01
从漂浮的船上，钻一口四千米深的井
你看到的是一座海上钻井平台。它并不立在海床上，而是一座半潜式钻井平台，靠藏在水下的巨大空心船体漂浮着。这里的海水深1000米，平台正在钻一口井，井底在钻台面以下4500米。如今，全世界约四分之一的石油来自海上油田。
平台的井架是一座约60米高的钢塔，它带动一串末端装有钻头的钢管旋转，向下穿过海水，钻进岩层。沉重的钻井液被泵入钢管，让井始终处于控制之中；工人则一段接一段地用钢管和水泥把井壁衬砌起来。这样的平台有130到200个床位，钻井工作日夜不停。
动画循环一次，就是跟着钻头往下钻；时间轴和钻井人员一样，按钻台面以下的米数计算。钻台高出海面25米，所以海床在1025米处。海面以下的岩层像蛋糕一样被切开。这幅图并不按比例：它压缩了海水和岩层，好装进屏幕，还把管子画得比实际粗八倍。剖面上的标尺是准确的。
拖动模型可以四处查看，在模型上滚动可以缩放。继续往下读，视角会跟着文字变化。读数显示钻头遇到的情况：它在海床以下的深度、周围的钻井液压力和温度，以及这口井用了多少天。打开标注，就能看到每个部件的名称。
02
为什么它不会翻
镜头现在来到水线附近。平台浮在两条叫作浮箱的空心船体上，每条长110米。四根方形立柱从浮箱上升起，穿出海面，托起甲板。甲板是一个宽78米的钢制箱体，上面有井架、吊机、生活区和直升机甲板。中央是月池，这是一个开口，钢管从这里下到海里。系泊缆和推进器让平台保持在原位。
它浮起来的道理和船一样：它会一直下沉，直到排开的水和它自身一样重。钻井时，这座平台排开约5.1万吨海水。工人往浮箱里的水舱泵入或抽出海水，来调节它浮得多深。在作业地点之间转移时，它浮得很高，吃水约9.5米。钻井时，它会压载下沉到约21米，只让细长的立柱穿过海面。试试滑块。
波浪让海水做圆周运动，这些圆圈随深度缩小：到半个波长深处，只剩约4%的运动。但涌浪的波长很长，浮箱周围的海水仍有海面运动的近一半。所以深度只解决了一半问题。剩下的一半靠细长的立柱：波浪经过时，平台没入水中的部分几乎不变，所以它几乎不会被抬起。立柱相距很远，也让平台不易倾覆，因为低的一侧立柱会沉得更深，把平台推回去。
平台还必须稳在井口上方。八根由锚链和钢缆组成的系泊缆伸向海床上的锚，这种办法适用于约1500米以内的水深。也可以用计算机操控的推进器，靠卫星和海床信标定位，让平台保持位置。不同的水深需要不同的平台。自升式平台站在海床上，可用于水深150米以内。钢制导管架平台最深到过412米，张力腿平台到过1584米，单柱式平台约2400米。纪录属于一艘钻井船：3628米水深。试试水深滑块。
03
在四千米外转动钻头
镜头现在跟着钻头。钻头以上的一切都吊在井架上，顶驱就在那里：它是一组吊在大钩上的强力电机，夹住钻杆，带动整串钻柱旋转。钻杆一根约9.4米长，每三根拧成一柱，约28米。每钻完一柱，顶驱就松开，爬回上方，接上下一柱。拉远镜头，就能看到它每隔28米爬回一次。
井是分段钻成的，每一段都比上一段窄，就像望远镜。第一段井眼直径36英寸（914毫米），只钻进海床75米，再把一根30英寸的钢管，也就是导管，用水泥固定在里面。接着是26、17½和12¼英寸的井眼，每一段都下入钢制套管并注水泥，撑住井眼，封隔岩层。每一层套管都必须穿过上一层，所以最后一段8½英寸的井眼只有216毫米宽。试试井段按钮。
平台从不往下推钻杆：它长达几千米，直径只有140毫米，一推就会弯。钻柱吊在大钩上，被自身重量拉得笔直。只有沉重的钻铤的一部分重量压在钻头上，约3到20吨，同时顶驱以每分钟约80到140转的速度转动它。牙轮钻头用带齿的牙轮压碎岩石。固定切削齿钻头没有活动部件：人造金刚石切削片把岩石刮掉。大约从2015年起，全世界钻井总进尺的90%以上都由这种钻头完成。
钻井很慢：在软岩中每小时几十米，在硬岩中只有几米。钻头磨损后，整串钻柱要一柱一柱地起出来，换上新钻头再下回去；从3000米深处起下钻一趟，大约要半天。在模型里，每下一层套管并固井要多花约两天，这口井大约在第30天钻到完钻井深。在这样深的水里，真实的井通常要一到三个月。留意天数读数，再换一种钻头比较一下。
04
钻井液的三大任务
镜头现在来到1000米深的海床，这里一片漆黑，温度约4°C。井口上方坐着防喷器，这是一组约17米高的阀门。它上面是隔水管，一根宽533毫米的钢管，套着钻杆一直通到平台。那些移动的点就是钻井液。它顺着钻杆内部向下，从钻头流出，再沿钻杆外面的环形空隙，也就是环空，返回上来。
钻井液是一种黏稠的液体，靠重晶石粉加重，重晶石是一种致密的矿物。它的第一项任务，是顶住岩石孔隙中承受巨大压力的水、油或气。第二项任务，是把岩屑，也就是钻头切下的碎石，带回平台，由振动筛筛出来。第三项任务是冷却和清洁钻头。一开始，钻井液按钻井设计取值。用滑块让它变轻或变重，就能引发井涌或让岩石破裂。
钻井液的压力（巴）等于密度（克/立方厘米）乘以0.0981再乘以深度（米），这个压力必须保持在一个窗口之内。低于孔隙压力时，气、油或水就会涌进井里：这就是井涌。高于破裂压力，也就是岩石裂开时的压力，岩石就会把钻井液吞进去。海水的重量不到岩石的一半，所以在1000米深的海水下，这个窗口很窄。这也是前两个井段不装隔水管的原因之一：它们用海水或轻钻井液钻进，钻井液直接排到海床上。
万一发生井涌，防喷器可以把井关住：它的闸板能在一分钟内关闭，承受高达1034巴的压力。它是最后一道防线，而不是万无一失的保证，因为它的剪切闸板剪不断钻杆之间粗厚的接头。在储层处，模型中的窗口约为1.24到1.57克/立方厘米，设计值为1.40。拖动滑块，观察状态和图表：太轻时，环空中会冒出气泡；太重时，裂缝会从井眼向外延伸。
05
石油为什么会在那里
现在看岩层的剖面。上部的地层是平的，但在深处，有两层在平台下方向上拱起。拱顶是盖层，一层厚厚的页岩，几乎什么都透不过。它下面是储层，一层砂岩，顶部是气，中间是油，下面是水。岩块的最底部是黑色的页岩，石油就是从那里开始的。
故事要从浮游生物说起，它们是数百万年前漂浮在海里的微小生物。有一些沉进了严重缺氧的淤泥里，没有腐烂。随着越埋越深，淤泥变成了富含它们遗骸的黑色页岩，也就是烃源岩。在约60到120°C之间，经过数百万年，热量把这些遗骸变成了石油。石油比水轻，所以它顺着上方岩石中充满水的孔隙缓慢向上移动，直到被一层致密的岩层挡住。试试这些按钮，去看看每一层。
圈闭是位于盖层之下的多孔岩石拱，就像一只倒扣的碗。油和气聚集在拱顶，按轻重分层：气在最上面，然后是油，再下面是水。油一直分布到油水界面，位于钻台面以下4220米。石油不在洞穴里，而是充满砂粒之间的微小空隙，这些空隙约占这层砂岩的22%。岩石温度约95至100°C。孔隙中的压力约500巴，高于正常值，因为被页岩封住的水承担了上覆岩石的一部分重量。
没有人能看到这么深的地方。勘探船向海底发出声波，回声能描绘出地层的形状，指出哪里可能有圈闭，但无法证明孔隙里装的是什么。只有钻一口井才能证明：2024年，大型勘探井中只有约四分之一发现了值得开采的油气。试试这些按钮，观察颗粒的特写。在砂岩里，气、油和水充填的是同样的空隙，而盖层几乎没有空隙。
06
第一桶油
钻头已经钻到完钻井深，画面显示的是完井后的油井。钻柱已经起出，钢制套管用水泥固定，一直下到井底。套管里面悬挂着生产油管，这是一根更细的管子，负责把石油送到平台上。在油层里，射孔枪已经引爆射孔弹，射穿套管和水泥，打进岩层；这些孔，也就是射孔孔眼，让石油流进井里。
石油为什么会自己往上流？储层里的流体承受着压力，这里约为504巴，比一根通到海面的盐水柱产生的压力还大。石油比水轻，密度约0.85克/立方厘米，所以从储层一直到平台的油柱更轻，约相当于345巴。两者之差把石油推出井口，而且压力还有富余。试试滑块，看看随着油田变老，情况会怎样变化。
首先要对这口井进行测试。油和气流到平台上，工人测量它们的产量，再由火炬臂烧掉，因为钻井平台没有管道可以把它们输送出去。火炬臂末端的火焰就表示正在测试。值得开采的井，以后可以在海床上装一套阀门组，也就是采油树，再用管道连接到生产平台，或者连接到一艘储存石油、等油轮来运走的船上。
随着石油被采出，储层压力会下降。在这个简化模型里，压力每年下降初始值的1.4%；真实油田的情况差别很大。当井口剩下的压力太小时，石油就不能再自己流出来。这时要靠井下的泵，或者气举，也就是往油管里注气让液柱变轻，才能继续采油。即便如此，一个油田平均也只能采出大约三分之一的石油。拖动滑块，看看井口剩下的压力怎样变小。