改变阿萨巴斯卡油砂的两口井

这篇文章的起点，其实是一本很老的小说。

我们聊到了阿利斯泰尔·麦克莱恩（Alistair MacLean）的 Athabasca。小说出版于1980年，故事在阿拉斯加的石油工业和加拿大艾伯塔省的阿萨巴斯卡油砂之间展开。很典型的麦克莱恩式惊险小说：破坏、谋杀、阴谋一个接一个，有时候甚至觉得它们不像事件，反而更像故事里的固定角色。

聊着聊着，我们却跑神了。

麦克莱恩写这本书的时候，阿萨巴斯卡油砂到底是什么样？那里的石油当时是怎么开采的？今天又是怎么开采的？

于是我们查了下去。

结果没过多久，我们已经跟着一位叫Roger Butler的化学工程师，钻到了艾伯塔地下200多米，还遇到了两口水平井。

这跟我们一开始想看的东西，好像已经有点远了。

先等等，阿萨巴斯卡油砂到底是什么？

阿萨巴斯卡油砂位于加拿大艾伯塔省东北部，Fort McMurray一带，面积非常大。

一提到“油砂”，我们最容易看到的往往是露天矿的照片：巨大的矿坑，巨大的卡车，挖掘机把一车又一车的砂土运走，然后再从里面分离出沥青。

所以很容易产生一种印象：油砂就是这样开的——把砂挖出来，再把里面的沥青提取出来。

问题是，大多数油砂根本挖不到。

加拿大自然资源部指出，加拿大大约 80%的油砂储量只能通过原位开采方式获取，原因很简单：它们埋得太深，不适合露天开采。

于是，问题变成了另一种。

油在地下，可这里的“油”又不是那种一打井就会自己流上来的液体。油砂中的沥青黏度非常高，冷的时候几乎不怎么流动。不过一旦加热，它就会变得容易移动得多。

工程师早就开始尝试用蒸汽解决这个问题。

然后Roger Butler开始琢磨另一件东西：

重力。

Roger Butler的想法

Butler是一名化学工程师，20世纪50年代初从英国来到加拿大，后来进入Imperial Oil工作，并最终负责重油研究。

1969年，他为一种利用重力排油的概念申请了专利。到了20世纪70年代，他开始思考另一种可能：如果不只依赖传统的垂直井，而是把井横着打进油层呢？

其实这个想法并不难想象。

先把沥青加热。加热以后，它变得更容易流动。既然重力会让它往下走，那就在下面放一口生产井，把流下来的沥青收走。

后来，这个思路逐渐变成了两口大致平行的水平井：上面一口注入蒸汽，下面一口负责收集被加热后向下流动的沥青。

今天，我们把它叫作蒸汽辅助重力泄油（Steam-Assisted Gravity Drainage，SAGD）。

现在听起来像是一项成熟技术。

但在20世纪70年代，它还只是一个需要证明自己到底行不行的想法。

第一次试验，还不太够

1978年，Imperial Oil在Cold Lake试验了Butler方法的早期版本。不过那一次并不是今天熟悉的“两口水平井”：他们用的是一口水平生产井，再配一口垂直的蒸汽注入井。

Imperial后来认为，这套方式并不特别适合当地的Clearwater油藏，于是继续采用另一种蒸汽开采方法。

所以，SAGD并没有在1978年突然横空出世，然后席卷整个油砂行业。

Butler后来从Imperial提前退休，加入了艾伯塔油砂技术与研究管理局（AOSTRA）。而AOSTRA当时正在做一件听起来有点不像普通石油研究的事情：

他们准备在Fort McMurray以北建一座地下试验设施。

Butler提出，不如在那里试试SAGD。

然后，他们真的钻到地下去了

地下试验设施（Underground Test Facility）于1987年启用，地点在Fort McMurray以北约60公里。

为了建它，人们向地下打了两条超过 200米深 的竖井。用来施工的钻头直径接近4米，重量约 230吨。

但还有一个数字更让人停下来多看一眼。

钻了200多米以后，两条竖井与完全垂直方向的偏差都没有超过 2.5厘米。

200多米。

偏差不到2.5厘米。

工程师大概不太喜欢“差不多就行”这句话。

竖井底部建起了隧道，位置就在油砂层下方的岩层里。研究人员可以从那里向上钻入油藏，试验不同的沥青开采方法。

Butler那两口水平井的想法，也终于有了一个真正可以好好试一试的地方。

三对井

地下设施第一次进行SAGD试验时，用了三对水平井，每对大约70米长。

蒸汽从上面的井进去。

接下来，他们等着看会发生什么。

大约一年后，结果已经很明显：这东西确实在工作。

AOSTRA原本预计，试验区里的沥青最终可能回收 30%到45%。实际回收率后来达到了大约 65%。

这就很难不引起注意了。

早期，AOSTRA其实很难说服石油公司支持这个地下试验设施。等第一阶段开始拿出结果以后，下一阶段有十家公司参与出资。

但是还有一个很明显的问题。

总不能为了每一个油砂项目，都先在地下200米挖一套隧道吧。

原来隧道并不是重点

真正重要的，并不是站在地下隧道里钻井，而是能不能在油藏中把两口水平井准确地放到彼此附近。

后来，钻井技术变得足够精确，这件事终于可以直接从地面完成。

关于Butler工作的历史资料提到，计算机控制钻井技术后来已经能够把两条平行水平井控制在大约 5米 的间距之内。

这样一来，地下隧道就不需要了。

说到这里，与其再写几段，可能还是画张图比较快。

结构其实很直观：两口水平井，一上一下。

蒸汽不断从上方注入。随着周围油层逐渐升温，一个蒸汽腔慢慢形成。沥青的黏度下降，和冷凝水一起向下流动，最后进入下面的生产井，再被带到地面。

今天，加拿大自然资源部把SAGD称为加拿大油砂中应用最广泛的原位开采方式。

然后我们又看了一眼年份

看到这里，我们忽然又想起了最开始的那本 Athabasca。

麦克莱恩的小说出版于 1980年。

Butler在Cold Lake的那次早期试验，只发生在两年前。

地下试验设施要到 1987年 才会启用。

到了20世纪90年代，那些试验已经证明了SAGD能够工作。而今天，它已经成了加拿大油砂行业里再普通不过的一部分。

也就是说，麦克莱恩写 Athabasca 的时候，后来会成为加拿大深层油砂最常用开采方式的技术，还没有在那座最终帮助证明它的地下设施里真正得到验证。

小说里的阿萨巴斯卡，和今天的阿萨巴斯卡，中间刚好隔着这样一段技术变化。

当然，故事也没有在“新技术成功了”这里结束。

制造大量蒸汽需要能源，也需要水。加拿大自然资源部指出，热采沥青比传统原油生产更加耗能，其中一个重要原因就是需要产生蒸汽；如何减少用水和排放，也一直是相关技术继续研究的问题。

所以，SAGD当然没有把油砂开采的所有问题一下子解决掉。

不过，这好像也不是我们一开始想问的问题。

我们最初只是聊到一本老惊险小说，然后想知道，阿萨巴斯卡油砂里的油到底是怎么弄出来的。

结果一路查下去，碰到了Roger Butler、两条200多米深的竖井、一座地下实验室，还有三对水平井。

比我们原本打算查的东西，好像有意思多了。