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经过了大量的勘探研究，一旦确定油气田有工业开采价值，就要进行开发、采出石油的工作。
要使石油和天然气流到地表，首先要打好钻井。经过地质勘探和开发人员的艰苦劳动和研究，找到了地下的油气藏，确定了打井的位置、数量和深度，钻井工人就要在定好的井位上钻井。
目前常用的钻井技术是转盘（旋转）钻井。它由一套地面设备（包括钻机、井架）和一套提升系统及钻杆、钻具和钻头等组成。通过提升系统将钻具提起、放下，靠转盘转动带动钻具转动，再转动钻头破碎岩石。被破碎的岩石碎屑被泥浆泵带入井内的泥浆循环再带到地面。钻头磨损了，就再将钻具提上来，更换新钻头，放入井底再次钻进，直至目的层（图31）。这是目前世界上使用得最广泛的钻井方法。
图31 转盘旋转钻井示意图
在钻进的过程中，要及时地在钻孔中安置一根叫套管的钢管，并用水泥封固在通道井壁上，防止地层坍塌。套管的口径向下逐渐变细，在套管中间再下一根引油钢管，叫油管。地面井口上还要安装一套井口设备，上面布满了各种压力阀门和各个方向的管线，很像一棵树，所以人们叫它“采油树”（图32）。
图32 采油树
是否能把原油从地下采到地面来，还取决于地下油层压力的大小。我国大庆、胜利、辽河、塔里木、大港等油田的许多油藏的地下油层压力都很大，只要一打开采油树的闸门，地下的石油和天然气就会不停地往外喷，这就是“自喷井”。现在世界上60%～72%的石油是靠自喷井采出来的。有的自喷井最高日产量可达万吨以上。
地下深处的石油能从钻井中源源不断地喷出，除了充足的油源，还要使油层中有足够大的地层压力。石油原来所埋藏的地层深处有来自上覆岩层和地层水的巨大压力。钻井打开油层之前，压力处于平衡状态。一旦油层之上的地层被打开一条“烟囱”，这种平衡就被打破了，石油就会从井的四周向压力突然降低的油井底部流动。另外，石油中还常常含有许多天然气，它和石油在地层中几乎密不可分，就好像一个装满汽水的瓶子，钻井就像是打开了汽水瓶的盖子，油层里的石油随着溶解气体的膨胀，先涌向井孔，然后由井筒喷出井口。
经过一段时间的自喷以后，由于地层压力降低，油井的喷力就会慢慢下降，以后就会喷喷停停，最后就无法自喷了。目前国内外维持油层压力的最常用也最有效的方法是“以水驱油”的注水开采法，就是把水从另外的一些钻井中打到油层下面，用水补充由于石油开采而留下的空间，从而保持地层的压力，这是使油井顺利产油、保持自喷的关键。我国大庆油田采取的早期内部注水开发措施，使油层压力长期保持不变（图33）。有的开发区虽已开采了20余年，油层压力不但未下降，还有上升的趋势，使油田的开发达到了国际先进水平。
图33 注水开发
有的油田从刚一开始采油就无法自喷。造成这种现象的原因有多种，比如地下油层压力不足、原油油质较重形成了难以流动的“稠油”等等。这类油田的采油多采用“抽油法”，也叫深井泵采油法（图34）。目前，世界上大约90%以上的无法自喷的油田是采用抽油法开采的。深井泵是放在油井里的一种活塞泵，通过抽油机的抽吸，把井底原油抽到地面上来。
图34 抽油机抽油示意图
地下油层的储集性能，比如含油孔隙的连通程度、渗透性能等同样是控制油井和注水井生产能力的重要因素。当然，也可以采取人工方法改善这些性能，主要是物理法和化学法。
从原理上讲，对于坚硬的地层可以用炸药甚至核爆炸来增加油层内裂缝，促使石油大量流到井筒里，但这种方法有一定的危险性，炸药用量也不好掌握。目前常用的是在地面利用加压设备压裂油层，并增加油层中裂缝的数目，同时，在压裂液中加入直径相等的砂子，用砂粒撑住裂缝不再合拢。这样，石油就会源源不断地从打通的通道中涌向井筒，再喷到地面上来。这种方法称为“压裂法”。
化学方法相对比较简单一些，在摸清了井下地层的胶结物性质之后，向油井的地层中注入盐酸溶液，溶解堵塞了油层的含钙等物质，打通石油流通的通道，这种方法就称为“酸化法”。在石油开采的过程中，有时会同时使用压裂法和酸化法，力争采到更多的石油（图35）。
图35 酸化压裂作业
到了油田开发的后期，当地下的原油所剩不多的时候，为了采出残留在油层中的石油，还要采用二次采油法甚至三次采油法，比如往油层中注入加热的二氧化碳或用火烧油层，以提高石油的采出量。
海洋采油比陆地采油不但难度大而且成本也高，目前主要有4种采油的方式：从海岸陆地上打斜井，钻至海底油层，目前最远的可深入海中3千米以上；在海中建造人工岛，在岛上钻井采油。这是两种适用于海水深度在10米左右的浅水区。第三种是海上钻井平台采油，即在海上建造一个钢筋结构或钢筋混凝土结构的固定平台，用定向钻井法在平台上钻井，同时可以采用多口采油井，还可以用浮动式钻井船打井、采油。第四种是利用近年来潜水工具的改进与计算机相结合而发展起来的海底采油装置进行采油，这是一种较为安全，但技术复杂、难度较大的方法。
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