在加利福尼亚中央山谷十四平方英里的干燥平坦土地上，超过 8,000 个磕头机（老式石油工人这样称呼它们）缓慢地上下起伏，从地下抽取石油。纵横交错的闪亮管道表明，这个地方不仅仅是过去的遗迹。但即使在专家眼中，克恩河油田也丝毫没有透露出使其能够在数十年的可怕预测中幸存下来的技术奇迹。
当克恩河油田于 1899 年被发现时，分析师认为只有 10% 的异常粘稠的原油可以被开采出来。1942 年，经过四十多年的适度生产，该油田估计仍拥有 5400 万桶可采石油，仅为已开采的 2.78 亿桶的一小部分。“在接下来的 44 年里，它生产的不是 5400 万桶，而是 7.36 亿桶，并且还剩下 9.7 亿桶，”能源大师莫里斯·阿德尔曼在 1995 年指出。但即使是这个估计也被证明是错误的。2007 年 11 月，当时该油田的运营商美国石油巨头雪佛龙公司宣布，累计产量已达到 20 亿桶。今天，克恩河油田每天仍产出近 8 万桶石油，加利福尼亚州估计其剩余储量约为 6.27 亿桶。
雪佛龙公司在 1960 年代开始通过向地下注入蒸汽来显着提高产量，这在当时是一项新技术。 后来，一种新型的勘探和钻井工具——以及稳定的蒸汽注入——将该油田变成了一种石油聚宝盆。
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克恩河并非个例。根据普遍的看法，一个油田的产量应该遵循一条钟形轨迹，即所谓的哈伯特曲线（以已故的壳牌石油地质学家 M. 金·哈伯特的名字命名），并在已知石油开采过半时达到峰值。然而，世界上大多数油田都随着时间的推移而复苏。在某种程度上，技术才是真正的聚宝盆。
许多分析师现在预言，全球石油产量将在未来几年达到峰值，然后遵循哈伯特曲线下降。 但我相信，这些预测将被证明是错误的，正如过去类似的“石油峰值”预测 [参见 Colin J. Campbell 和 Jean H. Laherrère 的“廉价石油的终结”；《大众科学》，1998 年 3 月] 一样。新的勘探方法揭示了更多地球的秘密。开采技术的飞跃使得在曾经无法到达的地区和以前钻探不经济的地方开采石油成为可能。先进的勘探和开采方法可以使石油产量在未来几十年内保持增长，并可能使石油供应至少再持续一个世纪。
尽管石油和其他化石燃料对气候和环境构成风险，但就目前而言，替代能源在多功能性、成本以及运输和储存的便利性方面无法与之竞争。随着对替代能源研究的不断深入，我们需要确保我们负责任地使用我们拥有的石油。
所有你无法抛下的东西
在世界越来越担心石油产量即将达到峰值并随后下降的时候，令人惊讶的是，地球上已知的大部分资源仍未被开采，甚至还有更多的资源等待被发现。
从表面上看，石油应该只能再用几十年。2008 年，就在经济崩溃大幅削减消费之前，世界每年消耗约 300 亿桶石油。假设在不久的将来，消费恢复到 2008 年的水平，然后保持不变，那么我们地球已探明的石油储量（目前估计在 1.1 万亿至 1.3 万亿桶之间）大约还能维持 40 年。
但已探明储量只是估计值，而不是固定数字。它们被定义为使用当前技术可以经济地开采的已知石油量，因此该定义会随着技术的发展和原油价格的变化而变化。 特别是，如果供应趋紧或需求增加，转售价格会上涨，曾经开采成本过高的石油就会成为已探明储量的一部分。 这就是为什么大多数油田的产量都远远超过了最初对其储量的估计，甚至超过了最初对其总含量的估计。 今天，平均油田中只有 35% 的石油被开采出来，这意味着已知油田中约有三分之二的石油仍留在地下。 在关于石油未来的辩论中，这种资源很少被提及。
即使是像美国这样成熟的石油国家，自 1970 年代以来石油产量一直在下降（即使没有哈伯特曲线预测的那么快），其地表下仍然蕴藏着大量的未开采石油。 尽管该国已探明的石油储量目前仅为 290 亿桶，但美国国家石油委员会 (NPC) 估计，地下仍有 11240 亿桶石油，其中 3740 亿桶可以使用当前技术开采出来。
在全球范围内，美国地质调查局估计地球上剩余的常规石油（石油）矿藏约为 7 万亿至 8 万亿桶。 但以今天的技术、知识和价格，只有一部分石油可以经济地开采出来，因此被归类为已探明储量。
还有更多。
我们星球上只有三分之一的沉积盆地（可能含有石油的地质构造）已使用现代技术进行了彻底勘探。 此外，美国地质调查局的数据不包括非常规石油，例如超重油、油砂、油页岩和沥青页岩，这些非常规石油的总量至少与常规石油一样丰富。
因此，一个国家或一家公司即使不开发新的地区和前沿，如果它有能力从已知油田中开采更多的石油，也可以增加其黑金储量。 尽管如此，这样做并非总是容易的。
艰难的开始
与普遍的看法相反，石油并非储存在巨大的地下湖泊或洞穴中。 如果你能“看到”一个油藏，你会注意到只有一个看似没有石油空间的岩石结构。 但在肉眼看不到的地方，一个由通常看不见的孔隙和微裂缝组成的世界捕获了微小的油滴，以及水和天然气。
大自然在数百万年的时间里创造了这些地层。 它始于古代海洋底部堆积的大量植被和死亡微生物，分解并被连续的岩层掩埋。 然后，高温和高压将有机沉积物缓慢转化为今天的石油和天然气。 这些化石燃料浸透了多孔的地下岩石，几乎就像水浸透浮石一样。
当对这样的油藏进行钻探时，它的表现有点像打开瓶塞的香槟。 石油从其古老的岩石监狱中释放出来，油藏的内部压力将其推到地表（以及石头、泥浆和其他碎屑）。 这个过程一直持续到压力消失，通常在几年后。 初级或一级开采阶段通常可以产出原位石油的 10% 到 15%。 从那时起，开采必须得到辅助。
在最初的“香槟”释放后留在油藏中的石油约有三分之一被称为滞留油——被强大的毛细作用力困在岩石中孤立孔隙内的油滴。 目前还没有技术可以提取这部分石油。 剩余的三分之二虽然是可流动的，但并不一定会自行流入井中。 事实上，通常约有一半的可流动石油由于地质屏障或低渗透率而滞留在油藏内部，这种情况发生在孔隙太窄时。 当石油不是轻质液体而是粘稠的糖浆状物质时，情况会更糟。
为了帮助一些剩余的石油渗过岩石中的孔隙并从井中流出，运营商通常会将天然气和水注入油藏，这被称为二级开采。 注入气体恢复了损失的压力，并迫使足够流动的石油渗过岩石的孔隙。 同时，由于石油比水轻，注入水会将石油向上推向井口，就像在装满橄榄油的杯子中倒水会将橄榄油向上推一样。
在过去的十年左右，随着公司开始从一开始就应用先进技术，一级开采和二级开采之间的区别变得模糊。 迄今为止最重要的发展之一是水平井，这是一种 L 形结构，与自石油工业诞生以来一直使用的传统垂直钻井相比，能够显着提高石油产量。 L 形使水平井能够改变方向并穿透油藏中原本无法到达的部分。 该方法于 1980 年代首次在商业上采用，特别适用于石油和天然气占据薄水平层的油藏。
多年来，勘探工具也得到了改进。 例如，先进的地下 3D 成像技术，它基于地震波如何从不同岩石成分层之间的边界反射，现在可以更详细地了解现有油田的结构，这有助于选择在何处钻探以优化开采。
成像技术现在使地质学家能够“看到”海底以下不均匀分布且有时厚度超过 5,000 米的盐层下方的物质。 与冰冻的水域类似，盐层过去是一个巨大的障碍，因为它们模糊了用于重建地下精确图像的地震波。
这种成像技术的突破，加上更先进的海洋技术，使海洋的新区域对石油开发商开放。 在 1970 年代开发北海油田时，似乎海洋技术已经达到了最艰巨的里程碑，即开采位于水下 100 至 200 米和海底以下 1,000 米的油田。 但在过去几年中，该行业已成功在水下 3,000 米和岩石和盐层下 6,000 米的深度开采石油。 至少有三项主要的超深水海上发现：墨西哥湾的雷霆马和杰克以及巴西海岸附近的图皮。
竭尽全力
随着油井比以往任何时候都更远更深，在第一轮开采结束后，技术也在不断发展，以便从岩石中开采出更多的石油。 一级和二级开采阶段加在一起可以将采收率提高到 20% 到 40% 之间。 为了超越这一点，在专家们所说的三级开采中，通常需要降低剩余石油的粘度，这可以通过使用热量、气体、化学物质甚至微生物来实现。 蒸汽注入是最古老的热基方法之一，在 1960 年代初克恩河油田的复兴中起到了决定性作用。 注入的蒸汽加热了上覆地层，使石油能够流动。 至今，克恩河的蒸汽注入项目仍然是世界上最大的同类项目之一。 蒸汽辅助开采的一种变体已应用于艾伯塔省太深而无法进行露天开采的油砂矿床。
另一种已在油田测试的热基工艺是通过加热器点燃油藏的一部分碳氢化合物，同时向井中泵入空气以助燃。 火灾产生热量和二氧化碳 (CO2)，这两者都会降低石油的粘度； 大部分 CO2 也留在地下，有助于将石油推出。 同时，火本身会分解石油中较大和较重的分子，再次使其流动。 可以控制气流以限制被燃烧的石油并防止污染物释放到周围环境中。
一种更常见的方法是将气体（如 CO2 或氮气）高压注入油藏。 这些气体可以恢复或维持油藏的压力，也可以与石油混合，降低其粘度和可能使石油滞留的力。 在美国，自 1970 年代以来，从火山或发电站废气中提取的 CO2 已应用于石油开采。 该工艺已在约 100 个正在进行的项目中使用，专用管道网络总长超过 2,500 公里。
在 CO2 注入方面积累的专业知识为从发电厂捕获和储存 CO2 开辟了道路——这些程序可以帮助大幅减少这种温室气体向大气中的排放，并将其留在地下数百年。 自 1996 年以来，第一个商业碳捕获和储存项目一直在挪威海岸附近的斯莱普纳油田运行，每年储存 100 万吨 CO2。 考虑到仅人类活动估计每年就向大气中排放相当于约 500 亿吨二氧化碳的温室气体，这个数量很小。 但该工厂的成功证明了概念的可行性。
然而，具有讽刺意味的是，使用 CO2 进行石油开采的主要问题之一是其稀缺性。 从发电站烟囱或火山捕获气体并不便宜，并且从较小的来源（如汽车甚至大多数工业工厂）捕获气体的成本高得令人望而却步。 另一个障碍是运输，如果油田位于偏远地区，运输成本可能会过高。
基于化学的开采是一种较新的策略。 某些化学物质可以与滞留的石油混合并降低其粘度，从而使其能够流向井口。 这些物质都基于相同的原理工作，这类似于肥皂分子层如何吞噬脂肪物质并去除手上油脂的原理。 最成功的化学工艺还会增加地下水的粘度，这有助于水将石油推向井口，而无需先到达井口。 在中国的大庆油田，自 1990 年代中期以来，该工艺被认为额外开采出了油藏中 10% 的石油。 在该工艺的一个版本中，腐蚀性溶液从石油本身存在的成分中生成类似肥皂的物质，从而限制了总体成本。
微生物强化石油开采仍处于起步阶段，美国、中国和其他国家正在进行实验。 工程师将大量专门的微生物与营养物质以及在某些情况下与氧气一起泵入油藏。 微生物在石油和岩石之间的界面中生长，有助于释放石油。 基因工程为改造细菌和其他微生物开辟了可能性，使其更有效地帮助石油开采。
这些先进的开采技术都不是特别便宜。 但有些技术（特别是 CO2 辅助开采，如果附近容易获得气体来源）只要原油价格保持在每桶 30 美元以上就已经是经济的，而大多数技术（包括化学开采）在每桶 50 美元左右变得经济可行。
未来的尤里卡时刻
“易采石油”正在枯竭，可能是因为它最早被发现和燃烧。 世界上许多最大和生产力最高的石油盆地正接近我所说的技术成熟期，即传统技术不再有效的时候。 这些盆地包括波斯湾国家、墨西哥、委内瑞拉和俄罗斯的油藏，这些油藏在 1930 年代、1940 年代和 1950 年代开始产油。 为了使这些油田在未来继续生产，将需要新技术。
但“易采石油”在被发现时并没有那么“容易”。 同样，由于技术专长的学习曲线，今天的难采石油将成为明天的易采石油。 石油工业的技术突破一直是漫长而曲折的过程的结果。 水平钻井技术最早在 1930 年代进行了测试，一些更先进的开采方法至少自 1950 年代就已存在。 然而，在石油工业的大部分历史中，石油一直供过于求，因此其价格一直过低，无法证明重大且昂贵的创新是合理的。 但一个新时代即将到来，新技术将以更快的速度被采用。
提高采收率的努力可能会因当前的资源民族主义浪潮而放缓。 1970 年代初期，主要的石油公司控制着全球约 80% 的石油储量，而今天，全球超过 90% 的常规石油由生产国通过其国家石油公司直接控制。 但石油需求未来的不确定性使得其中一些国家不愿投资于现代技术和勘探，尤其因为进行大量投资意味着从社会和经济发展计划中抽调资源。
尽管如此，我还是敢于做出一个预测。 到 2030 年，当时已知的石油中将有超过 50% 可以开采出来。 此外，到那时，已知石油的数量将显着增加，并且更大比例的非常规石油（如油页岩）将普遍生产，使可采储量总额达到 4.5 万亿至 5 万亿桶石油之间。 “新储量”的很大一部分将不是来自新的发现，而是来自更好地利用我们已有的资源的新能力。
可以肯定的是，到 2030 年，我们将再消耗 6500 亿至 7000 亿桶储量，总共从 4.5 万亿至 5 万亿桶的数字中消耗约 1.6 万亿桶。 然而，如果我的估计是正确的，我们将在 21 世纪剩余的时间里拥有石油。 真正的问题将是如何使用剩余的石油，而不会因不可接受的消费习惯而浪费它，并且——最重要的是——不会危及环境和气候。
我们的星球。
注：本文最初印刷时的标题为“从地下挤出更多石油”。