石油

石油液體。地殼上層部分地區有石油儲存。它由不同的碳氫化合物混合組成，其主要組成成分是烷烴，此外石油中還含硫、氧、氮、磷、釩等元素。不過不同油田的石油成分和外貌可以有很大的區分。石油主要被用來作為燃油和汽油，燃料油和汽油組成目前世界上最重要的一次能源之一。石油也是許多化學工業產品如溶液、化肥、殺蟲劑、潤滑油的礦物油基礎油和塑膠等的原料。2021年美國石油總消費量中所佔的百分比為，67.2%用作運輸，26.9%用作工業用途，2.8%用於住宅，2.5%用於商業，0.5%用於電力供應。由於石油是一種不可再生能源，許多人擔心石油用盡會對人類帶來嚴重的後果。石油因其價值高昂，又被稱為黑金。在中東地區波斯灣一帶的沙烏地阿拉伯、伊拉克、伊朗、科威特、阿聯酋、卡達有豐富的儲藏，而在俄羅斯、委內瑞拉、加拿大、利比亞、奈及利亞、美國、墨西哥、哈薩克、中國大陸等地也有很大量的儲藏。委內瑞拉擁有世界最高的石油儲量。歷史.早在公元前10世紀之前，古埃及、古代美索不達米亞文明和古印度等人類文明發源地已經採集天然瀝青，用於建築、防腐、粘合、裝飾、製藥，古埃及人甚至能估算油苗中滲出石油的數量。楔形文字中也有關於在死海沿岸採集天然石油的記載。“它粘結起傑利科和巴比倫的高牆，諾亞方舟和摩西的筐簍可能按當時的習慣用瀝青砌縫防水”。公元前5世紀，在古波斯地區的君主制國家—阿契美尼德王朝附近出現了人類用手工挖成的石油井。最早把石油用於戰爭也在中東。《石油、金錢、權力》一書中說，荷馬的名著《伊里亞德》中敘述“特洛伊人不停地將火投上快船，那船頓時升起難以撲滅的火焰”。當波斯國王居魯士二世準備奪取巴比倫時，有人提醒他巴比倫人有可能進行巷戰。塞琉斯說可以用火攻。“我們有許多瀝青和碎麻，可以很快把火引向四處，那些在房頂上的人要麼迅速離開，要麼被火吞噬。”公元7世紀，君主制東羅馬帝國人用原油和石灰混合製成著名的希臘火，點燃後用弓箭遠射，或用手投擲，以攻擊敵人的船隻。亞塞拜然的巴庫地區有豐富的油苗和氣苗。這裡的居民很早就從油苗處採集原油作為燃料，同時也可用於醫治駱駝的皮膚病。歐洲從德國的巴伐利亞、義大利的西西里島和波河河谷，到波蘭的加利西亞、羅馬尼亞，中世紀以來，人們就有關於石油從地面滲出的記載。並且把原油當作“萬能藥”。加利西亞、羅馬尼亞等地的農民，早就挖井採油。晉《博物誌》載：“酒泉延壽縣南山出泉水，大如筥，注地為溝，水有肥如肉汁，取著器中，始黃後黑，如凝膏，然極明，與膏無異。甚佳，彼方人謂之石漆。”唐《酉陽雜俎》稱：“高奴縣石脂水，水膩，浮上如漆，採以燃燈極明。”又《甘肅新通志》載：“石脂水，即石油河，出肅州南山”。唐《元和郡縣誌》記載：“玉門縣石脂水在縣東南一百八十里，泉有苔，如肥肉，燃極明。水上有黑脂，人以草墨取用，塗鴟夷西囊及膏東。”《乾隆新編肅州志》載：“嘉峪關西有石漆，今按赤金東南一百五十里有石油泉，土人取之燃燈”。中國人使用固定在竹竿一端的鑽頭鑽井，其深度可達約一千米，現存此工法的油井見燊海井。他們焚燒石油來蒸發鹽滷製食鹽。10世紀時他們使用竹竿做的管道來連線油井和鹽井。「石油」一詞首次在宋朝《夢溪筆談》中出現並沿用至今。古代波斯的石板紀錄似乎說明波斯上層社會使用石油作為藥物和照明。762年新建的巴格達的街道上鋪有從當地附近的自然露天油礦獲得的瀝青。9世紀亞塞拜然巴庫地區的油田用來生產輕石油。10世紀地理學家阿布·哈桑·阿里·麥斯歐迪和13世紀馬可·波羅曾描述過巴庫的油田。他們說這些油田每日可以開採數百船石油。現代石油歷史始於1846年，當時生活在加拿大大西洋省區的亞布拉罕·季斯納發明了從煤中提取煤油的方法。1852年波蘭人人伊格納齊·武卡謝維奇發明了使用更易獲得的石油提取煤油的方法。次年波蘭南部克洛斯諾附近開闢了第一座現代的油礦。這些發明很快就在全世界普及開來了。1846年在巴庫建立了第一座現代化開採的石油油井，1861年建立了世界上第一座煉油廠。當時巴庫出產世界上90%的石油。後來的斯大林格勒戰役就是為奪取巴庫油田而展開的。19世紀石油工業的發展緩慢，提煉的石油主要是用來作為油燈的燃料。20世紀初隨著內燃機的發明情況驟變，如今石油已成為最重要的內燃機燃料。尤其1859年8月27日在賓州挖到石油，引發美國第一次石油繁榮，在德克薩斯州、俄克拉何馬州和加利福尼亞州的油田發現導致“淘金熱”一般的形勢。到1910年為止，在加拿大、荷屬東印度、伊朗、秘魯、委內瑞拉和墨西哥發現了新的油田。這些油田全部被工業化開發。直到1950年代中為止，煤依然是世界上最重要的燃料，但石油的消耗量增長迅速。1973年能源危機和1979年能源危機爆發後媒體開始注重對石油供應水平進行報道。這也使人們意識到石油是一種有限的原料，最後會耗盡，至少作為一種經濟能源。不過至今為止所有預言石油即將用盡的猜測都未被證實，所以也有人對這個討論表示不以為然。石油的未來至今還無定論。2004年一份《今日美國》的新聞報道說地下的石油還夠用40年。有些人認為，由於石油的總量是有限的，因此1970年代預言的耗盡今天雖然沒有發生，但是這也不過是早晚的問題。也有人認為隨著技術的發展人類總是能夠找到足夠的便宜的碳氫化合物的。地球上還有大量焦油砂、瀝青和油母頁岩等石油儲藏，它們足以提供未來的石油目前已經發現的加拿大的焦油砂和美國的油母頁岩就含有相當於所有目前已知的油田的石油。今天90%的運輸能量是依靠石油獲得的。石油運輸方便、能量密度高，因此是最重要的運輸驅動能源。此外它是許多工業化學產品的原料，因此它是目前世界上最重要的商品之一。在許多軍事衝突中佔據石油一個重要因素。中東首次發現石油，是在1908年的伊朗，而今天約80%可以開採的石油儲藏位於該地區，其中62.5%位於沙烏地阿拉伯、伊拉克、科威特、阿拉伯聯合大公國和卡達。美國於1977年至2015年期間實施原油出口禁令。形成.生物成油理論.大多數地質學家認為石油像煤和天然氣一樣，是古代有機物透過漫長的壓縮和加熱後逐漸形成的。按照這個理論石油是由史前生物和藻類的屍體變化形成的。經過漫長的地質年代這些有機物與淤泥混合，被埋在厚厚的沉積岩下。在地下的高溫和高壓下它們逐漸轉化，首先形成蠟狀的油頁岩，後來退化成液態和氣態的碳氫化合物。由於這些碳氫化合物比附近的岩石輕，它們向上滲透到附近的岩層中，直到滲透到上面緊密無法滲透的、本身則中空的岩層中。這樣聚集到一起的石油形成油田。透過鑽井和泵取人們可以從富集的油田中獲得石油。地質學家將石油形成的溫度範圍稱為「油窗」。溫度太低石油無法形成，溫度太高則會形成天然氣。雖然石油形成的深度在世界各地不同，但是「典型」的深度為四至六千米。由於石油形成後還會滲透到其它巖層中去，因此實際的油田可能要淺得多。因此形成油田需要三個條件：豐富的源巖，滲透透道和一個可以聚集石油的巖層構造。美國西北太平洋國家研究室在2013年成功還原了藻類成為石油的過程，透過模擬原油的生產環境，將藻類置於密閉反應器中並提供高溫高壓，僅需一個小時即可產生出與原油極為類似的生質原油；其他如美國的藍寶石能源公司與荷蘭皇家殼牌石油公司等企業，也陸續成功還原藻類轉化成石油的過程，並找到產油量高的藻類種類將產油過程商業化。非生物成油理論.支援非生物成油理論的天文學家托馬斯·戈爾德在俄羅斯石油地質學家尼古萊·庫德里亞夫切夫(--)的理論基礎上發展的。這個理論認為在地殼內已經有許多碳，這些碳有些是自然地以碳氫化合物的形式存在。碳氫化合物比岩石空隙中的水輕，因此沿岩石縫隙向上滲透。石油中的生物標誌物是由居住在岩石中的、喜熱的微生物導致的。與石油本身無關。在地質學家中這個理論只有少數人支援。一般它被用來解釋一些油田中無法解釋的石油流入，不過這種現象很少發生。非生物成油理論無法解釋世界99%以上的石油都儲存在沉積岩中，而那些非沉積岩中的石油也可被解釋為從別處沉積岩中運移而來。同樣，非生物成油理論無法解釋石油中廣泛分佈的生物標誌化合物，如甾烷，伽馬蠟烷，植烷，藿烷，萜類以及同位素偏輕等現象。開採.開採石油的第一關是勘探油田。今天的石油地質學家通常使用重力儀、磁力儀等儀器來尋找新的石油儲藏。地表附近的石油可以使用露天開採的方式開採。不過今天除少數非常偏遠地區的礦藏外這樣的石油儲藏已經幾乎全部耗盡了。今天在加拿大艾伯塔的阿薩巴斯卡油砂還有這樣的露天石油礦。在石油開採初期，少數地方也曾有過打礦井進行地下開採的石油礦場。埋藏比較深的油田需要使用鑽井才能開採。海底下的油礦需要使用石油平臺來鑽和開採。為了將鑽頭鑽下來的碎屑以及潤滑和冷卻液運輸出鑽孔，鑽柱和鑽頭是中空的。在鑽井時使用的鑽柱越來越長，鑽柱可以使用螺旋連線在一起。鑽柱的端頭是鑽頭。大多數今天使用的鑽頭由三個相互之間成直角的、帶齒的鑽盤組成。在鑽堅硬岩石時，鑽頭上也可以配有金剛石。不過有些鑽頭也有其它的形狀。一般鑽頭和鑽柱由地上的驅動機構來旋轉，鑽頭的直徑比鑽柱要大，這樣鑽柱周圍形成一個空洞，在鑽頭的後面使用鋼管來防止鑽孔的壁塌落。鑽井液由中空的鑽柱被高壓送到鑽頭。鑽井泥漿則被這個高壓透過鑽孔送回地面。鑽井液必須具有高密度和高粘度。有些鑽頭使用鑽井液來驅動鑽頭，其優點是隻有鑽頭，而不必整個鑽柱被旋轉。為了操作非常長的鑽柱在鑽孔的上方一般建立一個鑽井架。在必要的情況下，今天工程師也可以使用定向鑽井的技術繞彎鑽井。這樣可以繞過被居住的、地質上覆雜的、受保護的或者被軍事使用的地面來從側面開採一個油田。地殼深處的石油受到上面底層以及可能伴隨出現的天然氣的壓擠，它又比周圍的水和岩石輕，因此在鑽頭觸及含油層時它往往會被壓力擠壓噴射出來。為了防止這個噴射，現代的鑽機在鑽柱的上端都有一個特殊的裝置來防止噴井。一般來說剛剛開採的油田的油壓足夠高，可以自己噴射到地面。隨著石油被開採，其油壓不斷降低，後來就需要使用一個從地面透過鑽柱驅動的泵來抽油。透過向油井內壓水或天然氣可以提高可開採的油量。透過壓入酸來溶解部分岩石可以提高含油層岩石的滲透性。隨著開採時間的延長抽上來的液體中水的成分越來越大，後來水的成分大於油的成分，今天有些礦井中水的成分佔90%以上。透過上述手段、按照當地的情況不同今天一個油田中20%至50%的含油可以被開採。剩下的油今天無法從含油的岩石中分解出來。透過以下手段可以進一步提高能夠被開採的石油的量：這些手段可以結合使用。雖然如此依然有相當大量的油無法被開採，一旦成本太高這個油田就被視為開採完畢了。水下的油田的開採最困難。要開採水下的油田要使用浮動的石油平臺。在這裡定向鑽井的技術使用得最多，使用這個技術可以擴大平臺的開採面積。運輸.長距離運輸石油的方法在海上是油輪，在陸地上則是使用輸油管。短程也有使用汽車、火車和內河油船的。成份.構成石油的化學物質，用分餾能互相分離。原油作為加工的產品，有煤油、苯、汽油、石蠟、瀝青等。嚴格地說，石油以氫與碳構成的脂肪烴為主要成分。分子量最小的4種烴，全都是煤氣。產品.化工產品.在煉油廠內，石油中的不同成分會被分離出來。利用沸點差異，分離出原油中不同化合物。從原油中可以提煉出汽油、柴油、煤油、取暖用油、潤滑油等等產品。化學工業中的石油產品的原材料可以回溯到約300個基本化合物。今天90%這些化合物是從石油和天然氣中獲得的。其中包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等等。今天約5-20%的石油用作化學工業的原材料。幾乎所有的化工產品在其生產過程中需要從石油獲得的基本化合物：染料、漆、藥物、清潔劑等。石油 ➡ 加熱丁烷及丙烷汽油煤油柴油重油潤滑油、瀝青金融產品.作為世界上最重要的原材料之一石油本身是投機生意的目標。由於許多企業依靠石油，因此它的價格對股票價格影響很大。目前狀態.地下儲藏量和各國的備用儲藏.各個不同的世界上的石油儲藏量的估計各不相同。2004年艾克森美孚估計世界的總儲藏量為1.26兆，其後為阿聯酋、科威特和委內瑞拉。批評者懷疑這些資料，他們指出出於政治原因許多國家篡改它們的資料，此外許多國家雖然每年開採大量原油，但其資料始終不變，這說明這些資料已經陳舊了。有些專家認為21世紀初人類將到達哈伯特頂點，這時開採量將達到頂峰，此後開採量無法繼續提高，由於供給無法滿足需求，油價將高漲。因此許多國家備有短期的儲藏來防止短期供不應求導致的危機。歐洲聯盟的國家必須擁有足夠90天的備用儲藏。開採狀態.至今為止人類一共開採了約0.95兆桶石油。大多數儲藏是在1960年代發現的。2005年的年開採量為304億桶。消費.根據世界概況，2010年全球石油平均日消耗量為約8,700萬桶。每年石油消耗量增長率為2%。以下排表按照2015年石油消耗量排列：工業國家的人平均石油消耗量比發展中國家的人平均石油消耗量要高得多。2003年美國每年人平均石油消耗量為26桶，德國為11.7桶，中華人民共和國為1.7桶，印度為0.8桶，孟加拉國只有0.2桶。純消費國.本國生產的石油佔消費10%或更低的國家。Source: CIA World Factbook重要種類.石油工業一般使用原油的出產地來區分不同的原油，此外比重、黏度來區分不同的原油。對於煉油廠來說原油含硫的量是一個重要的因素。含硫多的原油要達到今天的燃料標準，煉油成本比較大。高硫原油主要產自中東地區，包括沙烏地阿拉伯、伊拉克、科威特和伊朗；低硫原油則主要產自俄羅斯、阿爾及利亞、奈及利亞以及亞太地區。世界上常用的參考原油為：石油輸出國組織試圖透過提高或減少產量來使得油價保持在一個上限和一個下限之間。因此它的標價對市場分析非常重要。而且它的標價包括輕油和重油，因此比北海布倫特原油和西德州輕質原油要重要。價格.一般提到油價可能是指以下三種不同的價格：要麼它指的是現貨價格，要麼指的是紐約商品交易所上在俄克拉何馬州庫欣的供貨價格，或者是指國際石油交易所上的薩洛姆供貨價格。不同石油根據其比重、含硫量和產地的價格可以非常不同。大多數石油不是在市場上買賣的，而是在櫃檯買賣的基礎上交易的，其價格一般是參考一個定價機構如普氏公司給出的價格定的。國際石油交易所稱65%交易的石油的價格低於該交易所提供的北海布倫特原油標價。很多人指責石油輸出國組織控制油價，他們指出石油開採的實際價值只在每桶兩美元左右。石油輸出國組織則反駁說首先開採石油不僅僅是開採，而且此前的勘探、鑽井等等的價值也必須被包括進去。此外不能只用最低的開採價值作為標準。許多地方的開採價值高於上述的每桶兩美元。而且，由於石油輸出國組織透過控制開採量控制油價保持在一定的程度上使得一些油田得以開採。此外石油輸出國組織的能力往往被錯誤高估。1990年代由於油價低使得在石油工業的投資非常低。尤其是目前勘探新的油田的價格非常高。這導致了2000年代初油價飛漲時石油輸出國組織沒有任何擴大開採量的餘地來保持油價的穩定。油價與全球宏觀經濟狀態息息相關，因此油價是一個關鍵性價格。一些經濟學家稱高油價對全球經濟增長有負影響。雖然高油價一般認為是經濟增長導致的，但這說明兩者之間的關係是非常不穩定的。2008年1月2日，美國紐約商品交易所2月份交貨的原油期貨價格在歷史上首次突破每桶100美元的關口。2020年4月21日，受2020年石油價格戰影響，美國5月WTI原油期貨收盤暴跌306%，首次降為負值。重要性.目前石油是現代工業社會最重要的原料。絕大多數運輸工具使用石油及其衍生品驅動，此外石油還被用來發電，它也是化學工業重要的原材料。諸多國家有戰備儲油制度。影響.社會影響.在過去數十年中開採石油以及其副作用為一些發展中國家的經濟、社會和環境導致巨大的問題。在有些地區土著居民被驅逐，在分配石油帶來的財富上也可能有些地區造成巨大的衝突。外部的干涉和對沖突某一方的支援則導致更多的暴力。比如在阿爾及利亞，平均每週就有約500次暴力衝突。環境影響.開採石油是非常昂貴的，也可能對環境帶來破壞。海上探油和開採會打擾海洋環境。尤其以清理海底的挖掘工作破壞環境最大。油輪事故後洩漏的原油或提煉過的油在阿拉斯加、加拉帕戈斯群島、西班牙和許多其它地區脆弱的海岸生態系統造成嚴重的破壞。石油燃燒時向大氣層釋放二氧化碳，導致全球變暖。每能量單位石油釋放的二氧化碳低於煤，但高於天然氣。但作為交通用燃料，要減少焚油導致的二氧化碳的釋放尤其棘手。一般只有大的發電廠才能夠裝配吸收二氧化碳的裝置，單個車輛無法裝配這樣的裝置。雖然現在也有可再生能源作為選擇，但可再生能源能夠取代多少石油以及可再生能源本身可能導致的環境破壞還不肯定和有爭議。陽光、風、地熱和其它可再生能源無法取代石油作為高能量密度的運輸能源。要取代石油這些可再生能源必須轉換為電來驅動運輸工具，但是目前的技術還無法讓生質燃料夠環保。總而言之，要取代石油作為主要運輸能源是一件非常不容易的事情。延伸閲讀.