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石油 是當前人類社會最重要的能源，石化產業更是工業之母。 石油 的價格亦牽動著全球經濟走勢，甚至連央行的利率決策都將受其影響。正因為它如此重要，產油國往往能在外交上將石油當作談判的籌碼，如川普制裁伊朗原油出口、OPEC 組織宣布聯合減產，都令全球市場繃緊神經。以下就讓我們提起求知的鑽頭，一同鑽探這地底下的黑色黃金。
石油是什麼？
數億年前，大量浮游生物及動植物死亡之後的殘骸，堆積在海底下逐漸形成沈積物，經過數百年地層的壓力和熱的作用，動植物的殘骸就慢慢的變成石油，通常將這未加提煉前的液態石油稱為原油（Crude Oil）。
原油 主要按原石油的「含硫量」及「密度」來分類，一般而言含硫量不超過 0.5% 的可稱為甜原油（又稱無硫原油，Sweet Crude），若含硫量超過 0.5% 則稱為酸原油（Sour Crude）。另外石油為混合物，含有複雜的有機成分，若密度過高，表示所含重質有機物的比例愈高，提煉成本和技術需求也越高。美國石油協會採用「石油比重指標」（API gravity）（註一）來衡量石油的品質，作為決定原油價格的主要標準之一，其數值愈大，表示原油密度愈小、品質愈好、價格也愈高。其中以紐約原油及布蘭特原油均屬於輕質原油，而含硫量較高的重質原油，會令煉油的過程增加難度及複雜度，故此不少油國都不願意開採及提煉重質原油。
如何開採石油？
開採石油的第一關是勘探油田，石油地質學家使用重力儀、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，不過目前除了少數非常偏遠地區的礦藏外，這樣的石油儲藏幾乎已經全部開採了。至於埋藏在地底較深的油田需要使用鑽井才能開採，而海下油田的開採最為困難，開採海下油田需要使用浮動的石油平台，才能進行鑽井和開採。因此鑽井難度的區分若依照油田儲藏的地區排序的話，大概是海下油田 > 地下油田 > 露天油田。
在開採地下油田時，因地殼深處的石油受到上面底層及或許有其他天然氣的擠壓，加上石油又比周圍的水和岩石要來得輕，所以往往當鑽頭向下一鑽至含油層時，石油便會因為壓力的擠壓而噴射出來。一般來說剛開採的油田，其油壓夠高，足以讓石油自己噴射至地面。而隨著石油被開採，其油壓將不斷降低，當油壓低到石油無法自行從地下油田噴出至地面時，就需要從地面使用透過鑽柱驅動的泵來進行抽油。
在必要的情況下，工程師也可以使用水平鑽井（註二）的技術繞彎鑽井。如此一來便可以繞過地質複雜、供居住或軍事使用的地面，而從側面開採一個油田。其中又屬海下油田最常使用水平鑽井的技術，利用水平鑽井可以擴大石油平台的開採面積。
此外，透過向油井內注壓水或天然氣能夠提高可開採的油量，或藉由壓入酸來溶解部分岩石（比如碳酸鹽），可以提高含油層岩石的滲透性。利用上述手段，依照各地的情況不同，通常一個油田可以開採出 20% 至 50% 的石油。至於剩下暫時無法從含油岩石中分解出來的石油，可以再透過其他方法（註三），提高石油的開採量。而隨著油田的開採繼續，後期要將石油從含油層中的岩石開採出來的難度將愈來愈高，使用的方法也將愈來愈困難。一旦當採油的成本過高，高於剩餘可開採石油本身的經濟價值時，這個油田就被視為開採完畢了。
石油提煉與化工產品
石油在使用前必須經過加工處理，才能製成適合各種用途的石油產品。常見的加工處理方法有分餾、裂化、裂解（註四），以下我們主要介紹較基本的分餾（Fractionation）。分餾是利用分子大小不同，沸點因而不同的原理，利用沸點差異，分離出原油中不同的化合物，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。
工業上先將原油加熱至 400℃~500℃ 之間，使其變成蒸氣後輸進分餾塔。在分餾塔中，位置愈高、溫度愈低。石油蒸氣在上升途中會逐步液化，冷卻及凝結成液體餾份。分子較小、沸點較低的氣態成分則慢慢地沿塔上升，在塔的高層凝結，例如燃料氣、液化石油氣（丙烷及丁烷）、輕油、煤油等；分子較大、沸點較高的液態成分則在塔底凝結，例如柴油、潤滑油及蠟等。最後在塔底留下的殘餘物為瀝青及重油（Heavy Oil），可作為焦化和製取瀝青的原料或作為鍋爐燃料。不同成分在各層收集起來，經過導管輸離分餾塔，這些分餾產物便是石油化學原料，可再製成許多的化學品。
註一：API 是美國石油協會的縮寫，同時它用來表示石油流體相對於水的密度。
API =（141.5/相對密度）-131.5。其中相對密度為石油流體在標準溫度 15.6℃（60°F）下相對於水的密度。由上式可知，API 愈大，相對密度愈小。目前國際上把 API 作為決定原油價格的主要標準之一，其數值愈大，表示原油愈輕，價格愈高。若 API 大於 10，則石油的液體密度小於水，正常情況下大多數石油流體 API 值介於 10 到 70 之間。
註二：一般而言鑽油井都是垂直向下鑽，水平鑽井的技術是鑽到一定深度以後，鑽頭轉往橫向鑽探。如此一來便能鑽探地面不便設立油井之處，例如若油礦在城市的正下方，就能從旁邊的郊區打洞鑽探，再利用水平鑽井的技術從地底轉彎過去；水平鑽探還能往四面八方延展，因此只需要在地表上打一個洞，卻可以在地底下橫向伸展鑽探很大一片地區，增加石油的開採量。
註三：其他增加石油開採量的方法包括
- 注入氮氣
- 注入輕汽油來降低石油的黏度
- 注入二氧化碳來降低石油的黏度
- 注入沸水或高溫水蒸氣，甚至燃燒部分地下的石油
- 注入改變流度比的聚合物水溶液將原油從岩石孔隙釋放出來
- 注入改善油與水之間的界/表面張力的物質（如表面活性劑）的水溶液，來使石油從岩石孔隙中分解出來
這些手段可以結合使用，但即使如此依然有相當大量的油無法被開採。
註四：分餾、裂化、裂解
- 分餾：是物理變化，將混合物石油分成不同沸點範圍的餾分，由於石油一般是烷烴、環烷烴的混合物，所以認為分餾後的餾分也主要是烷烴。分餾的目的是為了將石油分成各個餾分（如主文提到不同沸點的汽油、煤油、柴油等），各盡其用。分餾能將石油進行一定程度的分離，但其中最有用的成分汽油，經分餾能得到的數量卻不多，因此為了得到更多的汽油，需要對分餾出的重油進行裂化。
- 裂化：是化學變化，即將碳原子數多的烷烴（重油）斷裂成碳原子數少的烷烴。由於烷烴的斷裂，分成 1 個烷烴和 1 個烯烴，所以裂化後得到的產物中含有烯烴。裂化的目的是為了得到更多的汽油，分餾得到的汽油叫直餾汽油，幾乎不含烯烴；裂化得到的汽油叫裂化汽油，含相對較多的烯烴。
- 裂解：也叫深度裂化，其實就是加重程度的裂化，因此裂解也是化學變化。裂解是將碳原子數比較少的烴進一步斷裂成碳原子數更少的烴，目的是為了得到氣態烴，主要是乙烯、丙烯、丁二烯，它們是重要的工業生產原料。
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