石油

石油（英語、拉丁語：petroleum，拉丁語詞源希臘語：petra（岩石）+拉丁語：oleum（油）），也称原油，是一種黏稠的、深褐色（有时有点绿色的）液体。地壳上层部分地区有石油储存。它由不同的碳氢化合物混合组成，其主要组成成分是烷烴，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。不过不同油田的石油成分和外貌可以有很大的區分。石油主要被用来作为燃油和汽油，燃料油和汽油组成目前世界上最重要的一次能源之一。石油也是许多化学工业产品如溶液、化肥、杀虫剂、润滑油的矿物油基础油和塑膠等的原料。2021年美国石油总消费量中所占的百分比为，67.2%用作运输，26.9%用作工业用途，2.8%用于住宅，2.5%用于商业，0.5%用于电力供应。由于石油是一种不可再生能源，许多人担心石油用尽会对人类带来严重的后果。石油因其價值高昂，又被称为黑金。 在中东地区波斯湾一带的沙烏地阿拉伯、伊拉克、伊朗、科威特、阿联酋、卡塔尔有丰富的储藏，而在俄罗斯、委内瑞拉、加拿大、利比亚、尼日利亚、美国、墨西哥、哈萨克、中國大陸等地也有很大量的储藏。委内瑞拉拥有世界最高的石油储量。 早在公元前10世纪之前，古埃及、古代美索不达米亚文明和古印度等人类文明发源地已经采集天然沥青，用于建筑、防腐、粘合、装饰、制药，古埃及人甚至能估算油苗中渗出石油的数量。楔形文字中也有关于在死海沿岸采集天然石油的记载。“它粘结起杰利科和巴比伦的高墙，诺亚方舟和摩西的筐篓可能按当时的习惯用沥青砌缝防水”。 公元前5世纪，在古波斯地区的阿契美尼德王朝（前553—前334年）的首都蘇薩（Susa）附近出现了人类用手工挖成的石油井。最早把石油用于战争也在中东。《石油、金钱、权力》一书中说，荷马的名著《伊里亚德》中叙述“特洛伊人不停地将火投上快船，那船顿时升起难以扑灭的火焰”。当波斯国王居鲁士二世准备夺取巴比伦时，有人提醒他巴比伦人有可能进行巷战。塞琉斯说可以用火攻。“我们有许多沥青和碎麻，可以很快把火引向四处，那些在房顶上的人要么迅速离开，要么被火吞噬。” 公元7世纪，君主制东罗马帝国人用原油和石灰混合製成著名的希臘火，点燃后用弓箭远射，或用手投掷，以攻击敌人的船只。阿塞拜疆的巴库地区有丰富的油苗和气苗。这里的居民很早就从油苗处采集原油作为燃料，同时也可用于医治骆驼的皮肤病。 欧洲从德国的巴伐利亚、意大利的西西里岛和波河河谷，到波兰的加利西亚、罗马尼亚，中世纪以来，人们就有关于石油从地面渗出的记载。并且把原油当作“万能药”。加利西亚、罗马尼亚等地的农民，早就挖井采油。 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《酉阳杂俎》称：“高奴县石脂水，水腻，浮上如漆，采以燃灯极明。”又《甘肃新通志》载：“石脂水，即石油河，出肃州南山”。唐《元和郡县志》记载：“玉门县石脂水在县东南一百八十里，泉有苔，如肥肉，燃极明。水上有黑脂，人以草墨取用，涂鸱夷西囊及膏东。”《乾隆新编肃州志》载：“嘉峪关西有石漆，今按赤金东南一百五十里有石油泉，土人取之燃灯”。中国人使用固定在竹竿一端的钻头钻井（“衝擊式頓鉆鑿井術”），其深度可达約一千米，現存此工法的油井見燊海井。他们焚烧石油来蒸发盐卤製食盐。10世纪时他们使用竹竿做的管道来连接油井和盐井。「石油」一詞首次在宋朝《夢溪筆談》中出現並沿用至今。 古代波斯的石板纪录似乎说明波斯上层社会使用石油作为药物和照明。 762年新建的巴格达的街道上铺有从当地附近的自然露天油矿获得的沥青。9世纪阿塞拜疆巴库地区的油田用来生产轻石油。10世纪地理学家阿布·哈桑·阿里·麦斯欧迪和13世纪马可·波罗曾描述过巴库的油田。他们说这些油田每日可以开采数百船石油。 现代石油历史始于1846年，当时生活在加拿大大西洋省区的亚布拉罕·季斯納发明了从煤中提取煤油的方法。1852年波兰人伊格納齊·武卡謝維奇发明了使用更易获得的石油提取煤油的方法。次年波兰南部克洛斯诺附近开辟了第一座现代的油矿。这些发明很快就在全世界普及开来了。1846年在巴库建立了第一座现代化开采的石油油井，1861年建立了世界上第一座炼油厂。当时巴库出产世界上90%的石油。后来的斯大林格勒战役就是为夺取巴库油田而展开的。 19世纪石油工业的发展缓慢，提炼的石油主要是用来作为油灯的燃料。20世纪初随着内燃机的发明情况骤变，如今石油已成为最重要的内燃机燃料。尤其1859年8月27日愛德溫·德瑞克在賓州德瑞克油井挖到石油，引發美国第一次石油繁榮，在德克萨斯州、俄克拉何马州和加利福尼亚州的油田发现导致“淘金热”一般的形势。 到1910年为止，在加拿大（尤其是在艾伯塔）、荷属东印度、伊朗、秘鲁、委内瑞拉和墨西哥发现了新的油田。这些油田全部被工业化开发。 直到1950年代中为止，煤依然是世界上最重要的燃料，但石油的消耗量增长迅速。1973年能源危机和1979年能源危机爆发后媒体开始注重对石油供应水平进行报道。这也使人们意识到石油是一种有限的原料，最后会耗尽，至少作为一种经济能源。不过至今为止所有预言石油即将用尽的猜测都未被证实（未被合理化），所以也有人对这个讨论表示不以为然。石油的未来至今还无定论。2004年一份《今日美国》的新闻报道说地下的石油还够用40年。有些人认为，由于石油的总量是有限的，因此1970年代预言的耗尽今天虽然没有发生，但是这也不过是早晚的问题。也有人认为随着技术的发展人类总是能够找到足够的便宜的碳氢化合物的来源的。地球上还有大量焦油砂、沥青和油母页岩等石油储藏，它们足以提供未来的石油来源。目前已经发现的加拿大的焦油砂和美国的油母页岩就含有相当于所有目前已知的油田的石油。 今天90%的运输能量是依靠石油获得的。石油运输方便、能量密度高，因此是最重要的运输驱动能源。此外它是许多工业化学产品的原料，因此它是目前世界上最重要的商品之一。在许多军事冲突（包括第二次世界大战和海湾战争）中占据石油来源是一个重要因素。 中东首次发现石油，是在1908年的伊朗，而今天约80%可以开采的石油储藏位于该地区，其中62.5%位于沙特阿拉伯（12.5%，1938年3月3日发现石油）、伊拉克、科威特、阿拉伯联合酋长国和卡塔尔。 美國於1977年至2015年期間實施原油出口禁令。 大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样，是古代有机物透过漫长的压缩和加热后逐渐形成的。按照这个理论石油是由史前生物和藻类的尸体变化形成的。（陆上的植物则一般形成煤。）经过漫长的地质年代这些有机物与淤泥混合，被埋在厚厚的沉积岩下。在地下的高温和高压下它们逐渐转化，首先形成蜡状的油页岩，后来退化成液态和气态的碳氢化合物。由于这些碳氢化合物比附近的岩石轻，它们向上渗透到附近的岩层中，直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身则中空的岩层中。这样聚集到一起的石油形成油田。透过钻井和泵取人们可以从富集的油田中获得石油。 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岩層中去，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：豐富的源岩，滲透透道和一個可以聚集石油的岩層構造。 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。 支持非生物成油理论的天文学家托马斯·戈尔德在俄罗斯石油地质学家尼古莱·库德里亚夫切夫的理论基础上发展的。这个理论认为在地壳内已经有许多碳，这些碳有些是自然地以碳氢化合物的形式存在。碳氢化合物比岩石空隙中的水轻，因此沿岩石缝隙向上渗透。石油中的生物标志物是由居住在岩石中的、喜热的微生物导致的，与石油本身无关。 在地质学家中这个理论只有少数人支持。一般它被用来解释一些油田中无法解释的石油流入，不过这种现象很少发生。非生物成油理论无法解释世界99%以上的石油都储存在沉积岩中，而那些非沉积岩中的石油也可被解释为从别处沉积岩中运移而来。同样，非生物成油理论无法解释石油中广泛分布的生物标志化合物，如甾烷，伽马蜡烷，植烷，藿烷，萜类以及同位素偏轻等现象。 开采石油的第一关是勘探油田。今天的石油地质学家通常使用重力仪、磁力仪等仪器来寻找新的石油储藏。 地表附近的石油可以使用露天开采的方式开采。不过今天除少数非常偏远地区的矿藏外这样的石油储藏已经几乎全部耗尽了。今天在加拿大艾伯塔的阿萨巴斯卡油砂还有这样的露天石油矿。在石油开采初期，少数地方也曾有过打矿井进行地下开采的石油矿场。 埋藏比较深的油田需要使用钻井才能开采。海底下的油矿需要使用石油平台来钻和开采。 为了将钻头钻下来的碎屑以及润滑和冷却液运输出钻孔，钻柱和钻头是中空的。在钻井时使用的钻柱越来越长，钻柱可以使用螺旋连接在一起。钻柱的端头是钻头。大多数今天使用的钻头由三个相互之间成直角的、带齿的钻盘组成。在钻坚硬岩石时，钻头上也可以配有金刚石。不过有些钻头也有其它的形状。 一般钻头和钻柱由地上的驱动机构来旋转，钻头的直径比钻柱要大，这样钻柱周围形成一个空洞，在钻头的后面使用钢管来防止钻孔的壁塌落。 钻井液由中空的钻柱被高压送到钻头。钻井泥浆则被这个高压通过钻孔送回地面。钻井液必须具有高密度和高粘度。有些钻头使用钻井液来驱动钻头，其优点是只有钻头，而不必整个钻柱被旋转。为了操作非常长的钻柱在钻孔的上方一般建立一个钻井架。在必要的情况下，今天工程师也可以使用定向钻井的技术绕弯钻井。这样可以绕过被居住的、地质上复杂的、受保护的或者被军事使用的地面来从侧面开采一个油田。 地壳深处的石油受到上面底层以及可能伴随出现的天然气的压挤，它又比周围的水和岩石轻，因此在钻头触及含油层时它往往会被压力挤压喷射出来。为了防止这个喷射，现代的钻机在钻柱的上端都有一个特殊的装置来防止喷井。一般来说刚刚开采的油田的油压足够高，可以自己喷射到地面。随着石油被开采，其油压不断降低，后来就需要使用一个从地面通过钻柱驱动的泵来抽油。 通过向油井内压水或天然气可以提高可开采的油量。通过压入酸来溶解部分岩石（比如碳酸盐）可以提高含油层岩石的渗透性。随着开采时间的延长抽上来的液体中水的成分越来越大，后来水的成分大于油的成分，今天有些矿井中水的成分占90%以上。通过上述手段、按照当地的情况不同今天一个油田中20%至50%的含油可以被开采。剩下的油今天无法从含油的岩石中分解出来。通过以下手段可以进一步提高能够被开采的石油的量： 这些手段可以结合使用。虽然如此依然有相当大量的油无法被开采，一旦成本太高這個油田就被視為開採完畢了。 水下的油田的开采最困难。要开采水下的油田要使用浮动的石油平台。在这里定向钻井的技术使用得最多，使用这个技术可以扩大平台的开采面积。 长距离运输石油的方法在海上是油轮，在陆地上则是使用输油管。短程也有使用汽车、火车和内河油船的。 构成石油的化学物质，用分馏能互相分离。原油作为加工的产品，有煤油、苯、汽油、石蜡、沥青等。严格地说，石油以氢与碳构成的脂肪烃为主要成分。 分子量最小的4种烃，全都是煤气。 在炼油厂內，石油中的不同成分會被分离出來。利用沸點差異，分離出原油中不同化合物。从原油中可以提炼出汽油、柴油、煤油、取暖用油、润滑油等等产品（參見下表）。 化学工业中的石油产品的原材料可以回溯到约300个基本化合物。今天90%这些化合物是从石油和天然气中获得的。其中包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等等。今天约5-20%的石油用作化学工业的原材料。几乎所有的化工产品在其生产过程中需要从石油获得的基本化合物：染料、漆、药物、清洁剂等。 作为世界上最重要的原材料之一石油本身是投机生意的目标。由于许多企业依靠石油，因此它的价格对股票价格影响很大。 各个不同的来源对世界上的石油储藏量的估计各不相同。2004年艾克森美孚估计世界的总储藏量为1.26兆（万亿）桶（1,717亿吨），同年英国石油公司的估计为1.15兆桶（1,566亿吨），《科學》甚至估计世界总储藏量为3兆桶。今天已经确定的和使用目前的技术能够经济地开采的储藏量近年来甚至有所上涨，2004年的数据是目前最高的。由于每年的开采和勘探工作的不足，中东、东亚和南美洲的储藏量有所下降，同时非洲和欧洲的储藏量有所上升。2008年，英國石油公司曾發表過調查報告，根據世界各國的石油儲藏量與石油消耗資料，推斷全球石油今天的世界储藏量还够用41.6年。但由于过去就已经有过类似的预言，而且石油從未告罄，这个数据也被人戏称为“石油常数”。2003年最大的石油储藏位于沙特阿拉伯（2,627亿桶）、伊朗（1,307亿桶）和伊拉克（1,150亿桶），其后为阿联酋、科威特和委内瑞拉。 批评者怀疑这些数据，他们指出出于政治原因许多国家篡改它们的数据，此外许多国家虽然每年开采大量原油，但其数据始终不变，这说明这些数据已经陈旧了。有些专家认为21世纪初人类将到达哈伯特顶点，这时开采量将达到顶峰，此后开采量无法继续提高，由于供给无法满足需求，油价将高涨。 因此许多国家备有短期的储藏来防止短期供不应求导致的危机。欧洲联盟的国家必须拥有足够90天的备用储藏。 至今为止人类一共开采了约0.95兆桶石油。大多数储藏是在1960年代发现的。2005年的年开采量为304亿桶（相当于每日8330万桶）。 根据世界概况，2010年全球石油平均日消耗量为约8,700万桶。每年石油消耗量增长率为2%。 以下排表按照2015年石油消耗量排列： 工业国家的人平均石油消耗量比发展中国家的人平均石油消耗量要高得多。2003年美国每年人平均石油消耗量为26桶，德国为11