石油工程手册：可持续开发(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：（加）M.L卡恩,（加）M.R.伊思阑

出版社：石油工业出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

石油工程手册：可持续开发试读：

《国外油气勘探开发新进展丛书（十三）》编委会

主　任：赵政璋

副主任：赵文智　张卫国

编　委：（按姓氏笔画排序）

　　　　刘德来　杨　帆　单彤文　周家尧

　　　　赵章明　侯玉芳　贾　旭　曹砚锋

　　　　章卫兵序

为了及时学习国外油气勘探开发新理论、新技术和新工艺，推动中国石油上游业务技术进步，本着先进、实用、有效的原则，中国石油勘探与生产分公司和石油工业出版社组织多方力量，对国外著名出版社和知名学者最新出版的、代表最先进理论和技术水平的著作进行了引进，并翻译和出版。

从2001年起，在跟踪国外油气勘探、开发最新理论新技术发展和最新出版动态基础上，从生产需求出发，通过优中选优已经翻译出版了12辑60多本专著。在这套系列丛书中，有些代表了某一专业的最先进理论和技术水平，有些非常具有实用性，也是生产中所亟需。这些译著发行后，得到了企业和科研院校广大科研管理人员和师生的欢迎，并在实用中发挥了重要作用，达到了促进生产、更新知识、提高业务水平的目的。部分石油单位统一购买并配发到了相关技术人员的手中。同时中国石油天然气集团公司也筛选了部分适合基层员工学习参考的图书，列入“千万图书下基层，百万员工品书香”书目，配发到中国石油所属的4万余个基层队站。该套系列丛书也获得了我国出版界的认可，三次获得了中国出版工作者协会的“引进版科技类优秀图书奖”，形成了规模品牌，获得了很好的社会效益。

2016年在前12辑出版的基础上，经过多次调研、筛选，又推选出了国外最新出版的6本专著，即《油气藏勘探与评价》《石油工程手册——可持续生产》《完井设计》《海洋结构物设计、建造与维护》《液化天然气手册》《天然气脱硫与处理手册》，以飨读者。

在本套丛书的引进、翻译和出版过程中，中国石油勘探与生产分公司和石油工业出版社组织了一批著名专家、教授和有丰富实践经验的工程技术人员担任翻译和审校工作，使得该套丛书能以较高的质量和效率翻译出版，并和广大读者见面。

希望该套丛书在相关企业、科研单位、院校的生产和科研中发挥应有的作用。中国石油天然气集团公司副总经理

原书序

本书不是人们为了解决某一工程问题而赖以寻求技术信息的传统的“技术手册”，而是一本致力于整个石油系统管理决策的书。因此，它把重点从寻求“技术解决方案”转移到能够实现可持续开发的“管理决策”上来。本书的第2章对可持续开发实践提供了循序渐进的指导方针。

后面的章节，在介绍石油行业的勘探、钻井、生产、油藏工程、三次采油、运输、炼油和废物管理等各环节的可持续管理决策和运营实践时，也始终坚持同样的做法。

总之，本书从“环境可持续性”的角度，对石油工业各重要环节的现行做法进行了调查。为那些有志于引导石油工业从它的现行做法、沿着漫长的道路向实现真正意义的环境可持续和经济可持续方向发展的人们，提供了一个宝贵的资源。Amit Chakma教授，哲学博士，职业工程师加拿大滑铁卢大学学术副校长和教务长致　谢

本书的编著耗时多年。最初的工作在1999年初就开始了，当时，R.Islam的灵感来自于加拿大自然资源部部长Hon.Ralph Goodale的就职陈述，他经常提及研发标新立异的、经济上有吸引力的、环境上可接受的和对社会负责的技术。值得一提的是，不久前，这一论述还被那些“蓝天”族们看作是荒谬的。在过去的7年当中，这一论述成了我们小组研究的基础，而且，本书在石油工程的标题中体现了这一论述。

这本书是在许多政府或行业部门建立的研究补助金的资助下完成的，在过去的7年里，花费了约400万美元。在此期间，我们也收到了许多研究人员和行业人员的宝贵建议。在本书的研究期间，大约是6年的时间，英国石油公司的Hans Vaziri博士，一直和我们保持联系，并在许多方面提出了非常有用的建议。在这本书的早期写作过程中，壳牌公司的Scott Wellington博士给了我们很多启示。Parvez Akmal少将［巴基斯坦石油天然气开发公司（OGDC）前常务董事］关于这项研究，也提出了一些想法。Jadoon博士（石油天然气开发公司的总工程师）是科学的真正信仰者，他的意见和建议是最有帮助的，也包含在这本书中。蒙克顿大学的Lakhal教授为我们提供了这样的一个观点，任何作业都可以是“绿色环保的”，包括最难的石油工程作业。欧洲经济共同体研究组织的Gary Zatzman，针对本书的许多基本观点，提出了关键的建议，形成了这本书的核心。Mysore Satish教授提供了许多有用的观点，针对石油生产作业可持续发展的拟建技术，提出了许多有价值的建议。Farouq Ali教授持续关注我们小组的研究进展，多次亲自登门拜访或派他的同事Sara Thomas博士过来，对我们的研究起到了至关重要的作用，Sara Thomas博士本身对我们的帮助也很大。David院长帮助我们将许多想法开发成可用的工具。我们研究小组也得到了加拿大和世界各地研究人员的帮助。在本书的构思过程中，Omar Chaalal博士，Ronal Moberg先生，Serperi Sevgur女士，Frank Proto先生，David Bernard博士，Amit Chakma博士和许多其他人，提出了许多不同的观点。

整个研究小组，近40名成员，为完成这一成果，尽了最大努力。尤其是，M.E.Hossain，A.B.Chhetri，Ketata博士，Agha博士，Y.Mehedi，S.Rahman，E.Smit，Belhaj博士，Basu博士，Tango博士，Satish博士和Butt博士等人，所做的努力更值得关注。术　语

C：热容p

C：气体压缩系数g

C：原油压缩系数o

C：岩石压缩系数r

C：总（岩石+流体）压缩系数t

C：水压缩系数w

D：井直径

E：有效总能量e

E：有效总能量r

H：厚度

h：焓

I：不稳定系数s

K：渗透率

K：相对渗透率r

k：导热系数

L：井的深度或长度w

M：流度比

N：转速

p：压力

p：毛细管压力C

p：气相压力g

p：水相压力w

p：油相压力o

q：流量

q：激光源能量laser

R：岩石穿透比

R：指示剂相对重量wi

r：半径

S：固体/液体能量转换SL

S：液体/蒸汽能量转换LV

S：初始含水饱和度wi

S：残余油饱和度or

Δt：时间间隔

Δt：流体内时间间隔F

Δt：固体内时间间隔S

T：温度

T：平均温度m

T：饱和温度sat

t：钻井时间d

V：总孔隙体积F

V：有效孔隙体积EP

V：无效孔隙体积NP

V：总孔隙体积P

V：固体体积S

V：总体积T

W：钻头重量

x，y，z：坐标系

希腊字母：

δ：热穿透深度

φ：孔隙度

γ：表面张力

μ：动力黏滞系数

η：机械能效率E

ρ：密度

σ：表面张力

σ：拟有效表面张力e

下标：

D：无量纲

g：气体

o：油

w：水译者前言《石油工程手册——可持续开发》一书，内容涵盖了石油行业的勘探、钻井、生产、测试、二次采油、三次采油、运输、炼制、废物管理以及设备退役等各环节的现行管理方法和现有技术，并从环境可持续及经济可持续的角度，对现行管理方法和现有技术存在的问题进行了分析，还提出了切实可行的整改措施。本书共10章，对实现可持续开发的管理决策和生产实践提供了循序渐进的指导。

本书的第1章至第6章由密歇根州立大学董旭翻译，第7章至第10章由中国石油技术开发公司郭昊翻译，全书由大庆油田第二采油厂陆长东审校。另外，在本书的翻译过程中，得到了第二采油厂总工程师张玉生的指导和帮助，在此表示诚挚的感谢。

由于翻译人员的专业知识和现场经验的限制，书中难免存在不足和不当之处，欢迎读者批评指正。前　言

无论在空间和时间上，自然界都是完美的。为了理解自然界的完美，我们必须借助于无形的科学。这一主张的前提是自然界正常运转，而且人类能够发现有形的影响并做出相应的反应。然而，这些反应必须考虑自然过程的作用，但到目前为止，我们的检测或测量能力仍然无法完全了解自然过程，因此认为是“无法确定的”——要么是因为我们的着眼点不对，要么是因为我们只关注可以在最短的时间内获得最大的经济回报的某一有形方面。当代科学和工程企业的自恃源于它的基本信念，即我们一旦确定了所有的有形特征，就能够解决一切重要的事情和完成所有繁重的、必要的工作。然而，稍作反思就会发现，任何事情的有形方面都不能超出很小的空间单元，即Δs趋于零；甚至更小的时间单元，即Δt=0（意思是时间等于“现在”）。因此，人类详细阐述无形科学的紧迫性是前所未有的。从水、空气、土壤和火被确定为人类可持续生存不可或缺的成分的那一刻起，直到最近，人类才不得不面对和被迫承认不能持续生存的危机。现在，由来已久的信念，即“自然界是无限的”受到了质疑，因为我们突然发现，尽管工业化国家的人口在减少，但自然资源日渐枯竭。我们发现自然资源不足以维持人类文明，这是一个感觉还是现实？

一些人似乎把我们今天的困境归因于企业的无限贪婪。倒不是说，企业的贪婪不具损害性，而是说，即便企业的贪婪是无限的，而宇宙也是无限的，因此，我们还没有找到问题的答案：为什么会出现这种可持续性危机呢？这里有足够的水、空气、土壤和火供人类消耗，而且，这些元素可通过自然生态系统再生，这些元素都是可循环的，而且在这些循环过程中，每种元素都使自己更加富足，以便更适宜自然界的某些部分或方面，而所有这些最终都将有助于人类的福祉。这种益处不是源于人类是“高级物种”或处于“食物链顶端”，只是源于这样一种状态，即在一定程度上，人类具有思考和利用自然过程的能力。这种思考行为，如果受道德支配（无形科学），将有助于我们免受有害的天然产品的伤害。同时，还应该认识到，要实现更高质量的生活，必须借助工艺技术来完善自然过程。因此，基于这一点的科技创新和解决问题的工程方案，开辟了一些激动人心的和令人信服的前景。在许多工业化国家，现代企业管理中存在的一些障碍，可以被攻克，甚至被清除。因此，人类也将能够攻克和清除全球所有国家建立的现代政治和经济管理体系中存在的一些其他障碍。这让那些对这势不可挡的力量仍持怀疑态度或缺乏信心的人，认识到“必须掌握可靠的科学知识的时代已经到来”。让我们想一想，自350年前伽利略坚持地球围绕太阳运转以来，发生了什么。如果没有这一断言，今天每个人都接受的科学就不会出现。尽管，没有人，甚至是伽利略本人，也没有真正“看到”地球绕着太阳转。即使借助于现代太空探索，也没有人能够记录地球围绕太阳365天的实际运转，但是，如果不接受伽利略无可争辩的结论，就不会有现代太空探险。

在一个封闭的系统内，自然界是无限的。因为它是封闭的，即完整的系统。由于这种无限维度，自然界也是完美的（平衡的）。那么，大气、土壤和海洋中无所不在的不平衡、不可持续的根源是什么呢？作为“自然界最聪明的造物”，人类至少应该保持自然生态系统。爱因斯坦可能一直对人类智能或宇宙的无限本质持怀疑态度（正如他经常被引用的话：世界上有两样东西是无限的：一个是人类的愚昧，一个是宇宙，我所不能肯定的乃是宇宙），但是人类历史告诉我们，人类总是设法与自然界的无限本质相协调。从北美洲的玛雅人到埃及法老，从中国的汉族人到波斯的曼努亚人，从佩特拉谷的以东人到印度河流域的文明帝国，都设法保持与自然界的和谐共处。他们不一定是“仁义”之人，他们也没有摒弃我们一直不赞同的做法（为了复活的一天的到来，法老牺牲别人为皇家死者陪葬），但他们没有产生一点本质上违背自然的产品，如双对氯苯基三氯乙烷。而在现代社会，我们竟设法为这一“发明”颁发诺贝尔奖（医学）。逐渐清晰明了的是：我们祖先所采取的一些技术，仍然是今天我们所无法企及的。

想一想在佩特拉水晶谷进行石雕的人们创造的奇迹。这些人使用什么切割岩石呢？肯定不是激光或核—热装置，更不是炸药。金字塔的建造者使用什么精确计算金字塔的形状呢？这是今天的数学家、电脑设计师和建筑师都无法解释的。它肯定不是线性代数、有限元素，更不是数字运算专用的超级计算机。泰姬陵的建造者利用什么来确保喷泉的连续喷射、建筑内的空气调节以及树木常青呢？绝不是电泵、氟利昂或合成肥料。埃及的化学工程师使用什么保存了木乃伊数千年呢？不是我们称之为“防腐剂”的福尔马林、苯甲酸或大量其他毒素。

今天，我们吹嘘如何做得更好、更快、更便宜。然而，与石匠们用固体岩石建造出那些惊人的水晶峡谷所需的时间相比，我们在拉什莫尔山上凿出四个面花费了更长的时间。与泰妃陵的建造者相比，我们花了更长的时间来雕刻疯马纪念碑。我们不仅花费了更长的时间，还因为使用了TNT和其他本质上违背自然的爆炸，而产生了不可估量的混乱。我们吹嘘在科学的各个分支都取得了飞跃，然而，最近我们才发现，我们的知识远远不及我们的祖先很多年前所拥有的知识。我们不得不思考，Harrapan数学、Jain和Tamil数学或Babylonian和Sumerian数学的基础是什么。只是在最近，我们发现，伊斯兰学者大约1000年前做数学的顺序，与我们自认为在19世纪70年代发现的顺序相同，唯一不同的是我们的数学能对称追踪自然界中不存在的东西。最近，正电子发射断层三维扫描装置的残骸，就是所说的安提凯希拉装置，已被证明，它实际上是一个通用的导航计算设备。所不同的是我们今天的装置依靠全球定位系统，通过卫星跟踪和维护。我们也会惊奇地发现，伊本·西拿（阿维森纳）所说的“自然界是一切治愈的源泉”仍然适用。但前提是，在原材料的取材过程中，没有一种物质是自然界所提供的，例如，一些用于“治疗”癌症的最先进的药品，在经过大批量生产以及削弱了治愈而不仅仅是“治”（即延迟症状的发生或进展）的功效后，仍然完好无损。我们失去了什么？

本书认为，文明是受能源的需求和使用所驱动，因此，把当前能源需求的供应方，即石油工程，作为本书研究的案例。本书对读者提出了尖锐的问题，“既然我们已经取得了人类的进步，为什么我们维持人类文明的效率在降低？”对于石油作业的每个阶段，从勘探到炼制，作者探讨了可持续开发失败的根本原因。一旦明确了原因，确定可持续开发的做法就变得相当简单了。一旦这些可持续开发的做法付诸实施，石油作业将不再等同于污染环境。尽管本书被称为“手册”，但它可以作为一本有关可持续能源管理的基本原理的教科书。之所以这么说，是因为它越过了“蓝天”的烟幕，也就是说，它超越了基础科学，立足于探寻各种工程实践的合理性，以便明确哪种做法应该为哪种影响来负责，从而，补救这些做法以及拿出与之前做法完全不同的解决方案，这将非常简单。本书无意吓唬读者，它既不宣教，也不灌输。它阐明了可持续发展的基本原理，这些原理能够在使人们生活舒适的同时，也使自然环境得到改善。本书表明，以长期不可持续发展为代价的舒适生活，就没有必要拥有。事实上，本书认为，即使是短期内的最好的生活方式，也只能靠长期的方法来保障。令人欣慰的是，本书作者详细追踪记录了可持续开发技术的研发，担起了“绿色石油作业”的重任。回归自然的方法早该进行了，作者提出了令人信服的方法，他们从可持续开发的定义开始，围绕可持续开发的定义，提出了零废物产生的发展策略。这种谋划本质上就是可持续的。另外，根据作者提出的可持续开发的定义，作业中的每个做法和每种添加剂也必须符合可持续开发的要求。这是扭转全球变暖局面的较好方法。总之，本书可以作为绿色石油作业的参考。研究人员利用基础科学完成了上述研究，并用浅显易懂的语言加以表述。他们提出的第一个观点“自然界是完美的”，没有哲学的修辞，甚至没有宗教的教条。谁会对此有争议呢？Hans Vaziri（英国石油公司 美国），美国休斯敦Gary Zatzman（欧洲经济共同体研究组织），加拿大哈利法克斯M.Rafiqul Islam（戴尔豪斯大学，在阿曼马斯喀特的苏丹卡布斯大学学术休假）第1章　总　论

人类文明在不断进步，随之带来了这种进步如何满足人类社会对能源持续增长的需求问题。在人类历史的早期，就出现过全球能源危机，使人类文明自身的可持续性发展遇到了问题。如果有任何的事实依据，能够证明人类作为一个物种已经得到了长足发展这一主张，那么，作为其基础的一部分，必须提供一些证据来证明能量消耗的总体效率得到了改善。也就是说，如果用能量消耗来表示，那么目前维持生活的人均能量需求应该低于50年前或更早时候的人均能量需求。然而，不幸的是，恰恰出现了相反的情况。

我们过去常说能源是无限的，而人类的需求是有限的。毕竟，维持个体生命需要的能量相对很少。然而，事情已经发生了改变，今天我们不断地被告知：能源是有限的，而人类的需求是无限的。为什么会这样呢？

一些诺贝尔奖获得者（如Robert Curl）或环境保护主义者（如David Suzuki）把这归因于技术的整体发展状况，而其他一些人则将其归因于石油的开发和石油工业的发展。当然，在原油价格日益增长的情况下，石油业成了一个竞争特别激烈的行业。因此，美国总统 George W.Bush大谈“石油的依赖”，即使他的最热心的诽谤者也接受了这一观点，并且这一观点也正成为一些深度思考的信号。大量替代燃料研发项目已经展开——但是他们能得到什么呢？相同的效率低下且污染严重的过程使我们陷入化石燃料的麻烦！Albert Einstein曾风趣地说：“使你陷入困境的想法，不会再把你带出来”。在安然公司瓦解时，每个人都似乎更忙于试图使用导致公司破产的相同的管理方案来恢复公司的运营。本书提出了一个新的管理方法，它侧重于从根源上解决油气资源问题，并制定了一个本质上具有可持续性的解决方案。有了这个管理方案，我们不仅能够解决原油增产问题，还能够解决油气枯竭问题。如果是这样，健康的生活方式将指日可待。

第2章介绍了经营管理的指导方针，可以真诚地说：“有了它，安然公司这种情况再也不会发生。”它打破了原有的只能描述为“恐惧管理”的管理模式，提供了实现可持续发展的分步指导方针。一个服务公司的管理者曾经说：“我们擅长更快、更安全、更便宜地做事情。”当然了，如果需要违反某一特定时间而更快地做事情，并不意味着任何事情都是特别有益的（谁会想要只用几个小时就孵出的鸡呢？）。如果安全期限（Δt）足够短，那么一个核弹甚至都是安全的。如果没有考虑真实成本，那么任何事情都有可能是便宜的。该管理人员后来承认这种更安全、更快、更便宜的做法也只是延续短期做法的无奈之举，诸如刚刚倒闭的安然公司。然而，对于这种方法，管理者把责任归咎于担任石油管理的律师和业务经理。在第2章中，我们认为批评（尤其是这种责任转移）是很容易做到的，但既没有必要，也不足以解决问题。本章内容修正了原有的管理模式，介绍了长期以来的经营管理理念，并赋予其新的内容。这可以定性为一种迂回方法，众所周知，该方法可以解决长期和短期的问题。它与在安然公司盛行了几十年的传统的补救方法正好相反。

本书承诺，在石油工业的每个环节，从管理模式到上游及下游部门，都能实现“绿色生产”。在过去，石油工程师只致力于钻井、生产、运输和油藏工程。而本书从管理方法入手，详细介绍了勘探直至炼制和天然气加工的全过程。在过去，勘探意味着增加生产的机会。在以往的GDP与消耗的关系研究中，忽略了由于浪费导致的消耗与由于重建导致的消耗之间的差别。长期以来，石油勘探只被看作是增加有形利益的一种方式，无论是实际的油气产量，还是经济效益，或二者兼有。最后，这些案例的结果多数造成了环境的破坏而浪费更多的人类资源，正如第2章中指出的，这一部分消耗永远不会列入能源管理方程式中。

第3章介绍了怎样使目前的勘探方法能够满足环境保护的要求。本章论证了一些目前做法的长期影响，并对勘探方法提出了一些指导性建议，使得我们甚至可以在地球最敏感的区域进行勘探。它告诉我们如何与受勘探影响最严重的群体协作，并介绍了如何使包括所有物种在内的环境更人性化。

第4章讨论了目前的钻井和生产作业。也介绍了射流钻井、激光钻井以及利用非化学方法的生产作业。同时，还讨论了零废物的石油开采方法。这些先进的论点清晰地展示了替换现行做法将如何在短期和长期内受益。借助于这种方法，成本效益分析不必每季度调整一次，管理者可以提前做好计划，在将来的运行中几乎不会有变化。

第5章讨论了废料管理的一些做法，并对“废物就是废物”的隐式假设进行了挑战，大胆提出应该将“废物转化为资产”作为废物管理的总体原则，而不仅仅是何时何地它能在短期内产生最大的利润。灵感来源于自然界，该废物管理方法能够真正地将每一个废物转化为对其他人有用的东西。结果，经过时间的检验，直到最近还被说成是荒谬的观点的“零废物”方法已经实现了。

第6章介绍了油藏工程的基本理论，提出了在不对油藏条件进行线性化的情况下，解决非线性问题的方法。通过阅读本章，每个人都能从理论和实践的角度来了解油藏工程的所有现行方法，并能看出现行方法的所有缺点。不要对目前的情况感到绝望，因为从井筒监测到试井各环节的所有问题都会在本书中找到答案，并一步一步地指引我们来解决油藏工程实践中遇到的一些最困难的问题。

第7章详细阐述了如何提高三次采油方案的可持续性，以及如何利用废弃物再次开发出更多的石油。该方法包括3部分：将废物转换成资产、利用亲自然的方法来强化环境保护以及利用本地可用的材料。正如第2章中所指出的，这种自下而上的管理方法长期以来一直被认为是正确的，但直到现在，一直没有转化为油藏工程实践。本章解释了为什么那么多三次采油项目在经济和技术方面都失败了。接下来介绍了如何实施开采方案，才能大幅度增加成功的概率。本章提出了一个15点方法，任何公司在使环境更具人性化的同时，都可以找到满足他们需求的唯一的最佳三次采油的解决方案。书中列举了一些现实生活中的例子，用于说明人们在大幅度减少环境负债的同时，如何能提高效率和生产能力。

第8章介绍了运输、炼油和加工等领域的内容。长期以来的看法是这部分投资一定要尽可能地高、技术一定要尽可能地复杂，但是为了盈利，就不得不放松一些要求。某些方法［例如处理管线内产生水合物问题使用细菌而不是用乙醇，炼油用太阳能加热而不是用热裂解，加工处理使用天然吸附剂等］已被采取。当然，所有这些解决方案是在指出现行方法的长期影响后提出的。结果表明，石油产品不是环境影响的罪魁祸首（即使塑料制品也不是），而是石油产品的加工过程负有一定的责任。为了真正解决当前的困境，建议使用一些替代物代替目前在用的大量的有毒化学物质。考虑到被排放到环境中的毒素有4000多种（大多数来源于石油），所以用替代物的做法是比较适宜的。

第9章重新评价了比较棘手的海上钻井和生产装置的退役问题。抛开这些一直在掩盖的石油工业的肮脏的小秘密，就像核电站的管理者面临的废物处理问题一样，为了发展和完善一些亲自然的做法和可能性，应用了本书其他章节提出的本质上可持续的标准。

第10章给出了基本结论：用于处理能源生产和开发的方法可以是顺应自然的，也可以是违背自然的。任何基于短期考虑的做法，必然导致自然环境中的短期剩余或不足，从而扰乱质量和能量守恒定律的正常运行。因此，这种短期的行为，将危害环境，随之，作为一个整体，将损害人性化的可能性和前景。相反，基于长远考虑的任何行为，一定会在自然环境自身的特征边界条件内运行。因此，从长远来看，自然界就不会有所谓的剩余或不足，依据这些边界条件规划的成本和收益，永远不会违背自然规律，而且还能确保这种介入真正的可持续发展。

本书还提供了完整的参考文献列表，确保本书中保护自然、保护环境的技术专列永远不会停止运动。第2章　新管理准则2.1　简介

石油被一些人看作是现代社会的命脉。石油工业，从20世纪30年代的黄金时代兴起开始，从未停止对人类社会各个方面的主宰。直至现在，也没有出现合适的可以完全替代化石燃料的物质，而且趋势表明，在可预见的未来，石油工业将继续占据主导地位。尽管石油开发一直是以严谨的科学研究成果和工程技术创新为基础，但直到最近才发现，许多做法都不是环境可持续的。实际上，油气开发生命周期的所有活动都伴随着液体、固体和气体废弃物的不符合要求的排放，这些废弃物对环境产生了巨大的影响。

石油作业的生命周期包括勘探和开发、生产、炼制、销售、运输/分销到最终用户以及最后的使用。例如，在钻井过程中，向外排放水基钻井液和岩屑；而在生产过程中，主要排放物是采出水。另外，已处理过的生活污水、甲板泄水以及各种各样的废弃物（如道渣），可能在石油作业的任何环节被排放（Khan和Islam，2003b）。含油钻井液、砂子、渣滓和碎屑也被采出，但不能向外排放。另外，个别废弃物和有毒化学物质的事故性排放也有所报道（Cranford等，2003；Veil，1998，2000）。在勘探钻井期间，存在防喷器泄漏的风险，发生的概率也不是很低（1％）。

这些排放物对生态的影响（包括陆地和水生环境的破坏和生殖断裂）目前被公认为是与油气开发有关的、需要重点关注的内容。因此，减少环境影响是目前最紧迫的问题，许多环保组织共同呼吁削减石油作业。因此，在油气开发方面显然需要建立一套新的管理方法，这种方法必须在环境上可接受、在经济上可获利，还要承担一定的社会责任。通过研发能够确保环境可持续的新技术，这些问题就可以得到解决。最近，Khan等（2005a）以及 Khan和 Islam （2005b）提出了一种新方法，利用该方法能够开发一项真正可持续发展的技术。根据这种方法，时间因素被看作是技术可持续发展的主要指标。

本章对目前在勘探、钻井、废弃物管理、炼制和运输以及石油副产品的利用等环节的管理模式产生的影响进行了讨论，并提出了一套新的管理方法。在目前的管理制度中，很少提及石油行业的可持续性或可持续发展问题。本章针对石油作业管理的可持续性提出了一个新的管理准则框架，并引入了可持续发展的新标准和一个完整的绿色供应链模型。

本章建立了有关石油作业实现可持续发展的各种适用的理论、方法和准则。详实的示例证明，即使在短期内，使用新的方法，在经济上也比传统的方法更有益。然后，对不同工艺阶段和石油作业的当前做法进行了简要概述。综合描述了实现可持续发展的不同的工具，提出了现阶段建立绿色供应链模型的措施。最后，介绍了绿色供应链模型实现环境可持续的过程。图2.1所示为石油作业不同阶段相关的废弃物产生和能源消耗。图2.1　石油作业的不同阶段以及相关的废弃物产生和能源消耗2.2　石油作业的现行做法

石油和天然气工业在极短的时间内（相对环境历史）已经成为世界上最大的经济部门之一，形成了一个巨大的全球化的力量，对人类与自然界其他部分共享的整个地球产生着深远的影响。石油和天然气行业几十年的持续发展，已经改变了自然环境及人类自身的传统的组织方式。由于石油作业对环境的影响，石油行业已引起了公众广泛的关注。石油和天然气作业的每个阶段都生成各种各样的固态、液态和气态废弃物（Currie和Isaacs，2005；Wenger等，2004；Khan和Islam，2003a；Veil，2002；Groot，1996；Wiese等，2001；Rezende等，2002；Holdway，2002）。石油作业的不同阶段及其相关问题将在接下来的部分中讨论。

石油作业分为4个阶段（表2.1）。每个阶段涉及的技术细节和规模明显不同，产生的排放物和影响也不同，见表2.2。表2.1　海上油气作业不同的技术阶段表2.2　海上油气作业不同阶段产生的废弃物类型

地震勘探是通过观察感应声波特性来绘制海底下方的纵向剖面图（2D）或特性图（3D）。用船牵引着一排地震拖缆，拖缆下方悬挂着几把气枪并浸在水面下。这些气枪每隔12s释放一次高压空气，形成225dB的探测声波，在水中产生地震波。这些地震波在海底汇聚，由海底下方的地形反射回来，再由水中听音器接收，沿着长达6km的地震拖缆每隔12.5m连接一个听音器；通常航行线路相隔100m到1km（CEF，1998）。详细的地震勘探作业将在第3章讨论。图2.2　钻井作业示意图

安装钻井装置来钻开海底地表下的岩石，钻井任务由主控系统、循环系统、旋转系统来完成，由压力控制设备做辅助。图2.2所示为钻井作业示意图，为了钻穿坚硬的岩层，在钻杆的末端安装有钻头。钻杆的机械旋转带动钻头能够钻穿岩石。在钻进过程中，钻井液从钻井液罐通过一根竖管流入钻杆和钻铤，再到钻头辅助钻进。

退役过程包括生产过程中使用的设备的拆除以及任何必要的环境修复措施。它涉及清除项目区域内可能妨碍其他商业用途的任何材料或设备、防止流体从孔眼渗漏、在低于海底的某个平面切断所有套管以免受冰蚀影响。然而，某些部件（如果认为对未来不会造成任何威胁）有时是允许留在项目现场的。如在退役斯科舍（Scotian）大陆架的Cohasset项目场地时，就是这样做的。例如，海底管道获准留在原地，是以不对航行或其他行业构成威胁为条件。此外，清除这些部件导致的环境破坏可能比把它们留在原处更严重。2.3　目前石油开发存在的问题

在石油作业过程中会产生不同类型的废弃物。它们大体上可以归类为钻井废弃物、人产生的废弃物和其他工业废弃物。石油作业不同阶段产生的废弃物的详细情况见表2.2。也有事故性排放，例如，通过空气放空，产生石油泄漏、化学品溢漏和漏气。

在探井的钻井过程中，通常会有几百吨的钻井液和岩屑被排入海洋环境中。尽管勘探活动（例如地震勘探）不排放实实在在的废弃物，但它仍有潜在的负面影响（Cranford等，2003；Putin，1999）。有报告显示（南东部煤田有限公司，2002；Putin，1999），地震爆破能够杀死靠近气枪的浮游生物，包括卵、多种鱼苗以及贝类的幼体等。最重要的是，对长期接触排放废弃物的成年生物体的亚致死影响，从生态和渔业的角度来说，对生长和繁殖有损害（海洋污染科学专家联合小组，1993；Putin，1999）。因此，损害生长和繁殖通常被认为是长期接触污染物的最重要的亚致死影响（Cranford等，2003）。由于存在夜间照明、火炬燃烧、食物以及其他视觉信号，大量海鸟聚集在石油钻井平台和钻井装置周围。已有文献记载过由于建造、泄油、火炬燃烧等影响而导致的鸟类死亡案例（Wiese等，2001）。

据Khan和Islam（2005）报道，生产过程中会有大量的水排放，主要是采出水的排放，包括钻井过程中的注入水和高矿化度水。他们还报道，采出水含有多种污染物，包括来自钻井过程中水流经的地层中的微量元素和金属，还有保证正常钻进所必需的钻井液添加剂和润滑剂。这类水通常在排放之前要经过处理，然而，以往并非总是如此（Ahnell和O’Leary，1997）。

根据钻遇的地质构造，使用不同类型的钻井液。这些钻井液的成分和毒性是有很大差异的，这取决于它们的配方。在国际上，大约85％的钻井作业使用水基钻井液，而余下的15％主要使用油基钻井液（Reis，1996）。泄漏占水排放总量的比例很小（Liu，1993）。在油气行业，CO排放是最紧迫的问题之一。有些直接排放是在生产现场通过2火炬燃烧以及化石燃料燃烧等产生的。例如，在勘探和生产过程中，由于控制性防喷排放和（或）火炬燃烧以及燃料的使用等产生排放。依据1994年英国石油公司报道的数据，排放物的质量构成是25％的挥发性有机化合物（VOCs）、22％甲烷（CH）、33％氮氧化物（NO）、4x2％硫氧化物（SO）、17％一氧化碳（CO）和1％颗粒物。没有提供关于xCO排放的数据（Ahnell和O’Leary，1997）。直到现在，火炬燃烧仍是2油气生产过程中经常采用的技术，该项技术通过燃烧而浪费掉了大量的宝贵资源。图2.3　炼油厂的火炬燃烧

在石油加工过程中，空气污染物的排放主要是由于在调整最终产品以满足消费者的需求时（Ahnell和O’Leary，1997），不受控制地挥发和燃烧石油产品。在炼油过程中，原油、润滑油、硫化物、氨、酚类、悬浮固体以及化学氧化剂通常被排放到水中（Ahnell和O’Leary，1997）。天然气加工通常涉及去除天然气凝析液（NGLs）、水蒸气、惰性气体、二氧化碳和硫化氢（HS）。加工过程中产生的副产品包括二2氧化碳和硫化氢（加拿大自然资源部，2002a）。

石油行业是二氧化碳排放的主要部分。图2.4显示了全球历年来8不同行业的二氧化碳排放情况。由于人类活动，每年大约290×10t的8二氧化碳被排放到空气中，其中230×10t来自化石燃料的燃烧和石油工业（国际气候变化委员会，2001；Jean-Baptiste和Ducroux，2003），这就是为什么把全球变暖归咎于石油行业。问题是，这些问题怎样能得到最好的解决？有任何可能的解决方案吗？

在石油作业的整个周期，存在事故性排放，例如，经由空气放空，出现石油泄漏、化学品溢漏，以及爆裂。排放到陆地环境和水生环境的溢油是不同的，图2.5显示了每年排放到海洋环境中的油的总量。原油是石油工业排放到环境中的主要有害元素之一。海上石油和天然气4作业，平均每年有1500×10gal的原油被排放到海洋。其他来源的石油8排放的总量达7×10gal（美国海岸警卫队，1990；Khan和Islam，2004）。石油排放的其他来源，包括船舶日常维护、国内/城市径流、烟雾以及自然渗漏。图2.4　全球石油、煤炭和天然气行业的二氧化碳排放量（1970—2025）图2.5　每年排放到海洋环境中的油的总量

上述只是石油行业当前技术发展模式的几个例子。很难找到没有这类问题的单项技术。除了使用不可持续发展的技术以外，企业管理程序自身所依据的结构就是与可持续发展相抵触的。一般来说，公司的政策取向是获得经济利益，而很少关注生产（Zatzman和Islam，2007）。在世界能源巨头安然公司倒闭的余波下，这种模式也于2001年12月轰然瓦解（Deakin和Konzelmann，2004；Zatzman和Islam，2006a）。安然事件，包括困扰全球互联网的危机，表明几乎所有公司的结构都是基于安然模式（Zatzman和Islam，2006a）。

从上面的讨论可以看出，目前的石油作业对环境有巨大的影响。由于高的市场需求以及勘探和开发技术的进步，石油作业已经遍布全球，甚至扩展到更偏远和更深的海域（Wenger等，2004；Pinder，2001），如图2.6所示。由于陆上石油和天然气储量供应有限，而且由于长时间的开发，这些储量已经开始下降，勘探和开发海上油藏的压力越来越大。在最近20年，由于陆上油气储量的下降，海上石油和天然气作业已经大幅增加（Pinder，2001）。这种现象已经在世界的许多地方显现。例如，在20世纪70年代，加拿大斯科舍大陆架的可采天然气储量，被证明在经济上是有吸引力的（Khan和Islam，2007）。图2.7显示了加拿大东部新斯科舍省获得勘探许可的矿区。这些数据显示，所有可用的近岸海域已经拨给了不同的石油公司。目前，这一区域能够进行石油和天然气作业的已经超过3000m。图2.6　全球石油生产和需求的总量估算

石油作业不仅有生态风险，还涉及高资本投资。石油行业是全球最大的经济部门之一。目前，石油行业在世界范围内，计划花费1000亿美元用于深水油气田勘探、管道铺设、钻探设备和生产平台建造。随着勘探向超深水的海域发展，经费支出也在增加（Wenger等，2004；Pinder，2001；Khan和Islam，2003a）。在这种环境下作业，需要有更高的技术和监控水平。利害攸关的大规模投资，意味着在经济上成功、环境上健康以及安全等方面，需要承担更高的风险（Hossain等，2006）。高风险的海上石油和天然气作业的成功，依赖于可持续发展的技术的使用（Khan等，2005b；Khan和Islam，2005b）以及公司管理的可持续性改进。类似于其他工业领域，目前生产石油和天然气的油气开发过程的目标是在短期内获得经济上的成功。图2.7　新斯科舍省近岸海域获得勘探许可的矿区

现有的管理体制试图通过建立废弃物管理制度来解决这些问题，如加拿大新斯科舍省海洋石油学会（CNSOPB）的准则和美国环境保护署（US EPA）的指导方针。例如，加拿大新斯科舍省海洋石油学会的准则允许排放的采出水含油10mg/L或更少（OWMGL，2000）。然而，采出水的其他组分（如放射性物质），则没有给予考虑。此外，只要没有检测到某一项指标达到规定浓度水平，现行规章就给予经营者或行业相应的合法权利。

正如已经讨论过的，在企业自身的管理流程的基本结构与可持续发展相抵触的情况下，管理态度不改变，就不会有真正的可持续发展。公司政策的制定只倾向于以货币收益为目标，很少关心道德或法律，这种情况从安然公司2001年倒闭的结果就可以看到（Deakin和Konzelmann，2004），这也证实了几乎所有公司的结构都是基于安然模式（Zatzman和Islam，2006a）。此外，石油和天然气行业的管理策略还不能很好地适用于自然资源管理。以社区为基础的管理方法，更适合于自然资源管理，包括可再生能源的开发（Khan等，2006a）。在这一过程中，利益相关者或社区，在参与式管理系统中发挥作用，并受益于有形和无形价值。目前石油行业的管理体制，是在集中控制和一体化的方式下运营。他们的所有活动，如规划、主体工程、上游运作、加工处理、供应和运输等，都是由完整的、独立的单位承担（Forest和Oetti，2003）。

一味地抨击目前的做法并不困难，但不足以解决问题。我们必须面对的问题是如何改变这种管理和技术开发的模式。如果开发过程本身不发生变化，这种改变就不会发生。Albert Einstein说过，“使你陷入困境的想法是不会把你带出困境的”。因此，思维方式的改变与过程的改变同等重要。本章假设自然界是完美的，因此，为了开发本质上可持续发展的技术，就应该努力模仿自然过程。过去，关于如何模仿自然过程，我们做了许多声明。然而（Islam，2005，2006；Zatman和Islam，2006），让我们回顾一下，目前的管理模式及工程实践与自然过程的比较情况如何。表2.3详细列出了自然过程、工程过程和管理过程的对比情况。从表中可以看出，工程和管理过程严重偏离自然过程。如果自然过程本身是完美的和可持续发展的，那么当前在用的开发模式在本质上就是不可持续发展的。为此，技术开发过程和管理决策过程都应该进行修正。表2.3　自然过程、工程过程和管理过程的对比2.4　石油开发的可持续性

是我们应该认清令人不悦的事实的时候了，即目前的自然资源管理体制控制着行为方式，如石油作业在确保环境安全和生态完整等方面都失败了。失败的主要原因是，现有的管理模式是不可持续发展的（Khan和Islam，2007）。图2.8显示了可持续发展和不可持续发展管理技术及其相关的成本。事实上，目前制定管理方法的取向，与我们应该选择的方向相反。根据当前的管理方法，只要他们能保证经济效益，开发活动就可获得允许。一旦有可能，管理方针可用来为项目验收做出辩解性解释。

石油作业的可持续发展需要有清洁的、经济实惠的、可持续的能源供应，并且不会对环境、经济和社会造成负面影响（Dincer和Rosen，2004，2005）。此外，还应该建立整体分析方法，即将整个系统统一协同考虑，而不是每次只考虑某一个部分（Mehedi等，2007a，2007b）。图2.9显示了每项作业的基本组成部分，如环境、技术、社会和经济等变量的协调一致。在世界环境与发展委员会（WCED，1987）确定了著名的可持续发展的定义之后，可持续发展的概念被带入社会、经济和环境辩论的核心。然而，由于对可持续性缺乏明确的指导方针，可持续发展仍然是一个模糊的术语。最近，Khan和Islam（2005b，2006b）以及Khan等（2005b），在技术开发方面，对实现真正的可持续性提出了新的判别标准。该判别标准可以有效地应用于海上技术开发。新技术，即使在遥远的将来也应该有高效、适用的潜质，以确保真正的可持续发展。正如我们所看到的，可持续发展有4种元素——经济、社会、环境和技术。传递的是能够促使开发战略的实施和推动的全局概念（Khan和Islam，2005b）。图2.8　可持续发展和不可持续发展技术的环境成本对比图2.9　石油作业新管理方法的理论框架2.4.1　可持续的概念

对于术语“可持续的”、“可持续性”和“可持续发展”所表述的概念，本质上没有清晰的定义，尽管我们可以在各种政府公文上看到它们，在主流媒体上听到它们，在企业的新闻刊物以及国际条约上读到它们（Wright，2002）。很明显，即使有少数人能够理解可持续发展的真正含义，也不能对判别标准取得一致的意见（Judes，2000；Leal Filho，2000；Wright，2002）。表2.4列出了比较常见的可持续的定义。表2.4　“可持续”管理或开发的定义

在国际环境背景下，可持续发展理论是基于这样一种观念，即地球资源是有限的，这本身就是一个极易引起争议的主张。但实质上，自第二次世界大战以来，支持这种观念的、众多的、相辅相成的、有意的行动，已经被促进全球对环境的理解和解决人类如何能够改善生物圈的需求所统一。

基于对生态安全的担忧，这个观念由联合国人类环境会议在1972年提出，并由世界环境与发展委员会（WCED）推广，把它定义为一种责任，即“满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害”。期间的15年，主要标志是激烈的观念战争，在战争中，英国首相玛格丽特·撒切尔，以及她的“根本就不存在‘社会’这种东西”的声明，发挥了主导作用。她在美国里根政府的支持下，通过代扣超过10亿美元的拖欠会费，把压力带给联合国粮农组织和参与支持政府资助发展中国家的经济发展项目的其他联合国机构。与此同时，整个报告中有关环境部分的诉求——即主张“小就是美”以及类似的与可持续发展有关的理想主义情节——获得了年轻的学者和其他年轻人的大量的支持。因此，与布伦特兰（Brundtland）报告相同的情节，得到了1992年6月在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展会议（UNCED）的呼应。

有很多对布伦特兰提出的可持续发展的定义的批评（表2.4），其中包括：那些针对以人类为中心的措辞；制定策略的同时忽视了地球的承载能力；包含不明确的措辞，允许个人篡改定义；表面上支持可持续增长（Brown等，1991；Leal Filho，2000；Gibson，1991；Hawken，1992；Miller，1994；Nikiforuk，1990；Rees，1989；Wackenagel和Rees，1996；Welford，1995）。最近，Appleton （2006）批评布伦特兰定义，“满足人类的需要”，但人类需要的极限是多少？他问，达到什么水平人类的需要才算满足。它是美国的人均收入水平？中国的人均收入水平？千年的发展目标？或是一些类似的最低服务（即干净的水、健康的卫生条件、每天饮食规定摄取的卡路里和营养、冬天的供热水平）？他还提出一些问题，比如，在夏天空调是人类的需要吗？需要的尺度是美国人均拥有0.6辆汽车吗？或者按当前全球比率人均一辆汽车？或者当前中国人均0.08辆汽车？然而，迄今，这个定义是非常受欢迎的，已经在全球范围内用于许多政策和政府文件中。一些人可能认为这个定义没有什么价值，而且基本取向就不是很理想（图2.10）。图2.10　可持续性指标的基本构成

为了评价项目的可持续性，应用了一些技术以及不同类型的“可持续发展框架”的整体含义（Labuschagne等，2005）。其中包括：全球报告倡议组织（GRI，2002）、联合国可持续发展委员会的框架（UNCSD2001）、英国化学工程师协会的可持续性度量标准（IChemE，2002）以及Wuppertal的可持续性指标（Spangenberg和Bonniot，1998）。

GRI是在1997年正式推出的。联合国环境规划署和美国非政府组织、环境责任经济联盟（CERES）一起开发了GRI。GRI的主要目标是强化可持续发展报告的质量、严谨、效用（GRI，2002）。因此，可持续发展报告是这些指南的重点。GRI在3个重点领域使用层次框架，即社会、经济和环境。

可持续发展委员会（UNCSD）创立了一个可持续发展指标框架，用来评价政府在实现可持续发展目标方面取得的进步。指标框架把可持续发展指标分成4个方面，归类为15个主题和38个次主题（UNCSD，2001）。这个框架和GRI之间的主要差别是它强调可持续发展的制度方面。

Wuppertal学会提出了可持续发展的4个维度的指标（如UNCSD所定义的）以及这些维度之间的相关联的指标（Spangenberg和Bonniot，1998）。这些指标在宏观和微观层面都适用。利用该方法解决商业社会可持续发展问题时，值得注意的是：联合国开发计划署的人类发展指数，已经用于形成一个企业的人类发展指数。

化学工程师协会在2002年发布了一套可持续发展指标，用来衡量加工业内部运营的可持续性（图2.10）。化学工程师协会提供了标准的报表和换算表。该框架不很复杂但影响着人们的取向；另外，该框架非常注重环境因素以及可量化的指标，尽管有些指标在整个操作实践中可能不实用，例如，在一个项目的生命周期的早期阶段。

然而，纵观围绕可持续发展概念而出现的文献可以发现，对可持续发展概念的解释缺乏一致性。更重要的是，虽然可持续发展概念包罗万象的本质赋予了其政治力量，但当前关于可持续发展的主流思想的表述，包含着明显的弱点（Wright，2002）。上面提到的可持续发展评价模型的大部分是基于广泛的社会经济和环境因素。总的来说，很明显，不同的矩阵系统和标准被用来衡量可持续发展，这对于实现真正的、内在的可持续发展，没有直接的指导意义。2.4.2　技术开发存在的问题

后工业化革命的技术进步是基于现象模型（Islam，2005；Zatman和Islam，2006）。该模型是对自然界的总体线性化（在本书中，“自然界”包括人类的社会性质）。该模型假设，无论在Δt=0（或时间=“现在”）时发生什么，都代表着实际现象。这显然是荒谬的。怎么能有这样的没有时间特征和（或）频率的自然现象呢？当将某种现象确定为真正的自然现象时，时间（以某种方式）起着非常重要的作用。

现代技术开发方案的实质是应用线性化或在所有应用中减少维

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书