ลักษณะและคุณสมบัติของปิโตรเลียม

      ปิโตรเลียมเป็นวัสดุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในสถานะของของเหลว แก๊ส วัสดุกึ่งของแข็ง หรือของแข็งที่ผสมกันของสารจำพวกไฮโดรคาร์บอน น้ำมันดิบ (Crude oil) คือ ปิโตรเลียม ที่อยู่ในลักษณะของของเหลวตามธรรมชาติเป็นส่วนใหญ่ แก๊สธรรมชาติ (Natural gas) คือ ปิโตรเลียมที่อยู่ในลักษณะของแก๊สตามธรรมชาติ  ส่วนของเหลวภายใต้อุณหภูมิและความกดดันบรรยากาศเป็น แก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate) ไฮโดรคาร์บอนคือสารประกอบซึ่งมีคาร์บอน และไฮโดรเจน เป็นองค์ประกอบหลัก โดยทั่ว ๆ ไปนั้นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนมีมากมายหลายประเภทตามลักษณะของสูตรทางเคมีและโครงสร้างโมเลกุล แต่มีเพียง ๓ ประเภทเท่านั้นที่มีความสำคัญเกี่ยวข้องกับปิโตรเลียม คือ 

(ก) ประเภทพาราฟิน (Parafin) 

      ซึ่งเป็นอนุกรมของไฮโดรคาร์บอนที่อิ่มตัวและมีโครงสร้างโมเลกุลเชื่อมต่อกันเป็นเส้นมีสูตรทางเคมีโดยทั่วไปคือ C_nH_2n+2 เช่น มีเทน (Methane, CH₄) 

(ข) ประเภทแนพทีน (Napthene) 

      ซึ่งเป็นอนุกรมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่อิ่มตัวและมีโครงสร้างโมเลกุลเชื่อมต่อกันเป็นวงมีสูตรทางเคมีทั่วไปคือ C_nH_2n เช่น ไซไคลเพนเทนส์ (Cyclopentanes, C₅H₁₀) และไซโคลเฮ็กเซนส์ (Cycoohexanes, C₆H₁₂) 

(ค) ประเภทอโรมาติก (Aromatic) 

      ซึ่งมีโครงสร้างโมเลกุลเชื่อมต่อเป็นวงไม่อิ่มตัวหรือไม่มีเสถียรภาพมีสูตรทางเคมีทั่วไปคือ C_nH_2n-6 เช่น เบนซีน (Benzene,C₆H₆)

      น้ำมันดิบมีลักษณะทางกายภาพและส่วนประกอบทางเคมีที่หลากหลายแตกต่างกันออกไปมีทั้งสีเหลือง เขียว น้ำตาล และดำ มีค่าความหนาแน่นอยู่ในช่วง ๐.๗๙ ถึง ๐.๙๕ กรัมต่อมิลลิลิตร ภายใต้สภาพปกติที่ผิวโลกซึ่งเบากว่าน้ำทำให้น้ำมันดิบลอยตัวที่ผิวน้ำเสมอ อย่างไรก็ดีการบอกค่าความหนาแน่นของน้ำมันดิบนิยมกำหนดเป็นค่าความโน้มถ่วงของน้ำมันดิบเป็นองศา เอ พี ไอ (องศา API) 

องศา เอ พี ไอ = (๑๔๑.๕/ค่าความถ่วงจำเพาะที่ ๖๐ องศาฟาเรนไฮต์) -๑๓๐.๕ 

      น้ำมันดิบโดยทั่วไปมีค่าองศา เอ พี ไอ อยู่ในช่วง ๕ ถึง ๖๑ ค่าความหนืดของน้ำมันดิบอยู่ในช่วงค่อนข้างกว้างมากคือตั้งแต่ ๐.๗ ถึง ๔๒,๐๐๐ เซนติปอยส์ ในสภาพปกติที่พื้นผิวโลกส่วนประกอบทางเคมีที่สำคัญโดยทั่วไปของน้ำมันดิบมีปริมาณคาร์บอนร้อยละ ๘๒.๒ - ๘๗.๑ ไฮโดรเจนร้อยละ ๑๑.๗ - ๑๔.๗ กำมะถันร้อยละ ๐.๑ - ๕.๕ น้ำมันดิบสามารถเรืองแสงได้ภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลต หรือแสงเหนือม่วง 
      แก๊สธรรมชาติประกอบขึ้นด้วยโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอน ๔ ชนิด ซึ่งมีจำนวนคาร์บอนตั้งแต่ ๑ ถึง ๔ ได้แก่ มีเทน (Methane,CH₄) อีเทน (Ethane,C₂H₆) โพรเพน (Propane,C₃H₈) และบิวเทน (Butane, C₄H₁₀) โดยมีแก๊สมีเทนเป็นส่วนผสมในปริมาณที่มากสุด ส่วนประกอบทางเคมีที่สำคัญของแก๊สธรรมชาติมีปริมาณคาร์บอนร้อยละ ๖๕ - ๘๐ ไฮโดรเจนร้อยละ ๑ - ๒๕ กำมะถันในปริมาณที่เล็กน้อยถึงร้อยละ ๐.๒ ไนโตรเจนร้อยละ ๑ - ๑๕ นอกจากนี้อาจมีคาร์บอนไดออกไซด์ปรากฏร่วมเป็นมลทิน แต่อาจมีในปริมาณที่สูงมากได้และอาจมีมลทินชนิดอื่น ๆ เช่น ไนโตรเจน ฮีเลียม ไฮโดรเจน- ซัลไฟด์ เกิดร่วมได้  ในบริเวณแหล่งน้ำมันดิบใต้ผิวโลกลึกลงไปนั้นแก๊สธรรมชาติที่เกิดร่วมในปริมาณมากจะละลายปนกับน้ำมันดิบ  ครั้นเมื่อได้มีการผลิตและสูบเอาน้ำมันดิบขึ้นมาถึงระดับผิวดินสภาพความกดดันลดลงทำให้แก๊สธรรมชาติเป็นฟองผุดออกมาจากน้ำมันดิบและทำให้ปริมาตรของน้ำมันดิบลดลงถึง ๐.๖ เท่า ในแหล่งแก๊สธรรมชาติที่ปรากฏอยู่ที่ระดับความลึกมาก ๆ นั้นมีระดับอุณหภูมิค่อนข้างสูงสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเหลวที่มีโครงสร้างโมเลกุลเชื่อมต่อกันสั้น ๆ ซึ่งโดยปกติเป็นโครงสร้างที่มีโมเลกุลของคาร์บอน ๕ - ๗ ตัว จะเกิดอยู่ในสถานะแก๊ส ครั้นเมื่อมีการผลิตแก๊สธรรมชาติจากแหล่งดังกล่าวขึ้นมาทั้งไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นแก๊สและเป็นของเหลวถูกนำขึ้นมาที่ระดับผิวดินและอุณหภูมิลดลงจะมีไฮโดรคาร์บอนที่มีลักษณะเป็นของเหลวกลั่นตัวออกมาจากแก๊สธรรมชาติ  เรียกว่า แก๊สธรรมชาติเหลว มีสีใส เหลือง หรือน้ำเงินอ่อน มีค่าความโน้มถ่วง เอ พี ไอ ประมาณ ๕๐ - ๑๒๐ องศา แก๊สธรรมชาติที่มีแก๊สธรรมชาติเหลวปนอยู่มีชื่อเรียกว่า "แก๊สเปียก" หรือเว็ตแก๊ส (Wet gas) ในขณะที่แก๊สธรรมชาติที่ปราศจากแก๊สธรรมชาติเหลว มีชื่อเรียกว่า "แก๊สแห้ง" หรือ ดรายแก๊ส (Dry gas) 
      หน่วยที่ใช้วัดปริมาณน้ำมันดิบที่นิยมใช้กันคือ บาเรล (Barrel) โดยหนึ่งบาเรลมี ๔๒ แกลลอนหรือ ๑๕๘.๙๘๗ ลิตร สำหรับหน่วยที่ใช้วัดปริมาตรของแก๊สธรรมชาตินิยมใช้เป็น ๑,๐๐๐ ลูกบาศก์ฟุต (1,000 cubic feet, Mcf) และนิยมบอกค่าที่อุณหภูมิ ๖๐ องศาฟาเรนไฮต์ และความกดดัน ๓๐ นิ้วของปรอท ทั้งนี้เนื่องมาจากแก๊สธรรมชาติเปลี่ยนแปลงปริมาตรอย่างรวดเร็วที่สภาวะอุณหภูมิและความกดดันที่แตกต่างออกไป ๑ ล้านลูกบาศก์ฟุต (1 million cubic feet) คือ MMcf