ترکیب شیمیایی نفت خام
نفت خام به دلیل وجود ترکیبات گوگرد بوی نامطلوبی دارد. بخش اعظم نفت خام از هیدرات‌های کربن تشکیل شده و مقدار کمی عناصر دیگر نیز در آن مخلوط می‌گردد.
در جدول زیر درصد تقریبی این عناصر نشان داده شده است.
| عنصر | حداقل درصد وزنی | حداکثر درصد وزنی |
| کربن | 82.2 | 87.1 |
| هیدروژن | 11.8 | 14.7 |
| گوگرد | 0.1 | 5.5 |
| اکسیژن | 0.1 | 4.5 |
| نیتروژن | 0.1 | 1.5 |
جدول ازسلی (1985)
عناصر دیگری مانند وانادیوم، نیکل و اورانیوم با درصد وزنی حداکثر 0.1 در ترکیب نفت خام موجود هستند. به علاوه در خاکستر نفت خام آثاری از عناصر آهن، آلومینیوم، تیتانیوم، کلسیم، منیزیم، مولیبدیوم، باریوم، استرانتیوم، منگنز، سرب، وانادیوم، نیکل، مس و سیلیسیوم یافت می‌شود. بعضی از عناصر بالا مانند وانادیوم و نیکل احتمالا در عنصر ارگانیک اولیه داشته است و بعضی دیگر از عناصر مشخصات ژئوشیمیایی سنگ در برگیرنده را نشان می‌دهند. همچنین آثاری از نمک، آب و سولفید هیدروژن نیز درنفت خام مشاهده می‌شود.
ترکیب مولکولی نفت
تعداد ترکیب‌های مولکولی نفت خام وابسته به سن زمین شناسی، عمق تشکیل، منشاء و موقعیت جغرافیایی آن متغیر میباشد. برای مثال نفت خام پوکاسیتی از اوکلاهامای آمریکا شامل حداقل 234 ترکیب مولکولی میباشد.
هیدروکربن‌ها
هیدروکربن‌ها (hydrocarbons) شامل گروه‌هایی هستند که ترکیب ملکولی آن‌ها فقط از هیدروژن و کربن تشکیل شده است. انواع هیدروکربن‌ها عبارت‌اند از:
- هیدروکربن‌های پارافینی (parafin) یا پارافین‌ها با ترکیب C[SUB]n[/SUB]H[SUB]2n+2[/SUB]
- هیدروکربن‌های نفتنی یا سیکلوپارافین‌ها (cycloparafin) یا نفتنیک‌ها C[SUB]n[/SUB]H[SUB]2n[/SUB]
- هیدروکربن‌های آروماتیک (aromatic hydrocarbon) یا بنزوییدها (benzoid) با فرمول [SUB]C[SUB]nH[/SUB][SUB]2[/SUB][SUB]n-6[/SUB][/SUB]
- غیرهیدروکربن‌ها(Heterocompounds)
این گروه شامل ترکیباتی غیر از هیدروژن و کربن میباشد که شامل عناصری مانند اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و اتم‌های فلزی می‌شوند.
نفت خام اغلب بر مبنای نقطه جوش (boiling point) به تعداد زیادی از محصولات مصرفی، از کرزون (kerosene) گرفته تا آسفالت و واکنش‌گرهای شیمیایی که برای ساخت پلاستیک و مواد دارویی استفاده می‌شوند، پالایش (refining) و جداسازی می‌شود. هیدروکربن‌های موجود در نفت خام اغلب از نوع آلکن (alkane)، سیکلوآلکن (cycloalkene) و انواع هیدروکربن‌های آروماتیک (aromatic hydrocarbons) هستند؛ در حالی که دیگر ترکیبات آلی (organic compounds) شامل نیتروژن، اکسیژن و گوگرد و مقادیر ناچیز از فلزاتی مانند آهن، نیکل، مس و وانادیم می‌شوند. ترکیب مولکولی دقیق، از یک ترکیب تا ترکیب دیگر متغیر است ولی نسبت عناصر شیمیایی تغییرات کمی دارد.
چهار نوع مولکول هیدروکربن مختلف در نفت خام موجود هستند. درصد نسبی هر کدام در نفت‌های مختلف متغیر است که تعیین کننده خواص هر نفت میباشد.
| ترکیب وزنی | ||
| ٪ بازه | ٪ میانگین | هیدروکربن |
| 15تا 60 | 30 | پارافین‌ها |
| 30 تا 60 | 49 | نفتن‌ها |
| 3 تا 30 | 15 | آروماتیک‌ها |
| 6 | 6 | آسفالتیک‌ها |
در شرایط دما و فشار سطح زمین، هیدروکربن‌های سبک مانند متان (methane) اتان (etane)، پروپان (propane) و بوتان (butane) به شکل گاز در‌می‌آیند؛ در حالی که پنتان (pentane) و هیدروکربن‌های سنگین‌تر به شکل مایع و جامد می‌باشند. البته در مخازن نفت زیرزمینی، نسبت گاز، مایع و جامدات بستگی به شرایط زیر زمین و دیاگرام فازی مخلوط نفتی دارد.
بیش‌تر تولید یک چاه نفت (oil well) شامل نفت خام می‌شود که کمی گاز طبیعی غیر محلول نیز در آن قرار دارد. معمولا در مخازن نفت خام همراه با گاز طبیعی، که به دلیل سبک بودن بر روی نفت خام تشکیل یک کلاهک (gas cap) می‌دهد و آب شور که از نفت خام سنگین‌تر است و معمولا به زیر آن فرو می‌رود، وجود دارد. از آن جایی که فشار در سطح زمین از زیر زمین کم‌تر است، بخشی از گاز از حالت محلول خارج می‌شود که ممکن است بازیافت و یا سوزانده شود. یک چاه گاز (gas well)بیش‌تر گاز طبیعی تولید می‌کند. البته به دلیل این که دما و فشار در زیر زمین بیش‌تر از سطح است، ممکن است که گاز دارای هیدروکربن‌های سنگین‌تر مانند پنتان، هگزان (hexane) و هپتان (heptane) در حالت گازی باشد. در شرایط سطحی این گازها از حالت گازی به مایع تبدیل می‌شوند و مایع یا کندانس گاز طبیعی (natural gas condensate) را تشکیل می‌دهند که مخفف آن کندانس (condensate) می‌شود. ظاهر کندانس شبیه به بنزین است و از نظر ترکیب شبیه به برخی از انواع نفت خام فرار سبک (volatile light crude oil) میباشد.
ممکن است نفت خام به شکل نیمه جامد که با شن و آب مخلوط شده است نیز وجود داشته باشد که معمولا به آن آسفالت خام (crude bitumen) نیز می‌گویند. بیتومن یک شکل سیاه قیر مانند از نفت خام است که به قدری غلیظ و سنگین است که برای جریان یافتن باید گرم و یا رقیق شود. برای تمایز بین این منابع با منابع نفتی که استخراج آن‌ها به وسیله چاه‌های نفتی تجاری انجام می‌شود، به این منابع نفت‌های شنی، منابع نفتی غیر معمول (unconventional oil resource) می‌گویند؛ حجم منابع نفتی غیر معمول در کانادا و ونزوئلا به تنهایی دو برابر حجم منابع تجاری نفت است.
نسبت هیدروکربن‌های سبک در مخلوط نفت خام در میدان‌های نفتی مختلف متغیر است و از حدود 97٪ وزنی در نفت‌های سبک تا میزان 50٪ در نفت‌های سنگین‌تر و قیرهای نفتی یا بیتومنت‌‌ها (bituments) تغییر می‌کند.
