中国石油纪念日 | 石油为什么那么珍贵？未来究竟可不可替代？
来源： 科普中国 发布时间：2023-09-26
74年前的今天，玉门油矿解放，新中国石油工业发展翻开了新的篇章。2021年，中国石油将玉门油矿解放的9月25日定为“中国石油纪念日”。每年这个时候，是属于百万石油人的日子。我们常说石油珍贵，那么石油为何如此珍贵？它未来究竟能否被代替？
一、石油为什么如此珍贵？
石油如此珍贵，体现在它的形成、勘探、精炼和运输等过程中。
1、石油的形成：一滴“油”，亿万年
按照现在的油气成因理论，石油主要是有机成因形成的，即油气是在地质历史上由分散在沉积物中的动物、植物等有机物质生成的。数百万年至数亿年前，大量的浮游植物、藻类和动物死亡后，它们的遗体和残骸等有机质沉积在海底或湖底并被其它碎屑沉积物或化学沉积物埋藏。
沉积物不断累积、埋深，通过成岩作用形成沉积岩。
沉积岩中的有机质在埋藏过程中经历了复杂的生物化学及化学变化，通过腐泥化和腐殖化过程形成了干酪根，成为生成石油的母质。
干酪根形成以后，随着埋藏深度的进一步增加温度升高，通过热降解作用和热裂解作用形成石油及天然气。
由于沉积、成岩和地层埋藏等过程非常缓慢，石油形成的过程十分漫长。
石油形成过程（图虫创意）
2、石油的勘探：油气藏，找破头
由于地下地质结构复杂，不同地区的岩石层、构造、储层等各异，油气藏类型也各不相同，石油勘探和开采面临着诸多挑战。
我国是世界上最早发现、开采和利用石油及天然气的国家之一，最早的石油记载见于成书于公元80年班固著《汉书·地理志》。北宋大科学家沈括在《梦溪笔谈》提到“石油至多，生于地中无穷”，首次命名了“石油”。
油气赋存于地下岩石之中，通过复杂的运移、汇聚过程，保存在地下适合油气聚集的场所——“圈闭”中，形成油气藏。油气藏通常深埋在地下数公里的地方，非常隐蔽。
寻找油气资源，除了需要基础的地质理论指导外，还需要一些勘探技术，地球物理勘探和钻探是最重要的两种途径。地球物理勘探的原理跟医院的超声、ct检查很相似，也是通过声波、电磁波等探测地下的地质结构信息。石油勘探中最常用的地球物理勘探方法是地震勘探，在地表处人工激发弹性波，利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态。地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段。
石油钻探的钻井（图虫创意）
3、原油的精炼：油精炼，过几关
首先，原油需要进行分馏。炼油厂中的设备将原油加热至高温后，通过分馏，不同沸点的组分会被分离出来，在不同高度上形成气体、液体和固体。
接着对液体组分进行加氢处理，以去除其中的硫化物和氮化物等杂质，并减少含硫含氮化合物对催化剂的破坏。
再通过催化裂化这一方法，将一些较重质链的长链烃裂解成短链烃，将大分子烃分解或转化为较小分子，这样可以增加汽油的产量。
接着，原油需要经过催化重整来提高其辛烷值。辛烷值是一个衡量汽油品质的指标，它与汽油的抗爆性能有关。
最后就是通过一些工艺进行杂质和尾气处理，得到清洁的汽油。
原油蒸馏方案（图虫创意）
4、石油的运输：油难运，高风险
石油运输面临的难点主要包括以下几个方面：
1、输送难点：我国部分地区为易凝高黏原油，针对易凝高黏原油的管道输送，需要采用热油输送工艺和保温管道结构，并在输送过程中添加减阻降凝剂
2、高压条件：长输管道输油通常为高压条件，这对运输管道、储罐等设施提出了较高的要求，需要采用高性能材料和采取相应措施确保设施的安全性能。
3、安全风险：石油是易燃易爆的物质，因此石油运输存在火灾、爆炸等安全风险，此外，石油泄漏或意外排放会对土壤、水体和大气造成污染。
输油管道（图虫创意）
二、新技术对石油“施以援手”
1、成油难？人造石油来！
人造石油是由固体或气体燃料制成的类似石油的产品，如可以用煤炭为原料，通过热解或合成气反应进行“煤制油”。人造石油的主要成分同样为各种烃类，并含有氧、氮、硫等有机化合物。虽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决于多个因素。
首先，人造石油的制备成本目前较高，而天然石油具有丰富的储量和相对较低的生产成本。其次，天然石油的开采和使用过程中存在环境污染和温室气体排放等问题，而人造石油的生产也可能涉及能源消耗和排放等环境影响。所以，人造石油可以在一定程度上替代石油，但实现完全替代还需要进一步的技术突破和全面的能源转型。
2、找油难？精确再精确！
石油勘探开发中积累了海量的地球物理勘探资料和钻井、测井以及油气开发数据。这成为将人工智能和大数据等新技术施展于“找油”的良机。如在石油勘探方面，利用多种勘探数据进行智能反演，提高了断层、裂缝、地质构造等解释的精度，通过机器学习方法和地震、测井资料，可以进行优质储层的自动设别。开发方面，通过对注水井和开发井历史生产数据的学习和训练，可以进行生产参数的优化。
3、运油难？如何安全且环保？
目前石油运输还是以管道运输为主，那么一个高效安全的管道系统，例如保温层和防腐层的改进，智能管道监测系统等就显得极其重要；同时使用电力驱动技术替代大功率的燃气或柴油发动机来实现推动，可以减少环境污染，并提供更高效、低成本的运行方式。
随着对环境影响的关注不断增加，设计和建造环保型油轮已成为一个热门方向。这些油轮通过安装废气净化装置、节能设备和相应的处理系统等技术手段，减少了尾气排放和污染物的释放。
液化天然气（lng）船舶技术也是一个重要的选择。该技术利用特殊的船舶将天然气冷却为液态，以便更容易储存和运输。以液化天然气为燃料，燃烧后对空气污染很小，是一种公认的洁净能源，并且占用空间小。
目前，石油仍然是不可替代的重要能源。作为化石燃料之一，石油是全球最重要的能源来源之一，能够满足各行业和日常生活的能源需求；石油产业对于国家经济的发展和稳定起着重要的支撑作用。石油资源的开采、加工和销售创造了大量的就业机会，并且石油贸易也成为国际贸易中的重要组成部分。
但随着环境问题和可持续发展的关注增加，人们逐渐开始寻找替代石油的能源和材料，如太阳能、风能、生物能源、地热能等。因此，石油的不可替代性正在逐渐被挑战。
绿水青山就是金山银山，相信随着环保和可持续发展理念的不断深入，清洁能源一定能够得到充分利用，彼时再也见不到漫天的黄沙和雾霾，人们可以尽情享受蔚蓝的天空和新鲜的空气，惬意的生活在这颗美丽的蓝色星球。
作者：朱传庆 中国石油大学（北京） 教授
审核：贾韶辉 国家石油天然气管网集团研究总院 高级工程师
出品：科普中国
监制：中国科学技术出版社有限公司、中科数创（北京）数字传媒有限公司
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