一提到石油開採，你是不是馬上想到鐵人王進喜時代的大慶油田一鑽下去石油就自動往外噴？其實如今我國的石油開採，大都是從石頭裡擠出來的。
給地上打個深洞，插上一根管子，石油就噴出來了。這是很多人對石油開採的第一印象。在中東各主要產油國，因為良好的儲油條件，倒是依舊可以看到這樣的景象。在國內，隨著石油資源的不斷開採，現在這樣的場景已經很少能夠見到了。
陝西省榆林市因為石油和天然氣自然資源豐富，被譽為“中國的科威特”。7月4日-6日，在由中共陝西省委網信辦與中國互聯網新聞中心主辦，中國網絲路中國頻道承辦的“‘陝’耀新時代領航新絲路——讓世界傾聽陝西聲音”活動中，北京科技報|科學加客戶端記者走進榆林，來到延長油田的採油、煉油、化工等多個項目實地採訪，發現了很多與“黑金”有關的秘密。你知道這裡的石油都是怎麼打出來的嗎？
“磨刀石”、“青石板”中擠出石油
榆林是陝西省最北的市，地處黃土高原與毛烏素沙漠的交界處，坐落在地質上的鄂爾多斯盆地中，擁有世界七大煤田之一的陝北侏羅紀煤田，以及中國陸上探明的最大整裝氣田——陝甘寧氣田等，這裡平均每平方公里的地下蘊藏著622萬噸煤、1.4萬噸石油、1億立方米天然氣、1.4億噸岩鹽。
▲因為氣候乾燥，榆林地表的土地比較貧瘠，地底下卻蘊藏著巨大的財富。（攝影/李鵬）
有人做過估算：榆林每平方公里的土地下擁有10億元的地下財富，礦產資源潛在價值超過46萬億元，可以用遍地是 “黑金”來形容。2017年，國土資源部公佈了近五年的油氣資源勘查開採成果，其中累計探明的10個億噸級油田中有5個都來自榆林。
榆林雖然石油資源豐富，但是儲油的地質條件並不好。“國際上把滲透率小於50毫達西的油田劃為低滲透油田，而延長石油近90%的油氣田滲透率小於1毫達西。”延長石油科技部部長王軍峰告訴記者，延長石油所開發的鄂爾多斯盆地油氣資源為典型的特低滲、超低滲油田，而且多數是已經開發了100多年的緻密油層，被採油的行業人士喻為“磨刀石”和“青石板”，開採難度堪稱世界之最。
就是在這樣的地質條件下，我國石油行業技術的技術人員還是大批量地把石油採了上來。7月5日上午，在延長油田靖邊採油廠採油四大隊43658井場，8臺大紅色的抽油機一字排開，正在源源不斷地從地下1000多米到2000多米的深處採石油。
▲延長油田靖邊採油廠採油四大隊43658井場的抽油機正在採油。（攝影/李鵬）
▲43658井場遠眺。（吳凱哲/攝）
這些石油就是從“磨刀石”中擠出來的。在現場，記者被一些從2000米以下的地層中採集上來的圓柱型石塊所吸引。“原油就藏在這些石頭裡。”延長油田靖邊採油廠油田公司總地質師鄭忠文告訴記者。很多人想象著地下有類似於油湖或者油河之類的東西，抽原油就像抽水一樣方便，看到這樣的場景，完全顛覆了來訪考察人員的傳統認知。
▲石油就藏在這種有著“磨刀石”和“青石板”之稱的石頭裡面。拿在手裡用鼻子嗅一下， 能夠感受到濃厚的石油味兒。（攝影/李鵬）
原油又是如何從地下的“磨刀石”中擠出來的呢？鄭忠文說，當油井打到深處以後，在滲透壓的作用下，岩層中的石油就會往油井中滲透，但是在包括43658井場在內的鄂爾多斯盆地地區，其採油地質絕大多數屬於低滲透壓地質類型，因此採油一段時間後產油量就會急劇下降。為了保證甚至是提升出油量，就要通過打水平井、注水增壓以及其它多種技術手段把石油從岩層中擠出來。
▲用於石油採掘的水平井往往更有利於出油。（攝影/李鵬）
鄭忠文表示，“磨刀石”上找石油也是我國石油開採在科學理論上的重大進步。按照以前的理論，包括鄂爾多斯盆地在內，我國的一些油田一直被視為“雞肋”，並沒有大的開採價值，榆林地區很多地方以前找油時都走過一遍卻沒有發現具有開採價值的地方就是這樣的原因。
這些年來，延長油田突破原有認識禁區，強化對地質地層的再認識，不斷加大核心技術攻關，讓“磨刀石”上找石油顯現出了巨大的開發價值。事實上，也正是這種再認知，讓鄂爾多斯盆地近些年走進了我國重要產油區的行列。據瞭解，在2007年，延長石油原油開採就已經突破1000萬噸大關，成功跨入國家千萬噸級大油田行列。
將CO2注入油層高效驅油
自工業革命以來，人類向大氣中排入的CO2（二氧化碳）等吸熱性強的溫室氣體逐年增加，大氣的溫室效應也隨之增強，其引發的一系列問題已引起了世界各國的關注。
自然界倒是不缺乏CO2的自動吸收機制。比如植物就能夠從空氣中吸收CO2，經光合作用轉化為有機物和氧氣，但是該過程緩慢，無法緩解越來越嚴重的溫室效應，所以通過化學方式回收利用CO2就成了一種重要思路。這些年，石油開採的科學家們找到了巧妙利用CO2的方式。
將捕集的CO2低溫液化，將其注入石油鑽井中，就能夠更加高效地實施採油。這是7月5日下午記者在延長油田靖邊採油廠的一個CO2捕集和利用項目示範點看到的場景。
▲延長油田在榆林靖邊的一CO2驅油技術示範基地。（吳凱哲/攝）
▲現場的環境溫度將近30度，可神奇的是，注入CO2的泵和部分管道居然結上了厚厚的冰層。（攝影/李鵬）
▲這個溫度計在炎炎的夏日時時刻刻都要遭遇冰火兩重天，一邊接受夏天的高溫，一邊擁抱冰凍。（攝影/李鵬）
▲零下溫度的管道與空中的熱空氣產生冷凝現象，就會結上厚厚的冰層。（攝影/李鵬）
工程技術人員告訴記者，儲存的CO2達到零下20度，經過泵體和注入管道時，在入地以前依舊還能夠保持零下10度左右的溫度，在這個過程中，泵體和注入管道的表面溫度也會保持在零下幾度、甚至是更低的溫度狀態，它們的表面與空中的熱空氣產生冷凝現象，就會結上厚厚的冰層。
CO2注入到地下以後，溫度就會逐步上升，當其達到超臨界狀態時，滲入儲藏石油的岩層中，就能夠產生很好的驅油作用。
這就是CO2捕集、驅油與埋存技術（CCUS），其是指將CO2從工業或能源生產相關氣源中分離出來，輸送到適宜油田，用於增採石油，同時封存CO2的技術集合。它是將捕集到的CO2通過管道輸送增壓後注入油層，利用CO2比水更能高效驅油的特性，使CO2與地下原油充分接觸混相（指互相溶解、界面消失），達到膨脹提高驅動能量、降低黏度、提高原油流動性的目的，將油藏中的原油儘可能多地驅趕到地面上來。在有效提高原油採收率的同時，將注入的大部分CO2永久性地封存在地下一兩千米、甚至更深的底層中，從而長期與大氣隔絕，伴隨原油產出的少部分CO2也能夠循環注入油層，直至油藏廢棄後全部埋存。這種一箭雙鵰的方式，也為減少CO2的排放提供了一個理想的解決方案。
▲CO2捕集、驅油與埋存技術的工藝流程圖（資料圖）
當前，延長石油採用這種技術，不僅減少了CO2排放，還實現了原油開採到加工、利用及CO2回注的全封閉系統，從而形成了陝北能源化工與油氣田開發相結合的大循環產業鏈。另外通過這種方式，還可節約大量水資源，避免地下水汙染。
記者瞭解到，目前延長石油在靖邊、吳起的兩個試驗基地累計埋存的CO2已經達到11.73萬噸，累計增產原油1萬噸以上。
“煤變油”技術成熟並非騙局
前些年哈爾濱人王洪成“水變油”技術沸沸揚揚，最後被證實為精心設計的騙局。故而現在說到“煤變油”時，很多人充滿了狐疑，這是不是又是另一場騙局？
▲王洪成當眾表演“水變油”。
7月5日下午，北京科技報|科學加客戶端記者在延長石油榆林煉油廠現場瞭解到， 煤變油在這裡已經變成了現實。從規模龐大化工廠的一端，進去的是原煤，另一端出來的就是石腦油、柴油、蠟油等油料產品。
▲在延長石油榆林煉油廠，煤炭變油已經可以規模化生產。
延長石油碳氫研究中心副主任霍鵬舉表示，煤制油技術主要包括煤直接液化和煤間接液化兩種技術路線。
煤直接液化就是讓煤漿在高溫、高壓、催化劑作用下首先打斷煤的大分子結構，然後將外供氫加到碳原子上而生成液體油，再通過加氫提質，使煤中雜原子變為各類化合物，生成需要的液態產品。直接液化的優點是熱效率較高、液體產品收率高；主要缺點是煤漿加氫工藝過程的總體操作條件要複雜苛刻一些。
煤間接液化是將煤先氣化生產合成氣（氫氣、一氧化碳），合成氣經淨化，調整氫氣、一氧化碳比例後，再經過催化合成液體燃料和化學品。其優點是煤種適應性較寬泛、操作條件相對溫和（壓力較低）、煤灰等三廢問題主要在氣化過程中解決，缺點是總效率比不上直接液化。
記者瞭解到，煤變油的兩種技術路線也並不是現在才發明的技術，其已經有上百年的歷史。美國、日本、德國等國都紛紛投入巨資研究，並建設了試驗工廠，相繼開發出多種工藝。
近些年，包括中國神華、延長石油在內的一些國內能源巨頭也加入到了煤變油的行列。2016年12月，中國神華寧煤集團年產400萬噸的煤制油工廠建成並試車成功，通過煤炭間接液化的方式生產出了高品質的柴油、石腦油、蠟等產品，一舉使我國進入少數掌握煤制油工業化技術的國家行列，並使我國煤制油技術達到了國際領先水平。
▲隨著科技的發展，現在煤變油的化學反應過程完全可以通過電腦實施控制和監控。（攝影/李鵬）
煤是由遠古植物的殘骸浸入水中，並在生物化學作用下，經過泥炭化階段，然後被地層覆蓋且在地壓和溫度條件下，經過物理與化學作用而形成的有機生物巖。而石油是古代生物遺骸經由很複雜的生物和化學作用轉化而成的。
延長煉化總工程師張浩文告訴記者，煤與石油都是由碳、氫、氧為主的元素組成的天然有機礦物燃料，這是煤能製成油最根本的基礎。但它們在外觀和化學組成上都有明顯差別，其中最明顯的差別就是氫、氧含量的不同。煤中氫含量低、氧含量高，氫/碳比低、氧/碳比高。
研究表明，煤的化學成分中氫含量為5%，碳含量較高，而成品油中氫含量為12%-15%，碳含量較低，且油品為不含氧的液體燃料。這主要是由於煤與石油的分子結構不同。因此，要將煤轉化為液體產物，首先要將煤的大分子裂解為較小的分子。而要提高氫/碳比，就必須增加氫原子或減少碳原子。總之，煤液化的實質是在適當溫度、氫壓、溶劑和催化劑條件下，提高其氫/碳比，使固體的煤轉化為液體的油。
延長石油碳氫研究中心副主任霍鵬舉表示，中國化石能源資源的特點是富煤、少油。但大規模的煤炭開發利用，會造成嚴峻的生產安全、環境保護、大氣汙染物與溫室氣體排放等問題。在另一方面，我國目前有將近三分之二的石油依賴進口。為了保證能源安全，充分利用我國豐富的煤炭資源，適當發展煤制油產業是我們的國情需要。
近些年來，隨著科學技術的發展，可以將煤、電、油一體化的粉煤熱解-氣化一體化技術(CCSI)已經成為現實，也就是在煤變油的過程中，也能夠將其中的一些熱能轉化為電能。這讓這種能源轉化模式可以獲得更為豐厚的能源轉化。
未來，隨著技術的繼續成熟以及綜合成本的下降，該項技術將讓我國的煤變油等煤化工的規模化發展變得越來越現實。
出品：科普中央廚房
監製：北京科技報 | 科學加客戶端
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