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寻找石油:科技作用

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寻找石油:科技作用照片Credit:Clipart.com

目的

探索地质学家如何使用技术和计算机建模来查找石油和天然气。


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这节课将集中讨论地球科学家在石油和天然气勘探中的作用。通过本节课,学生将研究地球科学如何作为一种职业应用,以及如何获取我们都依赖的能源。正如国家科学教育标准所强调的,教师面临的最大挑战之一是让科学对学生有意义。科学课程和调查应该来自于对学生有意义的问题和问题,而不是向学生提供与学生生活没有明显背景的内容。一种方法是通过时事突出科学和技术问题。实际的科学和技术相关问题提供了另一个有意义的调查的来源。这节课结合了一些科学和技术学科——包括地质学、物理学和计算机建模——以及寻找石油和天然气为我们的世界提供燃料的现实挑战。

虽然地球科学家有许多可能的职业道路,但本课将重点关注这些科学家在石油工业中的作用。石油行业雇佣的地球科学家最多,近40%的地球科学家从事石油和天然气的勘探和生产。然而,据Career Cornerstone称,地球科学家传统上还在其他四个主要行业工作。所有这些选择都应该与学生进行讨论,以鼓励他们将科学视为一种有趣而吸引人的职业选择。

地球科学家的第二职业道路是教育。在这个领域,地球科学家可以担任大学教授或中学教师。许多地球科学家,不管他们的雇主是谁,都参与了某种公共宣传活动。这是因为让所有人都了解地球、地球资源以及以有效和高效的方式获取和利用这些资源所需的技术是很重要的。

矿业行业是另一个地球科学家雇主。在矿业的许多不同方面,从探索到矿井设计,需要在地球科学的专业知识。这导致了地球科学家的第四主要职业道路:环境产业。土地管理和水质问题需要更多环保地球科学家在私营企业和政府中工作。对人类的自然安全危害,例如雪崩和山体滑坡,是环境地球科学家的另一个关注领域。最后,政府为地球科学家提供了许多职业机会,从基本研究到政策发展。

地球科学奖励创造力 - 许多伟大的石油发现是由地球科学家引发的,他们允许自己看出与其他人不同的数据。地质学家必须具有对所有基本科学的基本知识:物理,化学和生物学,以便解释。团队合作和通信技巧很重要:地质学家,地球物理学家,石油工程师和经济学家都共同努力发展勘探前景。钻探不会开始,直到简明口头和书面报告向管理人员展示,他们必须决定是否授权支出。

日益增长的全球能源和原材料需求以及老龄化的地球科学劳动力将为新的地球科学家创造广泛的职业选择。同样重要的是要让学生认识到地球科学家不仅仅研究地球。当我们探索太空时,需要地球科学专业知识来确定其他行星的物理组成。事实上,遥感技术使地球科学家能够在载人航天任务之前收集火星等行星的地质数据。

在讲授这一课时,重要的是要包含用于指代地球科学家的性别代词。传统上,科学被认为是一种“男性职业”,科学家被想象成在类似实验室的环境中玩纸牌的白人男性。因此,当提到地球科学家时,一定要使用女性代词,如“她”或“她”。考虑到美国国家科学基金会(National Science Foundation)最近的发现,鼓励女性学习地球科学很重要。2004年,不到50%(44.6%)的地球科学(地球、大气和海洋科学)硕士学位授予女性(妇女,少数民族和残疾人在科学与工程,2008年5月,国家科学基金会,华盛顿特区)。当一个人看博士学位时,百分比甚至更少;2005年,只有34.1%的地球科学博士奖励是女性(妇女,少数民族和残疾人在科学与工程,2008年5月,国家科学基金会,华盛顿特区)。

在开始这节课之前,学生应该对化石燃料,特别是石油和天然气,以及它们之间的区别有一个了解。虽然学生将有机会在本课中简单地探索石油和天然气的形成,但在开始本课之前更深入地了解两者之间的区别是有帮助的。学生还应该理解术语“密度”,因为它在本课中用来解释石油和天然气向地表的迁移,以及“断层”,这是沿着岩石移位的裂缝,有时是石油和天然气迁移的途径。学生们也应该知道声音是以波的形式传播的,因为在网上有一部分讨论了地球科学家如何利用声波来定位地下石油。总的来说,这节课适合地质或能源单元,并为学生提供了一个探索科学如何应用于职业和日常生活的机会。通过这次活动,学生们还考察了科学和技术之间的共生关系。

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动机

通过向学生展示美国石油学会(API)的在线介绍视频,石油和天然气的故事

问学生:

  • 这个视频讲的是什么?
      (答案应包括剪辑是关于获得石油和天然气,从它们开发产品,并分发这些产品。)
  • 视频剪辑中提到了哪些类型的科学家?
      (提到地质,工程,化学,技术和机器人。)

告诉学生班级将专注于地球科学。问学生:

  • 什么是地球科学?
      (地球科学是对地球及其结构、组成和历史的研究。)
  • 为什么地球科学在寻找石油方面很重要?
      (答案会有所不同。学生应该提及地球内的油和天然气。通过研究地球的内部结构和组成,地质学家可以确定石油所在的位置以及如何安全地除去。)
  • 你认为地球科学家是如何在地球上发现石油和天然气的?
      (答案可能有所不同。当学生指出使用科技和电脑时,要标出重点。)
  • 为什么地质学家需要找到石油和天然气?
      (学生应该提到不断增长的能源需求。你可以用电力和交通等例子来说明石油和天然气的需求是如何增加的。)

发展

虽然许多学生知道石油和天然气作为能源的使用,但关于这些自然资源是如何在地下被发现的知识却很少。学生将探索科学家在寻找石油和天然气中的作用,以及在这种勘探中使用的科学和技术技术。

问学生:

  • 为什么地质学家对石油和天然气工业至关重要?
      (他们是那些发现石油和天然气的人。)
  • 你认为地球科学家在寻找石油和天然气的位置时面临哪些挑战?
      (化石燃料通常不到肉眼可见并埋在地球表面下方。它们必须从表面上方找到。)

告知学生,在地球上获取油和天然气并使其进入可用形式,如我们泵入我们的汽车的天然气,有许多阶段。第一步是在地球表面下找到隐藏口袋的探索。油和天然气可能在岩石层或海底下方。地球表面通常没有证据表明下面的油或天然气的口袋。

告诉学生,他们将观看有关石油和天然气探索的简短视频以及如何在地球表面下发现它们的挑战是如何克服。

要求学生使用他们的探索石油和天然气学生esheet查看“探索”石油和天然气的故事地点。他们可以使用他们回答有关此资源的问题探索石油和天然气学生表。一旦学生浏览了这一部分,请问他们:

  • 科学如何参与石油和天然气探索?
      (石油和天然气被埋在地层之下,所以这需要对地质学有所了解。此外,还必须建立回收这些油气的工具。)
  • 如何涉及该探索的技术?
      (生成计算机模型。地震调查和卫星用于收集数据。)

学生应该通过使用他们的电子表来继续探索API资源,以转到这些部分:“大挤压,”迁移“和”了解在哪里钻取“。学生应在学生表上回答有关这些部分的问题。一旦学生完成了这些部分,请举办课堂讨论:

  • 石油和天然气是如何产生的?
      (数百万年前,它们最初是生活在海洋中的植物和动物。)
  • 简要解释沉淀和死亡生物在生产油和天然气中的作用。
      (生活在海洋中的生物死亡后沉入海底,在那里一层沉淀物会覆盖它们。随着时间的推移,死亡生物层和沉积物层交替形成。随着层层堆积,巨大的热量和压力将死去的生物转化成了石油和天然气。)
  • 为什么石油和天然气向上移动到表面上?
      (因为它们比水少致密。)
  • 描述储层岩石和渗透岩石之间的差异,相对于流体和气体的运动。
      (砂岩等储层岩石,足以让流体和气体,如石油,水和天然气,如石油,陷阱,如页岩,陷阱液和气体,所以它们不能通过。)
  • 在地球上的一些地方,石油从地表渗出,而在另一些地方,石油被困在地表以下。解释一下地表以下的岩石是如何导致这种差异发生的。
      (在油渗透到表面的地方,下面的岩石是水库,让它通过它。在油在表面下方的地方,不透水的岩石阻止了石油渗透。油和天然气也可以沿着故障垂直移动如果没有遇到捕获岩石,进入水库岩石并且捕获或移动到表面。)
  • 通过哪种类型的岩石是今天试图获得石油和天然气的地球科学家?
      (不)。
  • 地球科学家如何在地面上使用声波来定位被困在地球表面以下的石油和天然气?
      (地理学家通过地面发送声波声波,并记录波浪从每层地下岩石回转多长时间。这些数据用于创建地图,这可能会揭示钻头的有吸引力的地方。)
  • 地球科学家如何使用声波定位被困在海底下方的石油和天然气?
      (科学家们将气枪浸入水中,发出阵阵声音。水听器能接收反射声波。这些数据是通过船上或卫星收集的。)

学生可能无法理解“深入”叙述中使用的术语“亲水声”。让学生检查两块中的这个词:水电和电话。告诉学生,“Hydro”一词来自希腊语意思是“水”。术语“手机”来自希腊语,意思是“声音”或“声音”。

  • 地质学家如何使用通过声波收集的数据来使用计算机建模?
      (数据用于制作地下地质地质的两维图,以寻找潜在的储层和陷阱。)
  • “3D”一词中所指的三维是什么?
      (它们是高度、宽度和深度。)
  • 第四维在术语“四维”中指的是什么?
      (它是时间。)
  • 为什么第四个维度在映射石油和天然气中很重要?
      (重要的是要展示如何在地球表面下迁移和改变时间。)
  • 为什么“虚拟钻井”和可视化房间对地球科学家如此重要?
      (它们让科学家们能够在对地表环境干扰最小的情况下,找到最有效的钻探地点。)

解释说“地震”一词来自希腊词意思是“地震”。神经主义者使用术语“地震”指地球和地壳的任何振动或颤抖。声波将振动发送到地下的地下层,这就是为什么地质科学家的数据收集方法被称为“地震调查”。

  • 什么是探井?
      (钻井以确定是否存在油或天然气。)
  • 什么时候是探索性良好的钻井?
      (在地质学家映射数据并使用计算机建模后,确定特定地点的油或天然气的潜力。)
  • 一旦一个勘探井发现了石油或天然气,地质学家在推荐其他井进行生产之前必须考虑的四个方面是什么?
      (他们必须考虑可以生产的估计金额,使其成为表面所需的技术,使其摆脱地面的成本,以及开始和维持生产所需的时间。)
  • 如果勘探井发现的石油或天然气很少或没有,会发生什么?
      (为了保护环境,该井被称为“干井”。)

评估

复习学生登记表上的问题。请学生分享他们在学生记录表上所做的大纲或图表的步骤。当学生一起浏览答案时,在黑板上画一个示意图,概述石油勘探的步骤和整个课程所涉及的工具。图表应包括以下基本步骤:

  1. 随着时间的推移,石油和天然气的形成
  2. 通过岩石层迁移油和天然气
  3. 如果岩石在表面下是不孔的,如果岩石不透水,则渗透表面
  4. 利用声波在陆地和近海进行地震研究
  5. 数据收集
  6. 使用计算机建模映射数据
  7. 生成3D和4D地图
  8. 虚拟钻井
  9. 钻一口探井

在第九步,图表将根据探索性良好钻井的结果分歧。如果发现井有很少或没有油,那么它被密封并称为“干洞”。但是,如果发现探索性井有石油和天然气,那么地球科学家必须考虑美国石油研究所叙述中概述的四个条件:可以生产和交付的金额,使其能够提供表面,使其离开地面的成本,以及开始和维持生产所需的时间。

提醒学生,这只是获得石油和天然气的勘探阶段。


延期

允许学生将自己组织成五组,每组从美国石油学院的其他部分中选择一组石油和天然气的故事:生产,运输,精炼,分销和产品。每个小组可以将石油运动中的这些不同阶段总结到从地面到可用形式的人类。


让学生研究石油工业的各种职业,涉及科学,技术和工程。学生可以使用这些在线资源来调查职业道路:


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课程详细信息

成绩 主题 项目2061基准 国家科学标准
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