石油是指液态和固态的
烃类混合物,具有天然的产状。石油又分为
原油、
天然气、
天然气液及天然焦油等形式,但习惯上仍将“石油”作为“原油”的定义用。
简介
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,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。石油是一种不可再生原料,不过, 从地质学的时间尺度看,地球仍可能在极慢速率下形成石油。
石油与原油区别
石油是工业名词,是相对矿产资源而言,通常所说的石油工业,是一种矿产资源工业。在石油勘探过程中,根据勘探程度和探明情况,计算并确定石油储量。石油储量是地质勘探成果,是一种待开发的原始矿产资源量。
原油是埋藏在岩石地层里被开采出来的石油,保持着其原有的物理化学形态,是石油工业的初级产品,实现了其使用价值,是油田开发的成果,原油产量是一种已经开发的矿产资源产量。
石油一词多用于说明油层渗透率、孔隙度及油藏品位。而原油一词多用于国家统计的原油产量统计数字、评价原油理化性质及用于说明采收率、采出程度及采油速度。
石油作为矿产资源是指含水、含气的油,而原油作为一种工业产品,其中的水、气已从油中分离出来,是一种合格的工业产品。
性质
具有代表性的大庆石油属低硫石蜡基石油,已开采酌石油以低硫石蜡基居多。这种石油,硫含量低,含蜡量高,凝点高,能生产出优质的煤油、柴油、溶剂油、润滑油及商品石蜡,直馏汽油的感铅性好。
有的石油硫含量高,胶质含量高,属含硫石蜡基。其直馏汽油馏分产率高,感铅性也好。柴油馏分的十六烷值高,闪点高,硫含量高,酸度大,经精制后可生产轻柴油与专用柴油。润滑油馏分中,有一部分组分的粘度指数在90以上,是生产内燃机油的良好的原料。
有的石油硫含量低,含蜡量较高,属低硫环烷一中间基。其汽油馏分感铅性好,且也富含环烷烃与芳香烃,故也是催化重整的良好原料。柴油馏分的凝点及硫含量均较低,酸度较大,产品需碱洗。减压渣油经氧化后可生产石油建筑沥青。
另有些低凝石油硫含量低、含蜡量也低,属低硫中间基。适于生产一些特殊性能的低凝产品,同时还可提取环烷酸是不可多得的宝贵资源。
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。
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
石油的颜色非常丰富,石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。我国华北
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
印度尼西亚的
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
元素组成
石油之所以在外观和物理性质上存在差异,根本原因在于其化学组分不完全相同。石油既不是由单一元素组成的单质,也不是由两种以上元素组成的化合物,而是由各种元素组成的多种化合物的混合物。因此,其性质就不象单质和纯化合物那样确定,而是所含各种化合物性质的综合体现。
石油的主要组成成分是碳和氢,碳氢化合物也简称为烃,烃是石油加工和利用的主要对象。
石油中所含各种元素并不是以单质形式存在,而是以相互结合的各种碳氢及非碳氢化合物的形式而存在。
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80% ~ 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。
此外,石油中所含微量的氯、碘、砷、磷、镍、钒、铁、钾等元素,也是以化合 物的形式存在。其含量虽小,对石油产品的影响不大,但其中的砷会使得催化重整的催化剂中毒,铁、镍、钒会使催化裂化的催化剂中毒。故在进行石油的这类加工时,对原料要有所选择或进行预处理。
烃类组成
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)。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。石油作为加工的产品,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。
石油中的烃类按其结构不同,大致可分为烷烃、环烷烃、芳香烃和不饱和烃等几类。不同烃类对各种石油产品性质的影响各不相同。
1、烷烃
烷烃是石油的重要组分,凡是分子结构中碳原子之间均以单键相互结合,其余碳价都为氢原子所饱和的烃叫做烷烃,它是一种饱和烃,其分子通式为CnH2n+2。
烷烃是按分子中含烃原子的数目为序进行命名的,碳原子数为1-10的分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示;10以上者则直按用中文数字表示:只含一个碳原子的称为甲烷;含有十六个碳原子的称为十六烷。这样,就组成了为数众多的烷烃同系物。
烷烃按其结构之不同又可分为正构烷烃与异构烷烃两类,凡烷烃分子主碳链上没有支碳链的称为正构烷,而有支链结构的称为异构烷。
在常温下,甲烷至丁烷的正构烷呈气态;戊烷至十五烷的正构烷呈液态;十六烷以上的正构烷呈蜡状固态(是石蜡的主要成分)。
在一定的高温条件下,烷烃容易分解并生成醇、醛、酮、醚、羧酸等一系列氧化产物。烷烃的密度最小,粘温性最好,是燃料与润滑油的良好组分。
正构烷与异构烷虽然分子式相同,但由于分子结构不同,性质也有所不同。异构烷烃较碳原子数相同的正构烷烃沸点要低,且异构化愈甚则沸点降低愈显著。另外,异构烷烃通常比正构烷烃的粘度低,粘温性更好。正构烷烃因其碳原子呈直链排列,易产生氧化反应,即发火性能好,它是压燃式内燃机燃料的良好组分。但正构烷烃的含量也不能过多,否则凝点高,低温流动性差。异构烷由于结构较紧凑,性质稳定,虽然发火性能差,但燃烧时不易产生过氧化物,即不易引起混合气爆燃,它是点燃式内燃机的良好组分。
2、环烷烃
环烷烃的化学结构与烷烃有相同之处,它们分子中的碳原子之间均以单键相互结合,其余碳价均与氢原子结合。其碳原子相互连接成环状,故称为环烷烃。由于环烷烃分子中所有碳价都己饱和,因而它也是饱和烃。环烷烃的分子通式为CnH2n。
香烃的化学稳定性较低(容易参与反应),而烷烃和环烷烃因饱和而具有更高的化学稳定性。其密度较大,自燃点较高,辛烷值居中。它的燃烧性较好、凝点低、润滑性好,故也是汽油、润滑油的良好组分。环烷烃有单环烷烃与多环烷烃之分。润滑油中含单环烷烃多则粘温性能好,含多环烷烃多则粘温性能差。
3、芳香烃
芳香烃是一种碳原子为环状联结结构,单双键交替的不饱和烃,分子通式有CnH2n-6、CnH2n-12、CnH2n-18等。它最初是由天然树脂、树胶或香精油中提炼出来的,具有芳香气味,所以把这类化合物叫做芳香烃。芳香烃都具有苯环结构,但芳香烃并不都有芳香味。
芳香烃化学安定性良好,与烷烃、环烷烃相比,其密度最大,自燃点最高,辛烷值也最高,故其为汽油的良好组分。但由于其发火性差,十六烷值低,故对于柴油而言则是不良组分。润滑油中若含有多环芳香烃则会使其粘温性显著变坏,故应尽量去除。此外,芳香烃对有机物具有良好的溶解力,故某些溶剂油中需有适当含量但因其毒性较大,含量应予控制。
4、不饱和烃
不饱和烃在石油中含量极少,主要是在二次加工过程中产生的。热裂化产品中含有较多的不饱和烃,主要是烯烃,也有少量二烯烃,但没有炔烃。
烯烃的分子结构与烷烃相似,即呈直链或直链上带支链。但烯烃的碳原子间有双价键。凡是分子结构中碳原子间含有双价键的烃称为烯烃,分子通式有CnH2n、CnH2n-2等。分子间有两对碳原子间为双键结合的则称为二烯烃。
烯烃的化学安定性差,易氧化生成胶质,但辛烷值较高,凝点较低。故有时也将热裂化馏分(含有烯烃、二烯烃)掺入汽油中以提高其辛烷值;掺入柴油中以降低其凝点。但因烯烃安定性差,这类掺合产品均不宜长期储存,掺有热裂化馏分的汽油还应加入抗氧防胶剂。
非烃化合物
石油中的非烃化合物含量虽少,但它们大都对石油炼制及产品质量有很大的危害,是燃料与润滑油的有害成分,所以在炼制过程中要尽可能将它们去除。非烃类化合物主要有,含硫化合物、含氧化物、含氮化合物、胶质与沥青质。
分类
石油的分类方法主要有以下几种。
1、工业分类法
在工业上通常按石油的相对密度将其分为四类,如下表所列。
2、商品分类法
(1)按含硫量分类按含硫量之不同,可将石油分为三类,见下表所列。
(2)按含蜡量分类
一般是在石油中取出一馏分,其粘度值为 53mm2/s(50℃),然后测其凝点。当凝点低于-6℃时,称为低蜡石油;当凝点在-15℃~-20℃时,称为含蜡石油;当凝点大于21℃时,称为多蜡石油。
(3)按含胶质分类
以重油(沸点高于300℃的馏分)中胶质含量来分。含胶质量小于17%,称为低胶质石油;含胶质量在18%一35%,称为含胶质石油;含胶质量大于35%,称为多胶质石油。
3、化学分类法
化学分类法是根据特性因素值的不同进行分类,见下表。
油汽藏的形成机制
油气藏是指地下自然聚集的石油和天然气资源,其形成机制和类型是石油地质研究的核心内容之一。
(1)有机质聚集机制:石油和天然气是由有机质在地质历史长时间的作用下经过热解、压实等多种作用逐步形成的。当有机质富集到一定程度时,便能形成可开采的油气藏。
(2)地质构造聚集机制 :构造变形和岩石运动对沉积岩中的石油和天然气形成的聚集作用。例如 ,断层、褶皱等构造运动会形成裂缝、孔隙等地质构造,石油和天然气则会沿着这些构造聚集形成油气藏。
(3)油气迁移与聚集机制:沉积岩中含有石油和天然气,随着岩层的变化,这些油气会在不同岩层中向下或向上移动。当它们遇到高层或低压区域时,便会聚集形成油气藏。
油气藏的类型
根据油气藏的形成机制和地质条件的不同,油气藏可以分为多种类型,以下是其中几种常见的类型:
(1)深层成藏型 :在深层的岩石中,由于高温高压和化学反应的作用,石油和天然气在岩石中聚集,这种油气藏叫做深层成藏型油气藏。
(2)断块型 :由于地壳运动,形成断层和裂缝等结构构造,这些结构构造在地下的空间内可以聚集形成油气,这种油气藏叫做断块型油气藏。
(3)储层型 :在沉积作用过程中,沉积岩中存在天然孔隙或裂缝等结构,这些结构可以储存石油和天然气,这种油气藏叫做储层型油气藏。
(4)盐穴型 :在盐体下方或周围的沉积岩层中,石油和天然气受到盐体的阻挡,形成类似穴状的油气聚集体,这种油气藏叫做盐穴型油气藏。
常见油气藏分布规律
油气藏的形成机制和类型决定了它们在地球上的分布规律。一般来说,油气藏分布具有一定的规律性,以下是常见油气藏的分布规律:
(1)地理环境规律:油气藏主要分布在古大陆边缘和海洋盆地,这与地球的构造和板块运动有关。
(2)地层规律:油气藏的分布与地层的性质和结构有关。在同一地区 ,同一类型岩层的油气藏往往具有相似的性质和规律。
(3)地质构造规律:构造运动和地壳变形会形成断层、褶皱、裂缝等结构,这些结构对油气的运移和聚集具有重要影响,油气藏往往分布在这些地质构造上。
早期利用
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”。
公元7世纪,
拜占庭人用石油和
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
油苗处采集石油作为燃料,也用于医治骆驼的皮肤病。1827年,这里有52个人工挖的采油坑,1837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。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桶石油,主要产自
加利西亚和
罗马尼亚。
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”。
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,指出“石油至多,生于地中无穷”。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。”他试着用石油燃烧生成的煤烟制墨,“黑光如漆,松墨不及也”。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。
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。
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
开采方法
很早很早以前,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。
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。
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。
现代石油化工
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·季斯纳发明了从石油中提取
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。
石油产品
石油产品在社会经济发展中具有非常广泛的作用与功能,其经提炼生成的产品已经渗透到人们生活的方方面面,有着密不可分的关系。
石油是不同烃化合物的混合物,通过一次加工,主要采用常压,减压蒸馏的简单物理方法,将石油切割为沸点范围不同,密度大小不同的多种石油馏分。石油二次加工是主要用化学方法或化学。物理方法-催化裂化(催化重整、焦化、减黏、加氢裂化、溶剂脱沥青等)以提高某种产品收率,增加产品品种,提高产品质量。通过化学过程的第三次加工生产很多化工产品。大体上,石油产品可分为石油燃料、
石油溶剂与化工原料、润滑剂、石蜡、
石油沥青、石油焦等6类。 其中,各种燃料接近总产量的90%;各种润滑剂品种最多,产量约占5%。经过加工石油而获得的各类石油产品在不同的领域内有着广泛的,不同的用途。
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
各类石油产品中用量最多的动力燃料类各种牌号的汽油,柴油,煤油和燃料油,广泛用于各种类型汽车、拖拉机、轮船、军舰、坦克、飞机、火箭、锅炉、火车、推土机、钻机等动力机械,它们消耗的石油产品量最大,因此石油被誉为工业的血液。
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:
3.
压燃式发动机燃料(
柴油机燃料) 有高速、中速、低速柴油。
润滑油
润滑油使各类滑动、转动、滚动机械,仪器减少磨损、保证速率,起到润滑、散热、密封、绝缘等作用。
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
沥青具有良好的黏结性,抗水性和防腐性,广泛用于铺筑路面,作防腐防水涂料及制造油毛毡和碳素材料等。
它们是从生产燃料和润滑油时进一步加工得来的,其产量约为所加工石油的百分之几。
溶剂
溶剂汽油是橡胶,油漆,皮革,油布等工业所需的溶剂并可用于洗涤机器和零件。是有机合成工业的重要基本原料和中间体。
市场
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。