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石油
石油
石油(petroleum, oil),指气态、液态和固态的烃类混合物,是一种粘稠的、深褐色液体,具有天然的产状,被称为“工业的血液”。
石油的成油机理有生物沉积变油和石化油两种学说,前者较广为接受,认为石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成,属于生物沉积变油,不可再生;后者认为石油是由地壳内本身的碳生成,与生物无关,可再生。石油主要被用来作为燃油和汽油,也是许多化学工业产品,如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。
古埃及、古巴比伦人在很早以前已开采利用石油。“石油”这个中文名称是由北宋大科学家沈括第一次命名的。
目录
- 1 基本信息
2 性质
3 单位
4 颜色
5 成分
6 炼制特点
7 分布
8 生成原因
9 应用
10 石油钻探
11 石油开采
12 石油炼制
13 石油产品
14 行业发展
15 行业事件
基本信息
中文名:石油
主要成分:烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物
单位:1桶=158.99升
外文名:petroleum, oil
颜色:甚红、金黄、墨绿、黑褐红、至透明
制成品:燃油、汽油、化学产品
性质
石油
石油的性质因产地而异,密度为0.8 -1.0g/cm3,粘度范围很宽,凝固点差别很大(30 ~ -60摄氏度),沸点范围为常温到500摄氏度以上,可溶于多种有机溶剂,不溶于水,但可与水形成乳状液。不过不同的油田的石油的成分和外貌可以区分很大。石油主要被用作燃油和汽油,燃料油和汽油在2012年组成世界上最重要的二次能源之一。石油也是许多化学工业产品如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。2012年开采的石油88%被用作燃料,其它的12%作为化工业的原料。实际上,石油是一种不可再生原料。世界海洋面积3.6亿平方 千米,约为陆地的2.4倍。大陆架和大陆坡约5500万平方千米,相当于陆上沉积盆地面积的总和。地球上已探明石油资源的1/4和最终可采储量的45%, 埋藏在海底。世界石油探明储量的蕴藏重心,将逐步由陆地转向海洋。
单位
1吨约等于7桶,如果油质较轻(稀)则1吨约等于7.2 桶或7.3桶。美欧等国的加油站,通常用加仑做单位,中国的加油站则用升计价。
1桶=42加仑
1加仑=3.78543升
美制1加仑=3.785升
英制1加仑= 4.546升
所以,1桶=158.99升
颜色
石油
原油的颜色非常丰富,有甚红、金黄、墨绿、黑、褐红、至透明;原油的颜色是它本身所含胶质、沥青质的含量决定的,含的越高颜色越深。中国重庆黄瓜山和华北大港油田有的井产无色石油,克拉玛依石油呈褐至黑色,大庆、胜利、玉门石油均为黑色。无色石油在美国加利福尼亚、原苏联巴库、罗马尼亚和印尼的苏门答腊均有产出。无色石油的形成,可能同运移过程中,带色的胶质和沥青质被岩石吸附有关。但是不同程度的深色石油占绝对多数,几乎遍布于世界各大含油气盆地。成分
石油的成分主要有:油质(这是其主要成分)、胶质(一种粘性的半固体物质)、沥青质(暗褐色或黑色脆性固体物质)、碳质。石油是由碳氢化合物为主混合而成的,具有特殊气味的、有色的可燃性油质液体。严格地说,石油以氢与碳构成的烃类为主要成分。构成石油的化学物质用蒸馏能分解。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烃类为主要成分。分子量最小的4种烃,全都是煤气。
元素组成
石油主要是碳氢化合物。它由不同的碳氢化合物混合组成,组成石油的化学元素主要是碳(83% ~ 87%)、氢(11% ~ 14%),其余为硫(0.06% ~ 0.8%)、氮(0.02% ~ 1.7%)、氧(0.08% ~ 1.82%)及微量金属元素(镍、钒、铁、锑等)。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分,约占95% ~ 99%,各种烃类按其结构分为:烷烃、环烷烃、芳香烃。 一般天然石油不含烯烃而二次加工产物中常含有数量不等的烯烃和炔烃。含硫、氧、氮的化合物对石油产品有害,在石油加工中应尽量除去。
炼制特点
1)炼油生产是装置流程生产,石油沿着工艺顺序流经各装置,在不同的温度、压力、流量、时间条件下分解为不同馏分,完成产品生产的各个阶段。一套装置可同时生产几种不同的产品,而同一产品又可以由不同的装置来生产,产品品种多。因此,为了充分利用资源,在管理上需采用先进的组织管理方法,恰当安排不同装置的生产。
(2) 炼油装置一般是联动装置,加工对象为液体或气体,需要在密闭的管道中输送,生产过程连续性强,工序间连接紧密。在管理上需按照要求保持平稳连续作业,均衡生产。
(3) 炼油生产有高温、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀等特点,安全上要求特别严格。在管理上,要防止油气泄漏,保持良好通风,严格控制火源,保证安全生产。
石油炼制
(4) 炼油生产过程基本上密闭的,直观性差,且不同原料的加工要求和工艺条件也不同。在管理上需要正确确定产品加工方案,优选工艺条件和工艺过程。(5) 炼油生产过程通过高温加热使石油分离,经冷却后调合为不同油品或进一步加工为其它产品。在管理上必须保持整个生产过程的物料平衡,按工艺规定比例配料生产,同时还要组织好企业的热平衡,以不断降低能耗。
(6) 炼油产品深加工的可能性大,效益高,且原料代用范围广。在管理上,应采取现代管理方法,加强综合规划与科学管理,不断提高炼油生产的综合经济效益。
(7) 不同的炼油厂生产的产品品种可能有所不同,但它们的生产过程特点是相同或相近的,它们的经济关系流是相同的。因此,可以采用统一的方法和模式来分析炼油厂的生产经营总体状况,制定企业的综合发展规划,指导企业生产。
分布
世界分区域石油探明储量图
原油的分布从总体上来看极端不平衡:从东西半球来看,约3/4的石油资源集中于东半球,西半球占1/4;从南北半球看,石油资源主要集中于北半球;从纬度分布看,主要集中在北纬20°-40°和50°-70°两个纬度带内。波斯湾及墨西哥湾两大油区和北非油田均处于北纬20°-40°内,该带集中了51.3%的世界石油储量;50°-70°纬度带内有著名的北海油田、俄罗斯伏尔加及西伯利亚油田和阿拉斯加湾油区。约80%可以开采的石油储藏位于中东,其中62.5%位于沙特阿拉伯(12.5%)、阿拉伯联合酋长国、伊拉克、卡塔尔和科威特。非洲
非洲被誉为“第二个海湾地区”。2006年,非洲探明的原油总储量为156.2亿吨,主要分布于西非几内亚湾地区和北非地区。专家预测,到2010年,非洲国家石油产量在世界石油总产量中的比例有望上升到20%。
利比亚、尼日利亚、阿尔及利亚、安哥拉和苏丹排名非洲原油储量前五位。尼日利亚是非洲地区第一大产油国。尼日利亚、利比亚、阿尔及利亚、安哥拉和埃及等5个国家的石油产量占非洲总产量的85%。
北美洲
北美洲原油储量最丰富的国家是加拿大、美国和墨西哥。加拿大原油探明储量为245.5亿吨,居世界第二位。美国原油探明储量为29.8亿吨,主要分布在墨西哥湾沿岸和加利福尼亚湾沿岸,以得克萨斯州和俄克拉何马州最为著名,阿拉斯加州也是重要的石油产区。美国是世界第二大产油国,但因消耗量过大,每年仍需进口大量石油。墨西哥原油探明储量为16.9亿吨,是西半球第三大传统原油战略储备国,也是世界第六大产油国。
中南美洲
中南美洲是世界重要的石油生产和出口地区之一,也是世界原油储量和石油产量增长较快的地区之一,委内瑞拉、巴西和厄瓜多尔是该地区原油储量最丰富的国家。2006年,委内瑞拉原油探明储量为109.6亿吨,居世界第七位。2006年,巴西原油探明储量为16.1亿吨,仅次于委内瑞拉。巴西东南部海域坎坡斯和桑托斯盆地的原油资源,是巴西原油储量最主要的构成部分。厄瓜多尔位于南美洲大陆西北部,是中南美洲第三大产油国,境内石油资源丰富,主要集中在东部亚马孙盆地,另外,在瓜亚斯省西部半岛地区和瓜亚基尔湾也有少量油田分布。
亚太地区
亚太地区原油探明储量约为70亿吨,也是世界石油产量增长较快的地区之一。中国、印度、印度尼西亚和马来西亚是该地区原油探明储量最丰富的国家,分别为45亿吨、12亿吨、9亿吨和6亿吨。中国和印度虽原油储量丰富,但是每年仍需大量进口。
越南的海上石油钻井平台和岸上的油库
由于地理位置优越和经济的飞速发展,东南亚国家已经成为世界新兴的石油生产国。印尼和马来西亚是该地区最重要的产油国,越南也于2006年取代文莱成为东南亚第三大石油生产国和出口国。印尼的苏门答腊岛、加里曼丹岛,马来西亚近海的马来盆地、沙捞越盆地和沙巴盆地是主要的原油分布区。中东
中东海湾地区地处欧、亚、非三洲的枢纽位置,原油资源非常丰富,被誉为“世界油库”。据美国《油气杂志》2006年最新的数据显示,世界原油探明储量为1804.9亿吨。其中,中东地区的原油探明储量为1012.7亿吨,约占世界总储量的2/3。在世界原油储量排名的前十位中,中东国家占了五位,依次是沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克、科威特和阿联酋。其中,沙特阿拉伯已探明的储量为355.9亿吨,居世界首位。伊拉克已探明的石油储量从先前的115.0亿吨升至143.1亿吨,跃居全球第五。伊朗已探明的原油储量为186.7亿吨,居世界第四位。
欧亚大陆
欧洲及欧亚大陆原油探明储量为157.1亿吨,约占世界总储量的8%。其中,俄罗斯原油探明储量为82.2亿吨,居世界第八位,但俄罗斯是世界第一大产油国,2006年的石油产量为4.7亿吨。中亚的哈萨克斯坦也是该地区原油储量较为丰富的国家,已探明的储量为41.1亿吨。挪威、英国、丹麦是西欧已探明原油储量最丰富的三个国家,分别为10.7亿吨、5.3亿吨和1.7亿吨,其中挪威是世界第十大产油国。
国内分布
中国石油资源集中分布在渤海湾、松辽、塔里木、鄂尔多斯、准噶尔、珠江口、柴达木和东海陆架八大盆地,其可采资源量172亿吨,占全国的81.13%;天然气资源集中分布在塔里木、四川、鄂尔多斯、东海陆架、柴达木、松辽、莺歌海、琼东南和渤海湾九大盆地,其可采资源量18.4万亿立方米,占全国的83.64%。
从资源深度分布看,中国石油可采资源有80%集中分布在浅层(<2000米)和中深层(2000米~35 00米),而深层(3500米~4500米)和超深层(<4500米)分布较少;天然气资源在浅层、中深层、深层和超深层分布却相对比较均匀。
从地理环境分布看,中国石油可采资源有76%分布在平原、浅海、戈壁和沙漠,天然气可采资源有74%分布在浅海、沙漠、山地、平原和戈壁。
从资源品位看,中国石油可采资源中优质资源占63%,低渗透资源占28%,重油占9%;天然气可采资源中优质资源占76%,低渗透资源占24%。
截至2004年底,中国石油探明可采储量67.91亿吨,待探明可采资源量近144亿吨,石油可采资源探明程度32.03%,处在勘探中期阶段,近中期储量发现处在稳步增长阶段;天然气探明可采储量2.76万亿立方米,待探明可采资源量19.24万亿立方米,天然气可采资源探明程度仅为12.55%,处在勘探早期阶段,近中期储量发现有望快速增长。
自上世纪50年代初期以来,中国先后在82个主要的大中型沉积盆地开展了油气勘探,发现油田500多个。以下是中国主要的陆上石油产地。
东北地区
大庆油田:
位于黑龙江省西部,松嫩平原中部,地处哈尔滨、齐齐哈尔市这间。油田南北长140公里,东西最宽处70公里,总面积5470平方公里。1960年3月党中央批准开展石油会战,1963年形成了600万吨的生产能力,当年生产原油439万吨,对实现中国石油自给自足起到了决定性作用。1976年原油产量突破5000万吨成为中国第一大油田。因为大庆油田采用新工艺、新技术使原油产量仍然保持在4000万吨以上。
胜利油田:
地处山东北部渤海之滨的黄河三角洲地带,主要分布在东营、滨洲、德洲、济南、潍坊、淄博、聊城、烟台等8个城市的28个县(区)境内,主要开采范围约4.4平方公里,是中国第二大油田。
辽河油田:
主要分布在辽河中上游平原以及内蒙古东部和辽东湾滩海地区。已开发建设26个油田,建成兴隆台、曙光、欢喜岭、锦州、高升、沈阳、茨榆坨、冷家、科尔沁等9个主要生产基地,地跨辽宁省和内蒙古自治区的13市(地)32县(旗),总面积10万平方公里,产量居全国第三位。
吉林油田:
中国石油吉林油田公司是隶属于中国石油(PetroChina)的大型地区公司。是一个有着50年奋斗历史的国有大型企业。同时又是一个在新世纪里展现出新的希望、处于快速发展上升期的年轻油田。是中国石油四大上产油田之一。
华北地区
华北油田:
位于河北省中部冀中平原的任丘市,包括京、冀、晋、蒙区域内油气生产区。1975年,冀中平原上的一口探井任4喷出日产千吨高产工业油流,发现了中国最大的碳酸盐岩任丘油田。1978年原油产量达到1723万吨,为当年全国原油产量突破1亿吨做出了重要贡献。直到1986年,保持年产量原油1千万吨达10年之久。2012年原油产量约400多万吨。
大港油田:
位于天津市大港区,其勘探地域辽阔,包括大港探区及新疆尤尔都斯盆地,总勘探面积34629平方公里,其中大港探区18628平方公里。现已在大港探区建成投产15个油气田24个开发区,形成年产原油430万吨和天然气3.8亿立方米生产能力。还发现了千米桥等上亿吨含油气构造,为老油田的增储上产开辟了新的油气区。
中原油田:
中原油田:地处河南省濮阳地区,于1975年发现,经过20年的勘探开发建设,已累计探明石油地质储量4.55亿吨,探明天然气地质储量395.7亿立方米,累计生产原油7723万吨、天然气133.8亿立方米。现已是中国东部地区重要的石油天然气生产基地之一。
河南油田:
地处豫西南的南阳盆地,矿区横跨南阳、驻马店、平顶山、禹州三地市,分布在新野、唐河、禹州等8县境内。已累计找到14个油田,探明石油地质储量1.7亿吨及含油面积117.9平方公里。
江苏油田:
油区主要分布在江苏的扬州、盐城、淮阴、镇江4个地区8个县市,已投入开发的油气田22个。2012年勘探的主要对象在苏北盆地东台坳陷。
西北地区
油田一角
克拉玛依油田:地处新疆克拉玛依市。40年来在准噶尔盆地和塔里木盆地找到了19个油气田,以克拉玛依为主,开发了15个油气田,建成了792万吨原油配套生产能力(稀油603.1万吨,稠油188.9万吨),从1990年起,陆上原油产量居全国第四位。
塔里木油田:
位于新疆南部的塔里木盆地。东西长1400公里,南北最宽外520公里,总面积56万平方公里,是中国最大和内陆盆地。中部是号称“死亡之海”的塔克拉玛干大沙漠。1988年轮南2井喷出高产油气流后,经过7年的勘探,已探明9个大中型油气田、26个含油气构造,累计探明油气地质储量3.78亿吨,具备年产500万吨原油;100万吨凝折、25亿立方米天然气的资源保证。
吐哈油田:
位于新疆吐鲁番、哈密盆地境内,负责吐鲁番、哈密盆地的石油勘探。盆地东西长600公、南北宽130公里,面积约5。3万平方公里。于1991年2月全面展开吐哈石油勘探开发会战。截止1995年底,共发现鄯善、温吉桑等14个油气油田和6个含油气构造探明含油气面积178.1平方公里,累计探明石油地质储量2.08亿吨、天然气储量731亿立方米。
玉门油田:
位于甘肃玉门市境内,总面积114.37平方公里。油田于1939年投入开发,1959生产原油曾达到140.29万吨,占当年全国原油产量的50.9。创造了70年代60万吨稳产10年和80年代50万吨稳产10的优异成绩。誉为中国石油工业的摇篮。
长庆油田:
长庆油田:勘探区域主要在陕甘宁盆地,勘探总面积约37万平方公里。油气勘探开发建设始于1970年,先后找到了油气田22个,其中油田19个,累计探明油气地质储量54188.8万吨(含天然气探明储量2330.08亿立方米),目前已成为中国主要的天然气产区,并成为北京天然气的主要输送基地。长庆油田已成为中国重要能源基地和油气上产主战场。2009年长庆油田油气当量将达到3000万吨。2015年长庆油田油气当量将达到5000万吨。
青海油田:
位于青海省西北部柴达木盆地。盆地面积约25万平方公里,沉积面积12万平方公里,具有油气远景的中新生界沉积面积约9.6万平方公里。已探明油田16个,气田6个。
西南地区
四川油田:
地处四川盆地,已有60年的历史,发现油田12个。 在盆地内建成南部、西南部、西北部、东部4个气区。生产天然气产量占全国总量近一半,是中国第一大气田。
中南地区
江汉油田:
是中国中南地区重要的综合型石油基地。油田主要分布在湖北省境内的潜江、荆沙等7个市县和山东寿光市、广饶县以及湖南省境内衡阳市。先后发现24个油气田,探明含油面积139.6平方公里、含气面积71.04平方公里,累计生产原油2118.73万吨、天然气9.54亿立方米。
生成原因
生物成油理论(罗蒙诺索夫假说)
石油
研究表明,石油的生成至少需要200万年的时间,在现今已发现的油藏中,时间最老的达5亿年之久。但一些石油是在侏罗纪生成。在地球不断演化的漫长历史过程中,有一些“特殊”时期,如古生代和中生代,大量的植物和动物死亡后,构成其身体的有机物质不断分解,与泥沙或碳酸质沉淀物等物质混合组成沉积层。由于沉积物不断地堆积加厚,导致温度和压力上升,随着这种过程的不断进行,沉积层变为沉积岩,进而形成沉积盆地,这就为石油的生成提供了基本的地质环境。大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样,是古代有机物通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的海洋动物和藻类尸体变化形成的(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,首先形成腊状的油页岩,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、本身则多空的岩层中。这样聚集到一起的石油形成油田。通过钻井和泵取人们可以从油田中获得石油。地质学家将石油形成的温度范围称为“油窗”。温度太低石油无法形成,温度太高则会形成天然气。实际上,这个假说并不成立,原因是即使把地球所有的生物都转化为石油的话,成油量与地球上探明的储量相差过大。
非生物成油理论
非生物成油的理论天文学家托马斯·戈尔德在俄罗斯石油地质学家尼古莱·库德里亚夫切夫(Nikolai Kudryavtsev)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,有些碳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。
应用
早在公元前10世纪之前,古埃及、古巴比伦和印度等文明古国已经采集天然沥青,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。“它粘结起杰里科和巴比伦的高墙,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5世纪,在波斯帝国的首都苏萨(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《伊里亚特》中叙述了“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”。当波斯国王塞琉斯准备夺取巴比伦时,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,拜占庭人用原油和石灰混合,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,也用于医治骆驼的皮肤病。1837年,这里有52个人工挖的采油坑,1827年增加到82个,不过产量很小。
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。最早从原油中提炼出煤油用作照明的不是美国人,而是欧洲人。19世纪40-50年代,利沃夫的一位药剂师在一位铁匠帮助下,做出了煤油灯。1854年,灯用煤油已经成为维也纳市场上的商品。1859年,欧洲开采了36000桶原油,主要产自加利西亚和罗马尼亚。
中国宋朝的的沈括在书中读到过“高奴县有洧水,可燃”这句话,觉得很奇怪,“水”怎么可能燃烧呢?他决定进行实地考察。考察中,沈括发现了一种褐色液体,当地人叫它“石漆”、“石脂”,用它烧火做饭,点灯和取暖。沈括弄清楚这种液体的性质和用途,给它取了一个新名字,叫石油。并动员老百姓推广使用,从而减少砍伐树木。沈括在其著作《梦溪笔谈》中写道:“鄜、延境内有石油……颇似淳漆,燃之如麻,但烟甚浓,所沾幄幕甚黑……此物后必大行于世,自余始为之。盖石油至多,生于地中无穷,不若松木有时而竭。”沈括发现了石油,并且预言“此物后必大行于世”,是非常难得的。
中国古代油井
中国也是世界上最早发现和利用石油的国家之一。东汉的班固(公元32-92年)所著《汉书》中记载了“高奴有洧水可燃”。高奴在陕西延长附近,洧水是延河的支流。“水上有肥,可接取用之”(见北魏郦道元的《水经注》)。这里的“肥”就是指的石油。到公元863年前后,唐朝段成武的《酉阳杂俎》记载了“高奴县石脂水,水腻浮水上,如漆,采以燃灯,极明”。西晋《博物志》(成书于267年)《水经注》都记载了“甘肃酒泉延寿县南山出泉水,水有肥,如肉汁,取著器中,始黄后黑,如凝膏,燃极明,与膏无异,膏与水碓缸甚佳,彼方人谓之石漆”。宋朝的沈括在《梦溪笔谈》中,首次把这种天然矿物称为“石油”,指出“石油至多,生于地中无穷”。他试着用原油燃烧生成的煤烟制墨,“黑光如漆,松墨不及也”。沈括并且预言:“此物后必大行于世”。他已经预见石油将来大有用途。
到了元朝,《元一统志》记述“延长县南迎河有凿开石油一井,拾斤,其油可燃,兼治六畜疥癣,岁纳壹佰壹拾斤。又延川县西北八十里永平村有一井,岁纳四百斤,入路之延丰库”。还说,“石油,在宜君县西二十里姚曲村石井中,汲水澄而取之,气虽臭而味可疗驼马羊牛疥癣。”说明约800年前,陕北已经正式手工挖井采油,其用途已扩大到治疗牲畜皮肤病,而且由官方收购入库。
现代应用
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·季斯纳发明了从煤中提取煤油的方法。1852年波兰人依格纳茨·卢卡西维茨(Lgnacy·Ukasiewicz)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。1861年在巴库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,迄今为止石油是最重要的内燃机燃料。尤其在美国在德克萨斯州、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。1910年在加拿大(尤其是在艾伯塔)、荷属东印度、波斯、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提供程度进行报道。这也使人们意识到石油是一种有限的原料,最后会耗尽。不过迄今为止所有预言石油即将用尽的试图都没有实现,所以也有人对这个讨论表示不以为然。石油的未来迄今还无定论。有些人认为,由于石油的总量是有限的,因此1970年代预言的耗尽虽然没有发生,但是这不过是被迟缓而已。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。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已知的油田的石油。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,占据石油资源是一个重要因素。
石油钻探
海域石油钻探
在石油勘探和油田开发的各项任务中,钻井起着十分重要的作用,诸如寻找和证实含油气构造、获得工业油流、探明已证实的含油(气)构造的含油气面积和储量,取得有关油田的地质资料和开发数据,最后将石油从地下取到地面上来等等,无一不是通过钻井来完成的。钻井是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节,是勘探和开发石油的重要手段。钻进是以一定压力作用在钻头上,并带动钻头旋转使之破碎地层岩石,井底岩石被破碎后所产生的岩屑通过循环钻井液被携带到地面上来。
一般情况下,一口井的钻进过程中应有几次开钻,井深和地层情况不同,则开钻次数也不同。
第一次开钻(一开):从地面钻出较大井眼,到一定设计深度后下表层套管。
第二次开钻(二开):从表层套管内用较小一些的钻头继续钻进,若地层不复杂,则可直接钻到目的层后下油层套管完井。如果地层复杂,很难用钻井液控制时,则要下入技术套管。
第三次开钻(三开):从技术套管内再用小一点的钻头往下钻进。根据情况,可一直钻达预定井深或者再下第二次、第三层技术套管。在进行第四次、第五次开钻,直到最后钻到目的层深度,下油层套管,进行固井、完井作业。
固井是在已经钻成的井眼内下入套管,然后在套管与井壁之间的环形空间内注入水泥浆(在套管的下段部分或者全部环空)将套管和地层固结在一起的工艺过程,它可以防止复杂情况以保证安全继续钻进下一段井眼(对表层、技术套管)或保证顺利开采生产层中的油气(对油层套管)套管柱的上部在地面用套管头予以固定。
井身结构设计是整个钻井设计的基础,也是保证一口井能顺利钻进的前提,合理的井身结构可以保证一口井能顺利钻达预定的井深,能够保证钻进过程的安全,能防止钻进中的产层污染,并能花费最少的费用。
固井是油、气井建井过程中的一个重要环节。固井工程包括包括下套管和注水泥两个生产过程。下套管就是在已经钻成的井眼中按规定深度下入一定直径、由某种或几种不同钢级及壁厚的套管组成的套管柱。注水泥就是在地面上将水泥浆通过套管柱注入到井眼与套管柱之间的的环形空间中的过程。水泥浆套管柱与井壁岩石牢固地固结在一起,可以将油气水层及复杂层位封固起来以利于进一步地钻进或开采。
石油开采
很早以前,人们用最简单的提捞方式开采石油,就像用吊桶在水井中提水一样,用绞车把石油从油井中提取上来。但这种方法只适用于油层非常浅、压力很小、产量很低的油井。如 1907 年中国延长油矿的延 1 井,井深 81 米,日产油 1~1.5 吨。1911 年打的延 2 井 ,井深 157 米,日产油 100 千克。当时都是用转盘绞车把石油从油井中提捞上来的。
石油勘探现场
随着石油工业的发展,越来越多产量高、油层埋藏很深的油田被发现,原来那套人工提捞的方法无法在这些油井上使用,所以逐渐被淘汰,自喷采油和各种人工举升采油的方法应运而生。
一口油井用钻井的方法钻孔、下入钢管连通到油层后,石油就会像喷泉那样,沿着油井的钢管自动向地面喷射出来。油层内的压力越大,喷出来的油就越快越多。这种靠油层自身的能量将石油举升到地面的能力,称为自喷,用这种办法采油,称为自喷采油,常发生在油井开发的初期。
随着油田的不断开发,地层能量逐渐消耗,油井最终会停止自喷。由于地层的地质特点 ,有的油井一开始就不能自喷。对于上述不能自喷的油井,必须用人工举升的方法给油流补充能量,将井底的石油采出来。利用人工举升将石油从井底举升到地面的方法可分为气举法和抽油法两大类。
气举法:气举法是指地层尚有一定能量,能够把油气驱动到井底,但地层供给的能量不足以把石油从井底举升到地面上时,需要人为地把气体注入井底,将石油举升出地面的人工举升采油方式。它的举升原理和自喷井相似,是通过向油套环空注入高压气体,并通过油管上的多组气举阀在不同压力、不同井段时让一部分气体迸入油管,用以降低井筒中液体的密度,在井底流动压力的作用下,将液体排出井口。同时,注入的高压气体在井筒上升的过程中,体积逐渐增大,气体的膨胀功对液体也产生携带作用。气举适用于油井供液能力较强、地层渗透率高的油井。海上采油、深井、斜井、含砂井、含气井和含有腐蚀性成分而不宜用其他人工举升采油方式开采的油井,都可采用气举采油。气举采油的优点是井口、井下设备比较简单、管理调节比较方便;缺点是地面设备系统复杂、投资大,而且气体能量的利用率较低。
抽油法:抽油法主要是深井泵采油,可分为有杆泵采油和无杆泵采油两大类。
①有杆泵采油:
有杆泵采油是指抽油机通过下入井中的抽油杆,带动井下抽油泵的活塞做上下往复运动,把油抽汲到地面的人工举升采油方法。这种方法用量最多,大约占世界人工举升采油总井数的80%~90%。
②无杆泵采油:
无杆泵采油是指不用抽油杆传递动力,而是用电动机、高压液体等驱动井下泵,即用特殊的抽油泵如电动潜油离心泵、螺杆泵、射流泵、水力活塞泵开采石油。分别叫电动潜油泵采油、螺杆泵采油、射流泵采油、水力活塞泵采油。
电动机下到几百米甚至上千米的油井里,从井口下一根特殊电缆接在潜油电动机上。当电缆供电后,潜油电动机旋转带动潜油离心泵的多级叶轮转动。每一级叶轮都给井底石油增加一定的能量,就如同抽水机给水增加压力一样。当石油经过多级叶轮转动后,压力会升得很高,于是油就从井底举到井口。潜油电动机直接带动潜油离心泵,省去了不必要的动力消耗。因此,它的功率比抽油机高得多,能节约用电。它可用于很深的高产井,也便于实现油田生产自动化。油方法如除了电潜泵之外还有螺杆泵采油、射流泵采油、水力活塞泵采油等人工举升采油方法。
开采特点
与一般的固体矿藏相比,有三个显著特点:①开采的对象在整个开采的过程中不断地流动,油藏情况不断地变化,一切措施必须针对这种情况来进行,因此,油气田开采的整个过程是一个不断了解、不断改进的过程;②开采者在一般情况下不与矿体直接接触。油气的开采,对油气藏中情况的了解以及对油气藏施加影响进行各种措施,都要通过专门的测井来进行;③油气藏的某些特点必须在生产过程中,甚至必须在井数较多后才能认识到,因此,在一段时间内勘探和开采阶段常常互相交织在一起(见油气田开发规划和设计)。
要开发好油气藏,必须对它进行全面了解,要钻一定数量的探边井,配合地球物理勘探资料来确定油气藏的各种边界(油水边界、油气边界、分割断层、尖灭线等);要钻一定数量的评价井来了解油气层的性质(一般都要取岩心),包括油气层厚度变化,储层物理性质,油藏流体及其性质,油藏的温度、压力的分布等特点,进行综合研究,以得出对于油气藏的比较全面的认识。在油气藏研究中不能只研究油气藏本身,而要同时研究与之相邻的含水层及二者的连通关系(见油藏物理)。
在开采过程中还需要通过生产井、注入井和观察井对油气藏进行开采、观察和控制。油、气的流动有三个互相联接的过程:①油、气从油层中流入井底;②从井底上升到井口;③从井口流入集油站,经过分离脱水处理后,流入输油气总站,转输出矿区(见油藏工程)。
开采技术
测井工程在井筒中应用地球物理方法,把钻过的岩层和油气藏中的原始状况和发生变化的信息,特别是油、气、水在油藏中分布情况及其变化的信息,通过电缆传到地面,据以综合判断,确定应采取的技术措施(见工程测井,生产测井,饱和度测井)。
钻井工程在油气田开发中,有着十分重要的地位,在建设一个油气田中,钻井工程往往要占总投资的50%以上。一个油气田的开发,往往要打几百口甚至几千口或更多的井。对用于开采、观察和控制等不同目的的井(如生产井、注入井、观察井以及专为检查水洗油效果的检查井等)有不同的技术要求。应保证钻出的井对油气层的污染最少,固井质量高,能经受开采几十年中的各种井下作业的影响。改进钻井技术和管理,提高钻井速度,是降低钻井成本的关键(见钻井方法,钻井工艺,完井)。
采油工程是把油、气在油井中从井底举升到井口的整个过程的工艺技术。油气的上升可以依靠地层的能量自喷,也可以依靠抽油泵、气举等人工增补的能量举出。各种有效的修井措施,能排除油井经常出现的结蜡、出水、出砂等故障,保证油井正常生产。水力压裂或酸化等增产措施,能提高因油层渗透率太低,或因钻井技术措施不当污染、损害油气层而降低的产能。对注入井来说,则是提高注入能力(见采油方法,采气工艺,分层开采技术,油气井增产工艺)。
油气集输工程是在油田上建设完整的油气收集、分离、处理、计量和储存、输送的工艺技术。使井中采出的油、气、水等混合流体,在矿场进行分离和初步处理,获得尽可能多的油、气产品。水可回注或加以利用,以防止污染环境。减少无效损耗(见油田油气集输)。
石油炼制
炼制方法
石油炼制过程
石油的炼制的基本方法较多,这里只介绍几种主要的炼制方法。1、蒸馏:利用气化和冷凝的原理,将石油分割成沸点范围不同的各个组分,这种加工过程叫做石油的蒸馏。蒸馏通常分为常压蒸馏和减压蒸馏。在常压下进行的蒸馏叫常压蒸馏,在减压下进行的蒸馏叫减压蒸馏,减压蒸可降低碳氢化合物的沸点,以防重质组分在高温下的裂解。
2、裂化:在一定条件下,使重质油的分子结构发生变化,以增加轻质成分比例的加工过程叫裂化。
裂化通常分为热裂化、减粘裂化、催化裂化、加氢裂化等。
3、重整:用加热或催化的方法,使轻馏分中的烃类分子改变结构的过程叫做重整。它分为热重整和催化重整,催化重整又因催化剂不同,分为铂重整、铂铼重整、多金属重整等。
4、异构化:是提高汽油辛烷值的重要手段。即将直馏汽油、气体汽油中的戊烷、已烷转化成异构烷烃。也可将正丁烷转变为异丁烷,用作烷基化原料。
经过石油炼制的基本方法得到的,只是成品油的馏分,还要通过精制和调合等程序,加入添加剂,改善其性能,以达到产品的指标要求,才能得到最后的成品油料,出厂供使用。
炼制特点
(1)炼油生产是装置流程生产,石油沿着工艺顺序流经各装置,在不同的温度、压力、流量、时间条件下,分解为不同馏分,完成产品生产的各个阶段。一套装置可同时生产几种不同的产品,而同一产品又可以由不同的装置来生产,产品品种多。因此,为了充分利用资源,在管理上需采用先进的组织管理方法,恰当安排不同装置的生产。
(2) 炼油装置一般是联动装置,加工对象为液体或气体,需要在密闭的管道中输送,生产过程连续性强,工序间连接紧密。在管理上需按照要求保持平稳连续作业,均衡生产。
(3) 炼油生产有高温、高压、易燃、易爆、有毒、腐蚀等特点,安全上要求特别严格。在管理上,要防止油气泄漏,保持良好通风,严格控制火源,保证安全生产。
(4) 炼油生产过程基本上密闭的,直观性差,且不同原料的加工要求和工艺条件也不同。在管理上需要正确确定产品加工方案,优选工艺条件和工艺过程。
(5) 炼油生产过程通过高温加热使石油分离,经冷却后调合为不同油品或进一步加工为其它产品。在管理上必须保持整个生产过程的物料平衡,按工艺规定比例配料生产,同时还要组织好企业的热平衡,以不断降低能耗。
(6) 炼油产品深加工的可能性大,效益高,且原料代用范围广。在管理上,应采取现代管理方法,加强综合规划与科学管理,不断提高炼油生产的综合经济效益。
(7) 不同的炼油厂,它们生产的产品品种可能有所不同,但它们的生产过程特点是相同或相近的,它们的经济关系流是相同的。因此,可以采用统一的方法和模式来分析炼油厂的生产经营总体状况,制定企业的综合发展规划,指导企业生产。
石油产品
石油经过加工提炼,可以得到的产品大致可分为四大类:
燃料
润滑油
石油燃料是用量最大的油品。按其用途和使用范围可以分为如下五种:1.点燃式发动机燃料有航空汽油,车用汽油等。
2.喷气式发动机燃料(喷气燃料) 有航空煤油。
3.压燃式发动机燃料(柴油机燃料) 有高速、中速、低速柴油。
4.液化石油气燃料即液态烃。
5.锅炉燃料有炉用燃料油和船舶用燃料油。
润滑油
润滑油和润滑脂被用来减少机件之间的摩擦,保护机件以延长它们的使用寿命并节省动力。它们的数量只占全部石油产品的5%左右,但其品种繁多。
沥青
它们是从生产燃料和润滑油时进一步加工得来的,其产量约为所加工原油的百分之几。
溶溶剂
后者是有机合成工业的重要基本原料和中间体。
行业发展
石油价格
油价与全球宏观经济状态息息相关,因此油价是一个关键性价格。一些经济学家称高油价对全球经济增长有负影响。虽然高油价一般认为是经济增长导致的,但这说明两者之间的关系是非常不稳定的。由于油价反映了现货和期货市场所在国的定价权,因此,不同时期油价的涵义有所不同。比如BP公司所使用的油价统计数据在1861—1944年为美国均价,1945—1983年为阿拉伯轻质油标价,1983—2008年为布伦特即期现货价。我们所指的油价波动主要是看纽约和伦敦两大期货市场的远期价格变化。战争时期,石油经常被当作“武器”来使用。比如,二战当中,美国对日本进行禁运。而山本五十六策划偷袭美国珍珠港,是为了摧毁美军在太平洋上的海军力量,以保障日本来自东南亚的石油供给和运输线。石油危机时期,欧佩克以石油为武器,反击西方国家,酿成了石油危机,并成为西方国家经济陷入滞胀的导火索。冷战结束以后,全球化时代来临。石油重新回归它的商品本性。简而言之,在和平与发展的大环境下,石油的政治属性弱化,经济属性成为常态,金融属性越发明显,油价波动成为金融现象。需要注意的是,我们平时听到的播报的“油价”,一般都是纽约和伦敦期货市场的即时价格,事后统计和研究用的油价则一般都是现货市场的交易价格。
市场
石油
石油的属性和石油市场的历史真正发挥出了它的巨大威力。正如英国学者苏珊·斯特兰奇所言,重要的历史里程碑不是石油输出国组织的建立,而是10年以后欧佩克对市场的有效干预。在这段时间里,国际石油市场经历了大规模的动荡:1971年,美国总统尼克松宣布美元与黄金脱钩;1973年,国际货币体系——布雷顿森林体系崩溃,成为石油价格上涨的重要原因;1973年和1979年爆发两次石油危机;1985年,油价达到低谷。欧佩克成立后,产油国逐渐将石油资产收为国有,并由此控制了全球石油市场。石油价格以欧佩克的官方价格为主,而定价方式则为“波斯湾离岸价加上从波斯湾到交割地的运费”。阿拉伯轻质石油代替了西德克萨斯中质油而成为标杆石油。在同一时期内,现货市场的交易量不断扩大。
1973—1974年的石油供应中断迫使许多消费者从现货市场上购买石油,现货交易也随之出现。现货交易最初只占全球石油贸易的微小比例,但到20世纪80年代中期已经在全球石油贸易中占据近半壁江山。现货交易的价格最初只是欧佩克定价的参照,后来完全取代了欧佩克官方价格。
进入20世纪80年代,高油价导致了石油需求量的大幅度降低和生产能力的过剩,石油出口国(包括欧佩克与非欧佩克之间,欧佩克内部)为自己在全球的市场份额展开了争斗。沙特阿拉伯放弃“平衡生产者”的角色,为争夺自己应有的市场份额而大幅度增产,导致了油价的大幅度下跌。1986年,中东地区的油价曾一度跌到每桶6美元,造成了石油市场的第三次危机——这次受危害最大的不再是消费者,而是生产者。随着小汽车在发达国家的普及,20世纪80年代的另一个特点是交通运输变成了主要的石油消费行业。假期驾车出游季节和冬天的取暖季节使石油需求量出现大幅度的季节差,使石油消费与经济增长和天气情况产生了更加紧密的联系。在市场运行方式上,欧佩克的行政定价被市场价格逐步替代。值得注意的是,这一时期旨在规避风险的石油衍生工具——石油期货出现。1978年,取暖油(heatingoil)期货合约在纽约商业交易所(NYMEX)推出,成为最早的石油期货品种。1981年NYMEX引入汽油期货交易,1983年引入西德克萨斯中质石油(WTI)期货交易。石油期货价格成为现货交易价格的先导和参照标准,并将石油市场与金融市场连接在了一起。
行业事件
2021年3月31日,在连续九次上涨后,汽油、柴油价格迎来年内首次下调。国家发展改革委称,根据近期国际市场油价变化情况,按照现行成品油价格形成机制,自31日24时起,国内汽油、柴油价格每吨分别降低225元和220元,折合每升价格下调近2角。
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