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開採
開採石油的第一關是勘探油田。今天的石油地質學家使用重力儀、磁力儀等儀器來尋找新的石油儲藏。
地表附近的石油可以使用露天開採的方式開採。不過今天除少數非常偏遠地區的礦藏外這樣的石油儲藏已經幾乎全部耗盡了。今天在加拿大艾伯塔的阿薩巴斯卡油砂還有這樣的露天石油礦。在石油開採初期少數地方也曾有過打礦井進行地下開採的礦場。埋藏比較深的油田需要使用鑽井才能開採。海底下的油礦需要使用石油平台來鑽和開採。
為了將鑽頭鑽下來的碎屑以及潤滑和冷卻液運輸出鑽孔,鑽柱和鑽頭是中空的。在鑽井時使用的鑽柱越來越長,鑽柱可以使用螺旋連接在一起。鑽柱的端頭是鑽頭。大多數今天使用的鑽頭由三個相互之間成直角的、帶齒的鑽盤組成。在鑽堅硬岩石時,鑽頭上也可以配有金剛石。不過有些鑽頭也有其它的形狀。
一般鑽頭和鑽柱由地上的驅動機構來旋轉,鑽頭的直徑比鑽柱要大,這樣鑽柱周圍形成一個空洞,在鑽頭的後面使用鋼管來防止鑽孔的壁塌落。
鑽井架,前面的容器中裝着鑽井液
鑽井液由中空的鑽柱被高壓送到鑽頭。鑽井泥漿則被這個高壓通過鑽孔送回地面。鑽井液必須具有高密度和高粘度。
有些鑽頭使用鑽井液來驅動鑽頭,其優點是只有鑽頭,而不必整個鑽柱被旋轉。
為了操作非常長的鑽柱在鑽孔的上方一般建立一個鑽井架。
在必要的情況下,今天工程師也可以使用定向鑽井的技術繞彎鑽井。這樣可以繞過被居住的、地質上複雜的、受保護的或者被軍事使用的地面來從側面開採一個油田。
加拿大安大略省薩尼亞附近的油井
地殼深處的石油受到上面底層以及可能伴隨出現的天然氣的壓擠,它又比周圍的水和岩石輕,因此在鑽頭觸及含油層時它往往會被壓力擠壓噴射出來。為了防止這個噴射現代的鑽機在鑽柱的上端都有一個特殊的裝置來防止噴井。一般來說剛剛開採的油田的油壓足夠高可以自己噴射到地面。隨着石油被開採,其油壓不斷降低,後來就需要使用一個從地面通過鑽柱驅動的泵來抽油。
石油平台是用來在海上鑽井和開採石油的
通過向油井內壓水或天然氣可以提高可開採的油量。通過壓入酸來溶解部分岩石(比如碳酸鹽)可以提高含油層岩石的滲透性。隨着開採時間的延長抽上來的液體中水的成分越來越大,後來水的成分大於油的成分,今天有些礦井中水的成分佔90%以上。通過上述手段、按照當地的情況不同今天一個油田中20%至50%的含油可以被開採。剩下的油今天無法從含油的岩石中分解出來。通過以下手段可以再提高能夠被開採的石油的量:
通過壓入沸水或高溫水蒸氣,甚至通過燃燒部分地下的石油
注入氮氣
注入二氧化碳來降低石油的黏度
注入輕汽油來降低石油的黏度
注入通過提高驅替液黏度,改變流度比的聚合物水溶液將原油從岩石孔隙釋放出來
注入改善油與水之間的界/表面張力的物質(表面活性劑)的水溶液來使油從岩石孔隙中分解出來。
這些手段可以結合使用。雖然如此依然有相當大量的油無法被開採。
水下的油田的開採最困難。要開採水下的油田要使用浮動的石油平台。在這裡定向鑽井的技術使用得最多,使用這個技術可以擴大平台的開採面積。
成分
辛烷是石油中存在的一種碳氫化合物。此圖為辛烷分子的球棍模型,其中黑色線段表示C-H單鍵,黑色球體表示碳原子,白色球體表示氫原子。
構成石油的化學物質,用分餾能互相分離。原油作為加工的產品,有煤油、苯、汽油、石蠟、瀝青等。嚴格地說,石油以氫與碳構成的脂肪烴為主要成分。
分子量最小的4種烴,全都是煤氣。
CH4(甲烷) - 沸點−107℃
C2H6(乙烷) - 沸點−67℃
C3H8(丙烷) - 沸點−43℃
C4H10(丁烷) - 沸點−0.5℃