油向油井方向運(yùn)動，提供動力將依靠天然能量不能采掘出的那部分原油“舉”到地面，這種方式習(xí)慣上稱之為“二次采油”。

從地面把水注入油層驅(qū)趕原油的采掘方式，稱為注水驅(qū)油，簡稱水驅(qū)。在日常生活中，我們用水來洗鍋、洗碗或者沖洗地面，除去表面的油、垢、泥、沙、灰塵及各種雜質(zhì)，實(shí)際上就是水驅(qū)或水洗。其實(shí)，具體到油藏的采掘，道理也差不多。注水驅(qū)油的操作過程較為簡單。一般情況下，一次采油一段時間后，油層壓力降低，地層能量存在一定虧空。此時，石油工人們在地面通過泵加壓，把水“灌”到油層中。水源可以由地面儲罐、水塘提供，也可以是地層中某一層位的地層水通過重力作用注入等。注水井可以是直井，也可以是水平井或復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，可以是新鉆的井，也可以是生產(chǎn)井轉(zhuǎn)為注入井等。

通過注水來采掘原油最關(guān)鍵的問題是，注入油層中的水能否非常有效地驅(qū)趕油層中的原油。

大家可能會想，是不是水注得越多越好或者注水井鉆得越多越好呢？其實(shí)，并非我們想象的那樣簡單。礦場實(shí)際情況是，水注多了，有時反而產(chǎn)生不利的影響?，F(xiàn)場實(shí)際注水時，石油工程師們會系統(tǒng)考慮很多問題。比如說，在什么地方鉆井？鉆多少注水井？是鉆直井注水還是鉆水平井注水？鉆多少生產(chǎn)井？注水井和生產(chǎn)井之間距離多少合適？注水井什么時候開始注水？注多少水量合適？是快速注入還是慢慢注入？注水井是長期注或是注一個月停一個月或是注一個月停兩個月？是開采早期注水還是中后期注水好？因此，注水采掘原油里邊有很多學(xué)問，涉及一系列問題要準(zhǔn)確確定?，F(xiàn)在，油藏工程師們可以通過一系列科學(xué)的方法和技術(shù)來解決這些問題了。

一般情況下，注水驅(qū)油這種方式能采掘出原始原油地質(zhì)儲量的30%~35%。

有的油藏注水驅(qū)趕原油效果不一定好，但注入氣體效果卻不錯。注氣驅(qū)油的思路與注水差不多，它是通過注入井從地面往油藏中注入氣體來采掘原油。氣體的種類很廣泛，可以是烴類氣體，如天然氣、液化石油氣等，也可以是非烴類氣體，如二氧化碳?xì)怏w、氮?dú)狻煹罋?、惰性氣、空氣等。根?jù)氣體來源，注氣驅(qū)油可分為天然氣驅(qū)、二氧化碳驅(qū)、氮?dú)怛?qū)、煙道氣驅(qū)、惰性氣驅(qū)、空氣驅(qū)等。不過，用氣“驅(qū)”油比用水“驅(qū)”油的機(jī)理要復(fù)雜很多。

油藏經(jīng)歷了一次采油，即天然能量采掘，二次采油即注水、注氣采掘之后，大概只能采出油藏中原油儲量的30%～40%。

作者：張烈輝