中國(guó)石油紀(jì)念日 | 石油為什么那么珍貴？未來(lái)究竟可不可替代？

74年前的今天，玉門油礦解放，新中國(guó)石油工業(yè)發(fā)展翻開(kāi)了新的篇章。2021年，中國(guó)石油將玉門油礦解放的9月25日定為“中國(guó)石油紀(jì)念日”。每年這個(gè)時(shí)候，是屬于百萬(wàn)石油人的日子。我們常說(shuō)石油珍貴，那么石油為何如此珍貴？它未來(lái)究竟能否被代替？

一、石油為什么如此珍貴？

石油如此珍貴，體現(xiàn)在它的形成、勘探、精煉和運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中。

1、石油的形成：一滴“油”，億萬(wàn)年

按照現(xiàn)在的油氣成因理論，石油主要是有機(jī)成因形成的，即油氣是在地質(zhì)歷史上由分散在沉積物中的動(dòng)物、植物等有機(jī)物質(zhì)生成的。數(shù)百萬(wàn)年至數(shù)億年前，大量的浮游植物、藻類和動(dòng)物死亡后，它們的遺體和殘骸等有機(jī)質(zhì)沉積在海底或湖底并被其它碎屑沉積物或化學(xué)沉積物埋藏。

沉積物不斷累積、埋深，通過(guò)成巖作用形成沉積巖。

沉積巖中的有機(jī)質(zhì)在埋藏過(guò)程中經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)及化學(xué)變化，通過(guò)腐泥化和腐殖化過(guò)程形成了干酪根，成為生成石油的母質(zhì)。

干酪根形成以后，隨著埋藏深度的進(jìn)一步增加溫度升高，通過(guò)熱降解作用和熱裂解作用形成石油及天然氣。

由于沉積、成巖和地層埋藏等過(guò)程非常緩慢，石油形成的過(guò)程十分漫長(zhǎng)。

石油形成過(guò)程（圖蟲(chóng)創(chuàng)意）

2、石油的勘探：油氣藏，找破頭

由于地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同地區(qū)的巖石層、構(gòu)造、儲(chǔ)層等各異，油氣藏類型也各不相同，石油勘探和開(kāi)采面臨著諸多挑戰(zhàn)。

我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)、開(kāi)采和利用石油及天然氣的國(guó)家之一，最早的石油記載見(jiàn)于成書(shū)于公元80年班固著《漢書(shū)·地理志》。北宋大科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》提到“石油至多，生于地中無(wú)窮”，首次命名了“石油”。

油氣賦存于地下巖石之中，通過(guò)復(fù)雜的運(yùn)移、匯聚過(guò)程，保存在地下適合油氣聚集的場(chǎng)所——“圈閉”中，形成油氣藏。油氣藏通常深埋在地下數(shù)公里的地方，非常隱蔽。

尋找油氣資源，除了需要基礎(chǔ)的地質(zhì)理論指導(dǎo)外，還需要一些勘探技術(shù)，地球物理勘探和鉆探是最重要的兩種途徑。地球物理勘探的原理跟醫(yī)院的超聲、CT檢查很相似，也是通過(guò)聲波、電磁波等探測(cè)地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。石油勘探中最常用的地球物理勘探方法是地震勘探，在地表處人工激發(fā)彈性波，利用地下介質(zhì)彈性和密度的差異，通過(guò)觀測(cè)和分析人工地震產(chǎn)生的地震波在地下的傳播規(guī)律，推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)。地震勘探是鉆探前勘測(cè)石油與天然氣資源的重要手段。

石油鉆探的鉆井（圖蟲(chóng)創(chuàng)意）

3、原油的精煉：油精煉，過(guò)幾關(guān)

首先，原油需要進(jìn)行分餾。煉油廠中的設(shè)備將原油加熱至高溫后，通過(guò)分餾，不同沸點(diǎn)的組分會(huì)被分離出來(lái)，在不同高度上形成氣體、液體和固體。

接著對(duì)液體組分進(jìn)行加氫處理，以去除其中的硫化物和氮化物等雜質(zhì)，并減少含硫含氮化合物對(duì)催化劑的破壞。

再通過(guò)催化裂化這一方法，將一些較重質(zhì)鏈的長(zhǎng)鏈烴裂解成短鏈烴，將大分子烴分解或轉(zhuǎn)化為較小分子，這樣可以增加汽油的產(chǎn)量。

接著，原油需要經(jīng)過(guò)催化重整來(lái)提高其辛烷值。辛烷值是一個(gè)衡量汽油品質(zhì)的指標(biāo)，它與汽油的抗爆性能有關(guān)。

最后就是通過(guò)一些工藝進(jìn)行雜質(zhì)和尾氣處理，得到清潔的汽油。

原油蒸餾方案（圖蟲(chóng)創(chuàng)意）

4、石油的運(yùn)輸：油難運(yùn)，高風(fēng)險(xiǎn)

石油運(yùn)輸面臨的難點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

1、輸送難點(diǎn)：我國(guó)部分地區(qū)為易凝高黏原油，針對(duì)易凝高黏原油的管道輸送，需要采用熱油輸送工藝和保溫管道結(jié)構(gòu)，并在輸送過(guò)程中添加減阻降凝劑

2、高壓條件：長(zhǎng)輸管道輸油通常為高壓條件，這對(duì)運(yùn)輸管道、儲(chǔ)罐等設(shè)施提出了較高的要求，需要采用高性能材料和采取相應(yīng)措施確保設(shè)施的安全性能。

3、安全風(fēng)險(xiǎn)：石油是易燃易爆的物質(zhì)，因此石油運(yùn)輸存在火災(zāi)、爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)，此外，石油泄漏或意外排放會(huì)對(duì)土壤、水體和大氣造成污染。

輸油管道（圖蟲(chóng)創(chuàng)意）

二、新技術(shù)對(duì)石油“施以援手”

1、成油難？人造石油來(lái)！

人造石油是由固體或氣體燃料制成的類似石油的產(chǎn)品，如可以用煤炭為原料，通過(guò)熱解或合成氣反應(yīng)進(jìn)行“煤制油”。人造石油的主要成分同樣為各種烴類，并含有氧、氮、硫等有機(jī)化合物。雖然人造石油在一定程度上可以替代天然石油，但是否完全代替石油取決于多個(gè)因素。

首先，人造石油的制備成本目前較高，而天然石油具有豐富的儲(chǔ)量和相對(duì)較低的生產(chǎn)成本。其次，天然石油的開(kāi)采和使用過(guò)程中存在環(huán)境污染和溫室氣體排放等問(wèn)題，而人造石油的生產(chǎn)也可能涉及能源消耗和排放等環(huán)境影響。所以，人造石油可以在一定程度上替代石油，但實(shí)現(xiàn)完全替代還需要進(jìn)一步的技術(shù)突破和全面的能源轉(zhuǎn)型。

2、找油難？精確再精確！

石油勘探開(kāi)發(fā)中積累了海量的地球物理勘探資料和鉆井、測(cè)井以及油氣開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)。這成為將人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)施展于“找油”的良機(jī)。如在石油勘探方面，利用多種勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行智能反演，提高了斷層、裂縫、地質(zhì)構(gòu)造等解釋的精度，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)方法和地震、測(cè)井資料，可以進(jìn)行優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的自動(dòng)設(shè)別。開(kāi)發(fā)方面，通過(guò)對(duì)注水井和開(kāi)發(fā)井歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，可以進(jìn)行生產(chǎn)參數(shù)的優(yōu)化。

3、運(yùn)油難？如何安全且環(huán)保？

目前石油運(yùn)輸還是以管道運(yùn)輸為主，那么一個(gè)高效安全的管道系統(tǒng)，例如保溫層和防腐層的改進(jìn)，智能管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等就顯得極其重要；同時(shí)使用電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)替代大功率的燃?xì)饣虿裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)推動(dòng)，可以減少環(huán)境污染，并提供更高效、低成本的運(yùn)行方式。

隨著對(duì)環(huán)境影響的關(guān)注不斷增加，設(shè)計(jì)和建造環(huán)保型油輪已成為一個(gè)熱門方向。這些油輪通過(guò)安裝廢氣凈化裝置、節(jié)能設(shè)備和相應(yīng)的處理系統(tǒng)等技術(shù)手段，減少了尾氣排放和污染物的釋放。

液化天然氣（LNG）船舶技術(shù)也是一個(gè)重要的選擇。該技術(shù)利用特殊的船舶將天然氣冷卻為液態(tài)，以便更容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸。以液化天然氣為燃料，燃燒后對(duì)空氣污染很小，是一種公認(rèn)的潔凈能源，并且占用空間小。

目前，石油仍然是不可替代的重要能源。作為化石燃料之一，石油是全球最重要的能源來(lái)源之一，能夠滿足各行業(yè)和日常生活的能源需求；石油產(chǎn)業(yè)對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和穩(wěn)定起著重要的支撐作用。石油資源的開(kāi)采、加工和銷售創(chuàng)造了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，并且石油貿(mào)易也成為國(guó)際貿(mào)易中的重要組成部分。

但隨著環(huán)境問(wèn)題和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注增加，人們逐漸開(kāi)始尋找替代石油的能源和材料，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物能源、地?zé)崮艿?。因此，石油的不可替代性正在逐漸被挑戰(zhàn)。

綠水青山就是金山銀山，相信隨著環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念的不斷深入，清潔能源一定能夠得到充分利用，彼時(shí)再也見(jiàn)不到漫天的黃沙和霧霾，人們可以盡情享受蔚藍(lán)的天空和新鮮的空氣，愜意的生活在這顆美麗的藍(lán)色星球。

作者：朱傳慶 中國(guó)石油大學(xué)（北京） 教授

審核：賈韶輝 國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)研究總院 高級(jí)工程師

出品：科普中國(guó)

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