21.地下石油是怎么开采出来的？
一些文学作品曾将油田描述为“地下油海”和“地下油河”。不少人也认为地下的油田像地面的海、湖一样储存着石油。其实不是这样。石油是“石头里的油”，像水浸透在海绵里一样浸透在石头的孔隙与缝洞里。石油工作者的一项主要工作就是采用各种技术手段，把储集在孔隙中与缝洞里的原油挤压出来，一点一滴地汇集到油井，通过油井采集到地面上来。
很早很早以前，人们用最简单的提捞方式开采原油，就像用吊桶在水井中提水一样，用绞车把原油从油井中提取上来。但这种方法只适用于油层非常浅、压力很小、产量很低的油井。如1907年中国延长油矿的延一井，井深81m，日产油1～1.5t。当时都是用转盘绞车把原油从油井中提捞上来的。
随着石油工业的发展，越来越多产量高、油层埋藏很深的油田被发现，原来那套人工提捞的方法无法在这些油井上使用，所以逐渐被淘汰。自喷采油和各种人工举升采油的方法应运而生。在石油界，通常把仅仅依靠岩石膨胀、边水驱动、重力、天然气膨胀等各种天然能量来采油的方法称为一次采油；把通过注气或注水提高油层压力的采油方法称为二次采油；把通过注入化学药剂改变张力、注入热流体改变黏度，用这种物理、化学方法来驱替油层中不连续的和难开采原油的方法称为三次采油。
（1）一次采油—让油自己喷出来
一口油井用钻井的方法钻孔、下入钢管连通到油层后，在地层里沉睡了亿万年的原油可以依靠天然能量摆脱覆盖在它们之上的重重障碍，像喷泉那样，沿着油井的钢管自动向地面喷射出来。油层内的压力越大，喷出来的油就越快越多。这种靠油层自身的能量将原油举升到地面的能力，称为自喷，用这种办法采油，称为自喷采油，常发生在油井开发的初期。自喷井开采示意见图2-16。我国第一口自喷井是在大庆打出来的。
图2-16 一次采油示意图
那么油井为什么会自喷呢？石油和天然气深埋于地下封闭的岩石构造中，在上覆地层的重压下，它们与岩石一起受到压缩，从而集聚了大量的弹性能量，形成高温高压区。当油层通过油井与地面连通后，井口是低压而井底是高压。在这个压差的作用下，上覆地层就像挤海绵一样，将石油从油层挤到油井中，并举升到地面。这就像一个充足气的汽车轮胎一样，当拔掉气门芯后，被压缩的空气将喷射而出。随着原油及天然气的不断产出，油层岩石及地层中流体的体积逐渐扩展，弹性能量也逐渐释放。总有一天，当弹性能量不足以把流体举升上来时，地层中新的压力平衡慢慢建立起来，流体也不再流动，大量的石油会被滞留在地下。就像被压缩的弹簧一样，开始弹力很强，随着弹簧体积扩展，弹力越来越弱，最终失去弹力。
一次采油的优点是投资少、成本低、投产快，只要按照设计的生产井网钻井后，不需要增加另外的注入设备，只靠油层自身的能量就可将原油采出地面。缺点是天然能量作用的范围和时间有限，不能适应油田较高的采油速度及长期稳产的要求，最终采收率通常较低。
（2）二次采油—用水把油顶出来
在二次采油阶段，人们通过向油层中注气或注水来提高油层压力，为地层中的岩石和流体补充弹性能量，使地层中岩石和流体新的压力平衡无法建立，地层流体可以始终流向油井，从而能够采出仅靠天然能量不能采出的石油。二次采油注水开发示意见图2-17。
图2-17 二次采油注水开发示意图
但是，由于地层的非均质性，注入流体总是沿着阻力最小的途径流向油井，处于阻力相对较大的区域中的石油将不能被驱替出来。有的原油在地下就像沥青一样，根本无法在地层这种多孔介质中流动。因此，二次采油方法提高原油采收率的能力是有限的。
油田注水开发的原理就是通过打注水井向油层注入水，在整个油层内建立起水压驱动方式，恢复和保持油层压力，从而减少钻井口数，提高采油速度，缩短油田开发的年限，提高油田最终采收率。由于注水工艺容易掌握，水源也比较容易得到，因此油田注水开发的方式迅速推广，成为一种应用最广泛的方法。
（3）三次采油—靠科技把油洗出来
在三次采油阶段，人们通过采用各种物理、化学方法改变原油的黏度和对岩石的吸附性，可以增加原油的流动能力，进一步提高原油采收率。三次采油的主要方法有热力采油法、化学驱油法、混相驱油法、微生物驱油法等。
热力采油法主要是利用降低原油黏度来提高采收率。其中蒸汽吞吐法就是热力采油法的一种常用方法。它利用原油的黏度对温度非常敏感的特性，采取周期性地向油井中注入蒸汽，注入的热量可使油层中的原油温度升高数十至上百摄氏度，从而大大降低了原油黏度，提高了原油的流动能力。蒸汽吞吐过程一般分为3个阶段。第一阶段是注汽阶段。此阶段将高温蒸汽快速注入油层中，注入量一般在千吨当量水以上，注入时间一般几天到十几天。第二阶段是焖井阶段。也就是在注汽完成后立即关井，便于蒸汽携带的热量在油层中有效交换，从而加热油层。关井时间不宜太长或太短，一般2～5天为宜。第三阶段是采油阶段。此阶段一般又包括自喷和抽油两个阶段。因高温高压注汽时的井底附近压力较高，为自喷提供了能量，自喷阶段一般维持几天到数十天，此时主要产出物为油井周围的冷凝水和大量加热过的原油。当井底压力与地层压力接近时，就必须转入抽油阶段，该阶段持续时间长达几个月到一年以上不等，是原油产出的主要时期。
化学驱油法主要是通过注入一些化学药剂增加地层水的黏度，改变原油和地层水的黏度比，减小地层中水的流动能力和油的流动能力之间的差距，同时，降低原油对岩石的吸附性，从而扩大增黏水驱油面积，提高驱油效率。1972年我国大庆油田开始采用以聚丙烯酰胺为主体的注聚合物三次采油试验，1990年又在中西部地区开始试验，聚合物驱油示意见图2-18。大庆油田聚合物驱油自1996年投入工业化应用以来，创造了世界油田开发史上的奇迹。
图2-18 聚合物驱油示意图
混相驱油法主要是通过注入的气体与原油发生混相，可以降低原油黏度和对岩石的吸附性，常用的气体有天然气和二氧化碳。
微生物驱油法是利用微生物及其代谢产物能裂解重质烃类和石蜡，使石油的大分子变成小分子，同时代谢产生的气体CO2、N2、H2、CH4等可溶于原油，从而降低原油黏度，增加原油的流动性，达到提高原油采收率的目的。