中國石油紀念日 | 石油為什么那么珍貴？未來究竟可不可替代？

74年前的今天，玉門油礦解放，新中國石油工業(yè)發(fā)展翻開了新的篇章。2021年，中國石油將玉門油礦解放的9月25日定為“中國石油紀念日”。每年這個時候，是屬于百萬石油人的日子。我們常說石油珍貴，那么石油為何如此珍貴？它未來究竟能否被代替？

一、石油為什么如此珍貴？

石油如此珍貴，體現在它的形成、勘探、精煉和運輸等過程中。

1、石油的形成：一滴“油”，億萬年

按照現在的油氣成因理論，石油主要是有機成因形成的，即油氣是在地質歷史上由分散在沉積物中的動物、植物等有機物質生成的。數百萬年至數億年前，大量的浮游植物、藻類和動物死亡后，它們的遺體和殘骸等有機質沉積在海底或湖底并被其它碎屑沉積物或化學沉積物埋藏。

沉積物不斷累積、埋深，通過成巖作用形成沉積巖。

沉積巖中的有機質在埋藏過程中經歷了復雜的生物化學及化學變化，通過腐泥化和腐殖化過程形成了干酪根，成為生成石油的母質。

干酪根形成以后，隨著埋藏深度的進一步增加溫度升高，通過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程非常緩慢，石油形成的過程十分漫長。

石油形成過程（圖蟲創(chuàng)意）

2、石油的勘探：油氣藏，找破頭

由于地下地質結構復雜，不同地區(qū)的巖石層、構造、儲層等各異，油氣藏類型也各不相同，石油勘探和開采面臨著諸多挑戰(zhàn)。

我國是世界上最早發(fā)現、開采和利用石油及天然氣的國家之一，最早的石油記載見于成書于公元80年班固著《漢書·地理志》。北宋大科學家沈括在《夢溪筆談》提到“石油至多，生于地中無窮”，首次命名了“石油”。

油氣賦存于地下巖石之中，通過復雜的運移、匯聚過程，保存在地下適合油氣聚集的場所——“圈閉”中，形成油氣藏。油氣藏通常深埋在地下數公里的地方，非常隱蔽。

尋找油氣資源，除了需要基礎的地質理論指導外，還需要一些勘探技術，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，也是通過聲波、電磁波等探測地下的地質結構信息。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，利用地下介質彈性和密度的差異，通過觀測和分析人工地震產生的地震波在地下的傳播規(guī)律，推斷地下巖層的性質和形態(tài)。地震勘探是鉆探前勘測石油與天然氣資源的重要手段。

石油鉆探的鉆井（圖蟲創(chuàng)意）

3、原油的精煉：油精煉，過幾關

首先，原油需要進行分餾。煉油廠中的設備將原油加熱至高溫后，通過分餾，不同沸點的組分會被分離出來，在不同高度上形成氣體、液體和固體。

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

再通過催化裂化這一方法，將一些較重質鏈的長鏈烴裂解成短鏈烴，將大分子烴分解或轉化為較小分子，這樣可以增加汽油的產量。

接著，原油需要經過催化重整來提高其辛烷值。辛烷值是一個衡量汽油品質的指標，它與汽油的抗爆性能有關。

最后就是通過一些工藝進行雜質和尾氣處理，得到清潔的汽油。

原油蒸餾方案（圖蟲創(chuàng)意）

4、石油的運輸：油難運，高風險

石油運輸面臨的難點主要包括以下幾個方面：

1、輸送難點：我國部分地區(qū)為易凝高黏原油，針對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構，并在輸送過程中添加減阻降凝劑

2、高壓條件：長輸管道輸油通常為高壓條件，這對運輸管道、儲罐等設施提出了較高的要求，需要采用高性能材料和采取相應措施確保設施的安全性能。

3、安全風險：石油是易燃易爆的物質，因此石油運輸存在火災、爆炸等安全風險，此外，石油泄漏或意外排放會對土壤、水體和大氣造成污染。

輸油管道（圖蟲創(chuàng)意）

二、新技術對石油“施以援手”

1、成油難？人造石油來！

人造石油是由固體或氣體燃料制成的類似石油的產品，如可以用煤炭為原料，通過熱解或合成氣反應進行“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量和相對較低的生產成本。其次，天然石油的開采和使用過程中存在環(huán)境污染和溫室氣體排放等問題，而人造石油的生產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，但實現完全替代還需要進一步的技術突破和全面的能源轉型。

2、找油難？精確再精確！

石油勘探開發(fā)中積累了海量的地球物理勘探資料和鉆井、測井以及油氣開發(fā)數據。這成為將人工智能和大數據等新技術施展于“找油”的良機。如在石油勘探方面，利用多種勘探數據進行智能反演，提高了斷層、裂縫、地質構造等解釋的精度，通過機器學習方法和地震、測井資料，可以進行優(yōu)質儲層的自動設別。開發(fā)方面，通過對注水井和開發(fā)井歷史生產數據的學習和訓練，可以進行生產參數的優(yōu)化。

3、運油難？如何安全且環(huán)保？

目前石油運輸還是以管道運輸為主，那么一個高效安全的管道系統(tǒng)，例如保溫層和防腐層的改進，智能管道監(jiān)測系統(tǒng)等就顯得極其重要；同時使用電力驅動技術替代大功率的燃氣或柴油發(fā)動機來實現推動，可以減少環(huán)境污染，并提供更高效、低成本的運行方式。

隨著對環(huán)境影響的關注不斷增加，設計和建造環(huán)保型油輪已成為一個熱門方向。這些油輪通過安裝廢氣凈化裝置、節(jié)能設備和相應的處理系統(tǒng)等技術手段，減少了尾氣排放和污染物的釋放。

液化天然氣（LNG）船舶技術也是一個重要的選擇。該技術利用特殊的船舶將天然氣冷卻為液態(tài)，以便更容易儲存和運輸。以液化天然氣為燃料，燃燒后對空氣污染很小，是一種公認的潔凈能源，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源之一，能夠滿足各行業(yè)和日常生活的能源需求；石油產業(yè)對于國家經濟的發(fā)展和穩(wěn)定起著重要的支撐作用。石油資源的開采、加工和銷售創(chuàng)造了大量的就業(yè)機會，并且石油貿易也成為國際貿易中的重要組成部分。

但隨著環(huán)境問題和可持續(xù)發(fā)展的關注增加，人們逐漸開始尋找替代石油的能源和材料，如太陽能、風能、生物能源、地熱能等。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，彼時再也見不到漫天的黃沙和霧霾，人們可以盡情享受蔚藍的天空和新鮮的空氣，愜意的生活在這顆美麗的藍色星球。

作者：朱傳慶 中國石油大學（北京） 教授

審核：賈韶輝 國家石油天然氣管網集團研究總院 高級工程師

出品：科普中國

監(jiān)制：中國科學技術出版社有限公司、中科數創(chuàng)（北京）數字傳媒有限公司