الرئيسية
طلب منا بحث حول البترول منذ 2او3 سنوات
و ها انا اقدمها
الان لتستفيدوا منها
تعريف
البترول:
هو سائل أسود
كثيف سريع
الاشتعال مكون من خليط من المركبات العضوية والتي تتكوّن من
عنصري الكربون
والهيدروجين وتعرف باسم الهيدروكربونات .
• النفط من
الثروات الطبيعية الغير متجددة وتتسابق الدول الصناعية الكبرى على
زيادة
استيراده من الدول المنتجة له والتي تستهلك كميات قليلة منه لقلة التنمية
الصناعية
لديها
• .يساهم النفط اليوم بحوالي 39 % من استهلاك الطاقة العالمي
وتحتوي منطقة الشرق
الأوسط على أغنى مخزون للنفط في العالم .
• تهتم
الدول باكتشاف آبار جديدة للبترول و تطوير طرق حفر الآبار حيث أنه عادة يتم
استخراج
نحو 40% من النفط والجزء الأكبر يظل داخل باطن الأرض ويصعب استخراجه .
•
ومن أهم أسباب انتشار النفط هو سهولة نقله وتحويله إلى مشتقات ، و انخفاض
سعره
وتوفره في كثير من البلدان التي لا تستهلك إلا القليل منه .
أولاً:
أصل
البترول
تَكوّن
البترول ـ الذي نستخدمه
اليوم ـ منذ ملايين السنيين. نحن نعلم أن البترول يوجد في
قيعان البحار
القديمة، ويستقر الكثير منه الآن بعيدًا تحت سطح الأرض في المناطق
البرية،
أو تحت قيعان البحار والمحيطات.
وتقول
إحدى النظريات
الخاصة بأصل البترول:
إن
الزيت قد تكوّن من النباتات
الميتة، ومن أجسام مخلوقات دقيقة لا حصر لها. ومضمون
هذه النظرية، أن
مثل هذه البقايا ذات الأصل الحيواني أو النباتي، ترسبت في قيعان
البحار
القديمة، وترسبت فوقها المزيد من الصخور المحتوية على المواد العضوية
نفسها،
التي تحملها الأنهار لتصب في البحار. وقد شكلت هذه المواد العضوية،
المختلطة
بالطين والرمال، طبقة فوق طبقة استقرت على قاع البحار. ولأن الطبقات
القديمة
قد دفنت تحت أعماق أبعد وأبعد، فقد تحللت المواد العضوية بفعل الوزن
والضغط
القائم فوقها. وهذا الضغط الهائل يولد أيضا الحرارة. ومن ثمّ فإنه بفعل
الضغط
والحرارة، فضلا عن النشاط الإشعاعي والتمثيل الكيميائي والبكتيري كذلك،
تحولت
المادة العضوية إلى مكونات الهيدروجين والكربون، التي تتحول في النهاية
إلى
المادة التي نعرفها باسم البترول، ونستخدمها للطاقة. ومن المعتقد أن
الطبقات
العديدة المتراكمة قد كونت الصخور الرسوبية المعروفة، مثل
الصخور الجيرية والصخور
الرملية والدولوميت، والصخور الأخرى التي تكونت
من الجسيمات الرقيقة الهشة، التي
التصقت في كتل صلبة بفعل الضغط الهائل
الذي يتولد نتيجة تراكم هذه الصخور بعضها
فوق بعض، وبعض هذه الصخور كثيف
جدًا لدرجة لا تسمح بنفاذ الزيت والغاز. أما باقي
الصخور، فهي مسامية،
بحيث تسمح للبترول والغازات الطبيعية المصاحبة بأن ترشح من
خلالها.
ويوجد الزيت في باطن الأرض على شكل نقط دقيقه بين حبيبات الرمال والحجر
الرملي
وفي شقوق الحجر الحيرى، وليس صحيحًا ذلك المفهوم الخاطيء أن البترول يوجد
على
شكل بحيرات أو أنهار أو ينابيع.
وهناك
عدة أنواع من
التراكيب الجيولوجية، تصلح لتجميع زيت البترول الخام. وهناك شرطان
أساسيان
لاحتجاز هذا الزيت في الخزان الجوفي وعدم تحركه وهما:
1. لابد
من وجود "مصيدة" تحتجز
الزيت، وتمنع تحركه خلال الطبقة الحاملة له،
وهذه المصيدة قد تكون واحدة من عدة
أنواع سيرد ذكرها.
2.
وجود حاجز من الصخور الصماء، يمنع
هروب الزيت إلى طبقات أعلى، وتسبب
الطبقات الصخرية التي تعلو التكوينات الحاملة
للزيت ضغوطًا كبيرة تصل
إلى آلاف الأرطال على البوصة المربعة، وتزيد من قوة هذا
الضغط
حركة
انثناء الطبقات التي تصاحب تكوين
التركيب الجيولوجي، والتي تكونت نتيجة
للتحركات في القشرة الأرضية في الماضي
السحيق، حيث حدثت انهيارات أو
كسور في قيعان المحيطات بين الطبقات المسامية وغير
المسامية.
وتتسبب
الضغوط
الهائلة في تحرك الزيت والغاز إلى طبقات أكثر مسامية، مثل الحجر الرملي
والحجر
الجيري. ويستمر تحرك الزيت خلال الطبقات المسامية في التركيبات
الجيولوجية،
إلى أن يصادف طبقة من الصخور الصماء غير المسامية، ولا
يستطيع النفاذ منها فيبقى
مكانه. وفي مثل هذه الأماكن يتجمع الزيت
والغاز والماء.
ونتيجة
كل ذلك، تكونت "مصائد" مناسبة
لاحتجاز الزيت والماء وتجميعهما. وهذه
المصائد هي المصدر الرئيس
لاحتياطات العالم اليوم من البترول والغاز الطبيعي، وهي
عادة ما تكون
على مسافات بعيدة الأعماق.
ومن أغلب الأنواع المعروفة من
مصائد
الزيت:
المصائد
الطبقية: لا
تنتمي
بصلة إلى الفالق ولا الانثناء، وإنما ترجع إلى تحول في طبيعة طبقات الأرض،
فتصبح
أقل مسامية، وأقل قابلية للنفاذ، والمصائد الطبقية هي تكوين تحبس فيه
الطبقات
المسامية بين الطبقات غير المسامية.
وفي
مناطق كثيرة من
العالم، هناك رواسب هائلة من الصخور الملحية التي تكون على هيئة
نصف
سائل، أو عجينة، نتيجة لضغط طبقات الصخور الأخرى ودرجة الحرارة، وتدفع خلال
طبقات
الصخور التي تكون بأعلاها فتحدث تقويسًا لها فتكون المصيدة. والملح
الموجود
هذه الحالة لا يسمح بنفاذ البترول ويعمل كصخور مانعة لنفاذه. وقد
تكونت
كل المصائد بسبب التحركات الجيولوجية، بمعنى أن البترول يتجمع في هذه
المصائد
بكميات قد تكون مناسبة واقتصادية، مما يستدعي القيام بعمليات البحث
واستغلاله.
ولاشك أن أسهل هذه المصائد من حيث إمكانية استكشافها وأسخَاهَا عطاءً
للبترول،
هي المصائد من النوع القبوي.
1.
الكشف
وأساليبه: يبدأ البحث عن زيت البترول
بمعرفة الجيولوجي، وهو
لا يقوم بالحفر بحثًا عن الزيت، ولكنه يقوم بعمل مسح تمهيدي
ليقرر أين
"يحتمل" وجود الزيت؟
2.
المسح
الجيولوجي:
3المسح
الجيوفيزيقي:وعادة ما تستخدم أساليب أخرى
بخلاف
الطرق الجيولوجية، وذلك إلى جانب رسم خريطة التكوينات الصخرية الموجودة
تحت
سطح الأرض، من سطح الأرض أو من الجو، وهي:
4 أ.
أسلوب
قياس جاذبية الأرض
ب. أسلوب قياس الاهتزازات أو الزلازل:
ج. أسلوب قياس المغناطيسية
عمليات الحفر
هناك
ثلاثة
أساليب للحفر بحثًا عن الزيت وهي:
أ.
طريقة الدق The
Cable
Tool
ب.
طريقة الدوران "الرحى" The Rotary Drill
ج.
طريقة
الحفر التوربيني Turbo
Drilling
5الإنتاج
طالما
كان
الضغط الطبيعي في قاع البئر كافياً لدفع الزيت إلى السطح، فإن الزيت يتدفق
من
البئر تدفقًا طبيعيًا،والماء والغاز هما اللذان يسببان هذا الضغط.
وعادة ما يكون
أحدهما ذا أثر أكبر من الآخر. وبالنسبة للآبار الحديثة
العهد بالإنتاج، يتدفق
الزيت تدفقًا طبيعيًا لفترة ما، وكلما انخفض
الضغط الطبيعي في الخزان الجوفي
انخفضت كمية الزيت المنتجة تدريجيًا،
ويتلاشى الضغط ويتوقف الإنتاج، مما يستدعي
اتباع طرق صناعية لرفع الضغط
وعودة الإنتاج، وهناك طريقتان لتحقيق ذلك:
أ.
استخدام
المضخات لسحب الزيت.
ب.
رفع الزيت بضغط الغاز والمياه التي
يتم حقنها في البئر.
ثانياً:
التركيب الكيميائي للبترول
إن
أيدروكربونات
السلاسل البارافينية والنفثينية والأروماتية هي المركبات الأساسية
الداخلة
في تركيب البترول 80 – 90%، كما توجد في البترول، علاوة على ذلك، كميات
ضئيلة
نسبيّا من المركبات الأكسجينية والكبريتية والنتروجينية. وتتحدد خواص
البترول
الفيزيائية والكيمائية بنسبة المركبات الداخلة في تركيبه. أما
الأيدروكربونات
غير المشبعة "الأوليفينات" فغالبًا لا تتوفر في الخام،
ولكن يمكن
توفرها نتيجة لعمليات التكرير المختلفة.
1. الأيدروكربونات الداخلة في تركيب البترول
في
البترول
أيدروكربونات غازية وسائلة وصلبة بتركيبات مختلفة ويمكن تقسيمها إلى:
أ. الأيدروكربونات البارافينية "الكانات"
الأيدروكربونات
البارافينية الداخلة في تركيب
البترول عبارة عن غازات أو سوائل أو مواد صلبة عند
درجة الحرارة
العادية، وتحوي سلسلة المركبات الغازية من 1 إلى 4 ذرات كربون (C1
- C4)، وتدخل
هذه المركبات في تركيب الغازات الطبيعية
المصاحبة associated gases "الميثان، الإيثان، البروبان، البيوتان". أما
المواد
التي تحوي من 5 إلى 15 ذرة كربون (C5
- C15)،
فهي سوائل، تدخل في تركيب الجازولين
والكيروسين ووقود آلات الديزل،
وابتداء من (C16
H34) مواد صلبة "شموع
بارافينية".
والأيدروكربونات
سلسلة الميثان أيزومرات مختلفة، يزداد
عددها ازديادًا كبيرًا كلما زاد عدد ذرات
الكربون في السلسلة الكربونية.
وتؤدي هذه الخاصية إلى صعوبة فصل بارافينات منفصلة
مفردة من القطفات
البترولية، نتيجة لتقارب درجات غليان الأيزومرات. ويمكن أن يوجد
البيوتان
على شكلين كالآتي:
والأيدروكربونات
ذات
الصيغة الجزيئية C13
H28، يمكن أن توجد في 802
أيزومر، وكذلك C14 H30 له 1858 أيزومر، ولذلك نرى
أن التركيب الكيميائي للبترول
معقد جدّاً. وأيزومرات الأيدروكربونات
المتفرعة تختلف كلية في خواصّها الكيميائية
والفيزيائية، عن
الأيدروكربونات المقابلة ذات السلسلة المستقيمة. وهذا الاختلاف
ممكن أن
يشاهد حتى بزيادة ذرة كربون واحدة في الجزيء. فنرى أن للهبتان العادي (n-C7
H16) رقم
أكتان = صفر بينما أن للأيزوأكتان (iso-C8
H18)
رقم أكتان = 100. وتعتمد النسبة بين
البارافينات العادية والمتفرعة على
طبيعة الخام ذاته، فالبترول ذو الكثافة الأقل
يكون غنيّاً بالبارافينات
العادية. والبارافينات العادية تؤدي إلى خفض الرقم
الأوكتاني، بينما
البارافينات المتفرعة تؤدي إلى رفع الخصائص المحركية لوقود
الجازولين.
ب. الأيدروكربونات النفثينية "الألكانات الحلقية"
الصيغة
الجزئية
العامة لها Cn
H2n، وتختلف عن الأوليفينات بعدم وجود
روابط
ثنائية. وهي أكثر الأيدروكربونات الداخلة في تركيب البترول انتشارًا.
وتوجد
في قطفات البترول المنخفضة الغليان نفثينات خماسية وسداسية الحلقة
"البنتان
الحلقي والهكسان الحلقي"
CH2
CH2CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
CH2
CH2
البنتان الحلقي الهكسان
الحلقي
وتوجد
كميات كبيرة من الأيدروكربونات
النفثينية في القطفات التي تتبخر عند درجة حرارة
أعلى من 400م. وفي بعض
أنواع البترول الغنية بالبارافينات، تحتوي على القطفات التي
تتبخر عند
درجة 400 - 550م على 70 - 80% من الأيدروكربونات النفثينية. وتتميز
نفثينات
القطفات البترولية العالية بتركيب متعدد الحلقات، أي أنها تحتوي على حلقة
واحدة
أو عدة حلقات ذات سلاسل بارافينية جانبية طويلة.
ج.
الأيدروكربونات
الأروماتية
تدخل
الأيدروكربونات الأروماتية، من
سلسلة البترول والتولوين والنفثالين وغيرها، في
تركيب جميع قطفات
البترول. وقد تم فصل البنزول والتولوين من قطفات الجازولين.
وتحتوي
قطفات الكيروسين على أيدروكربونات أروماتية أحادية الحلقة، وقد ثبت وجود
مشتقات
ثنائي الفينيل والنفثالين وغيرهما، وكذلك مشتقات البنزول ذات السلاسل
الأليفاتية
الجانبية الطويلة والقصيرة في القطفات التي تغلي عند درجات
حرارة أعلى. والقطفات
العالية الغليان تحتوي كقاعدة على نسبة من
الأيدروكربونات الأروماتية أكبر مما
تحتويه القطفات المنخفضة الغليان.
وعلى هذا فإن في الجازولين الذي يحتوى على كمية
كبيرة من الأيدروكربونات
النفثينية، كمية صغيرة من الأيدروكربونات الأروماتية،
وبالعكس فالقطفات
الغنية بالأيدروكربونات البارافينية تحتوي على كمية كبيرة من
الأيدروكربونات
الأروماتيه، وقد اكتشف وجود أيدروكربونات تحتوي على حلقات أروماتية
ونفثينية
في الوقت نفسه، وذلك في القطفات البترولية الزيتية العالية الغليان.
2.
المكونات غير
الأيدروكربونية في البترول
أ.
المركبات
الكبريتية
تتوفر
المركبات الكبريتية في جميع أنواع
البترول بكميات مختلفة 0,5 % الى 3% ويمكن أن
تصل إلى 7%، ويُعدّ الخام
المحتوي على أقل من 0,5% كبريت خامًا منخفض الكبريت،
وأعلى من ذلك يعدّ
خامًا عالي الكبريت.
ويدخل
الكبريت في تركيب مركبات مختلفة،
منها غاز كبريتييد الأيدروجين H2S، والمركتبانات RSH
والكبريتيدات R-S-R وثنائي الكبريتيدات R-S-S-R والكبريتيدات
الحلقية.
ويتوزع
الكبريت
في القطفات البترولية، بحيث تزداد نسبة وجودة مع ارتفاع درجة الغليان.
ب.
المركبات
النتروجينية
توجد
المركبات النتروجينية في
البترول بكميات صغيرة "من 0.03 إلى 0.3%"،
وتزداد نسبة النتروجين في
البترول بزيادة الوزن النوعي، ونسبة المواد الراتنجية،
ويوجد النيتروجين
في الغالب على صورة مركبات ذات طابع عضوي، وتتركز المركبات
النتروجينية
أثناء التقطير بصورة أساسية في المتبقي بعد عملية التقطير الأولى وهو
المازوت.
ج.
المركبات الأكسجينية
لا
تزيد
نسبة الأكسجين في البترول عن 1%، وتنتمي إلى الأحماض النفثينية والفينولات
وكذلك
المركبات الأسفلتية الراتنجية. والأحماض النفثينية من ناحية التركيب
الكيميائي
هي مركبات حلقية تحتوي على مجموعة الكربوكسيل.
د.
الشوائب
المعدنية
إن
دراسة رماد البترول تقودنا إلى أن
البترول يحتوي ـ علاوة على الأزوت N
والكبريت S ـ على عناصر أخرى مثل
الفاناديوم V
والفسفور P والبوتاسيوم K والنيكل Ni واليود I وغيرها.
هـ.
المواد الأسفلتية والراتنجية
تنضم
إلى طائفة
المركبات العديدة الحلقات، ذات الوزن الجزئي الهائل المتعادلة والمحتوية
على
الكبريت،علاوة على الأكسجين وتتركز في المتبقي بعد التقطير.
والمواد
الراتنجية
والأسفلتية تكسب المنتجات البترولية لونًا غامقًا، ويساعد توفر كميات
كبيرة
من هذه المواد في الوقود، على تكوين فحم الكوك والقشور في أسطوانات
المحرك.
وتنقسم
المواد الراتنجية والأسفلتية، طبقًا للتصنيف
المعمول به، إلى راتنجات متعادلة تذوب
في الجازولين الخفيف، وأسفلتينات
"نواتج بلمرة الراتنجات المتعادلة مع
الأحماض الأيدروكسيلية" لا تذوب
في الجازولين الخفيف، ولكنها تذوب في البنزول
والكلوروفورم، وكبريتيد
الكربون، وأحماض بولينفثينية وانهيدريداتها؛ وهى ذات طابع
حمضى، ولا
تذوب في الجازولين الخفيف ولكنها تذوب في الكحول.
ثالثاً: تصنيف البترول ومعالجته
.1تصنيف خام البترول
.2لنظام
تصنيف البترول أهمية
كبيرة، إذ يسمح بتحديد اتجاه تكرير البترول، وقائمة
أنواع المنتجات وجودتها.
ويتخذ
التركيب الأيدروكربوني
أساسًا للتصنيف الكيميائي للبترول، فبعض أنواع الخام تحتوي
على نسب
عالية من البارافينات، ومنها الشموع البارافينية الصلبة، وأنواع أخرى
تحتوي
على النفثينات. وبالتالي فالمنتجات غير القابلة للتقطير "المتبقي"
تختلف
من خام إلى خام آخر.
ويصنف
البترول الخام بطريقة عامة إلى
ثلاثة أصناف:
البترول
ذو الأساس
البارافيني: يحتوي
على الشموع البارافينية، وقد يحتوي على
كميات ضئيلة من المواد الأسفلتية، ويحتوي
عمومًا على الأيدروكربونات
البارافينية، وغالبًا ما يعطي كميات جيدة من الشمع
البارافيني وزيوت
التزييت عالية الجودة.
البترول
ذو
الأساس الإسفلتي: يحتوي
على المواد الإسفلتية بكميات كبيرة،
أما الشمع البارافيني فلا يتوفر أو يتوفر
بكمية ضئيلة، الأيدروكربونات
تكون غالبًا من النوع النفثيني "الحلقي".
وتحتاج زيوت التزييت المنتجة
من هذا الخام إلى نوع من المعالجة لتكون في كفاءة
الزيوت المنتجة من
الخامات ذات الأساس البارافيني.
الخام
ذو
الأساس المختلط: يحتوي
على كل من الشمع البارفيني وكذلك
المواد الإسفلتية بالتساوي، وبه الأيدروكربونات
البارفينية والنفثينية،
وكذلك بعض النسب من الأيدروكربونات الأروماتية.
أ.
الخواص الفيزيائية للبترول ومنتجاته
عرفنا
أن
البترول هو خليط معقد من المركبات الأيدروكربونية؛ ولذلك فإن الخواص
الفيزيائية
التي يتم تعيينها هي في الواقع متوسطات للقيم المفردة لهذه
المركبات.
(1)
الوزن النوعي
النسبي ودرجة API
يعدّ
الوزن
النوعي والكثافة من أهم الخصائص المستخدمة عند دراسة البترول والمنتجات
البترولية.
ولهاتين الخاصيتين أهمية خاصة عند حساب وزن المنتجات البترولية
وكتلتها
في الحالات التي يعين فيها حجم هذه المنتجات بالقياس المباشر.
ويطلق
اصطلاح
الوزن النوعي للسائل أو الغاز،على وزن وحدة حجمه، ويطلق اصطلاح كثافة
السائل
أو الغاز، على كمية المادة الموجودة في وحدة الحجم، ولتعيين الوزن النوعي
لمادة
ما، يجب قسمة وزن جسم منها G على حجمه V: G/V.
ولتعيين كثافة
مادة ما، يجب
قسمة كتلة جسم منها m على حجمه V
KG/M3
P=M/V
أما
الوزن النوعي النسبي "الكثافة النسبية"،
فهي كمية غير مميزة، وتساوي
نسبة كثافة المادة المختبرة إلى كثافة
الماء النقي عند درجات الحرارة القياسية
"+4م للماء و+ 20م للمنتجات
البترولية" ويرمز له بالرمز d420 والكثافة النسبية والوزن النوعي النسبي
كميتان متساويتان عدديّا.
وتقاس كثافة الماء عند درجة 4°م،
إذ أن أعلى كثافة للماء تكون عند هذه
الدرجة. وهناك طريقة أخرى للتعبير
عن كثافة السوائل وهي درجة American Petroleum
Institute API.
وهي
مقلوب
الوزن النوعي النسبي، ويعبّر عنها بالعلاقة التالية:
DegreeAPI=141.5/Sp.gr.60/60°F-131.5
F°=C°X9/5+32
C°=(F°-32)5/9
وتعين
كثافة
المنتجات البترولية بواسطة الهيدروميتر أو بالميزان الأيدروستاتي، وكذلك
بواسطة
قنينة الكثافة.
وتقل
كثافة المنتجات البترولية بارتفاع
درجة الحرارة. كذلك هناك تأثير بسيط للضغط على
كثافة السوائل. وهناك
جداول شاملة تبين تغير الكثافة أو الوزن النوعي مع التغير في
درجة
الحرارة والضغط.
ودرجة
API تبدأ غالبًا من 10 إلى 50 API،
ولكن لمعظم أنواع
خام البترول تنحصر القيمة بين 20 إلى 45 API.
وتستخدم
قيم
الكثافة والوزن النوعي مرشدًا لمعرفة التركيب الكيميائي للخام، فعمومًا
الأيدروكربونات
البارافينية تكون كثافتها قليلة، والأيدروكربونات النفيثينية
والأوليفينية
لها كثافات متوسطة، أمّا الأيدروكربونات الأروماتيه فلها قيم كبيرة
للكثافة.
(2)
اللزوجة "الاحتكاك الداخلي
للسائل"
"وهي
مقاومة السائل لإزاحة إحدى طبقاته
بالنسبة لطبقة أخرى تحت تأثير قوة خارجية"،
ويتم التمييز بين اللزوجة
الدينامية والكينماتية والنسبية.
اللزوجة
الدينامية (n)
وتقاس
بالباسكال ثانية (Pa. s).
واللزوجة
الكينماتية (v)
وهي
النسبة بين اللزوجة الدينامية والكثافة النسبية للسائل d
عند
درجة الحرارة نفسها، وتقاس بالمتر المربع على الثانية.
اللزوجة
النسبية
هي النسبة بين زمن تدفق 200 ملل من المنتج البترولي عند درجة حرارة
الاختبار،
وبين زمن تدفق حجم الماء المقطر نفسه عند درجة 20°م.
مقياس
اللزوجة
البسيط Simple
Viscometer
يتم
تعيين
الزمن الذي يأخذه السائل من الانتفاخ 1للوصول إلى الانتفاخ 2 من خلال
الأنبوبة
C.
تتغير
لزوجة المنتجات البترولية مع التغير في درجة
الحرارة، فتقل بارتفاع درجة الحرارة،
وتزداد بانخفاضها. وبالنسبة لزيوت
التزييت، لابد من تعيين التغير في اللزوجة خلال
معدل درجات التشغيل
العادية.
ومن
هذه الطرق دليل اصطلاحي افتراضي يطلق عليه اسم
دليل اللزوجة Viscosity Index (VI)، ويعين بواسطة مخططات بيانية خاصة، على
أساس معرفة مقدار اللزوجة
عند 100°م، 50°م؛ وذلك
لزيوت قياسية، والمقارنة بينها حيث
يعطي الزيت الذي تتأثر لزوجته
تأثرًا كبيرًا بالتغير في درجة الحرارة VI = صفر، أمّا الزيت الذي له خواص
لزوجة جيدة وذلك بتغير الحرارة
بين هاتين الدرجتين فيعطي VI
= 100.
وتقارن زيوت التزييت بهذا الدليل. فدليل اللزوجة العالي القيمة
يدل على
زيت تتأثر لزوجته تأثرًا طفيفًا مع التغير في درجة الحرارة.
(3)
الوزن
الجزيئي
يتوقف
الوزن الجزيئي للبترول والقطفات
البترولية على الوزن الجزيئي للمركبات الداخلة
فيها وعلى النسبة بينها.
وغالبًا ما تراوح للخام من 250 إلى 300. ويزداد الوزن
الجزيئي للقطفات
البترولية بارتفاع درجة غليانها. والتركيب الأيدروكربوني للقطفات
المتماثلة
من الأنواع المختلفة للبترول مختلف، ونتيجة لذلك تكون أوزانها الجزيئية
غير
متساوية.
وعند
درجات الغليان نفسها، تتميز قطفات الأنواع
البارافينية من البترول بأكبر وزن
جزيئي، وقطفات الأنواع النفثينية
الأروماتية بأقل وزن جزيئي، وتشغل قطفات البترول
ذات القاعدة النفثينية
مكانًا وسطًا.
2. معالجة البترول
يصاحب
البترول أثناء خروجه من البئر غازات وأملاح ومياه
وشوائب ميكانيكية "رمال
وطين"، ولذا يجب فصل هذه الأشياء جزئيًا في
الحقل، وكلياً بعد ذلك في معمل
التكرير.
ويتم
فصل
الغازات المصاحبة في حقول البترول في أجهزة خاصة "مصايد"، ثم تدفع
إلى
وحدة الجازولين لفصل المكثفات الخفيفة، التي تكون غالبًا مصاحبه للغازات،
والتي
يتم فصلها بتكثيفها وتسمى "الجازولين الطبيعي". ثم يدفع الخام بعد
ذلك
إلى مستودعات ترسيب، حيث يتم فصل الشوائب الميكانيكية بالترسيب. بعد ذلك
يتم
نزع الأملاح من البترول عن طريق غسل الأملاح بالماء العذب، ثم ينزع
الماء بعد ذلك
من البترول. ويعالج البترول المحتوي على نسبة كبيرة من
الأملاح بواسطة 10 – 15% من
الماء مرتين أو ثلاث مرات. ويفصل الماء من
البترول في بعض الأحيان بسهولة نسبيًا.
ولكن غالبًا ما يكون مستحلبات
ثابتة مع البترول صعبة الفصل، خصوصًا خلال عمليات
الضخ والنقل في أنابيب
بسرعة كبيرة مما يصعب التخلص منه.
أ.
إعداد
البترول للتكرير
(1)
طرد
الغازات وتثبيت البترول في الحقول
إنّ
الغاز الذي
يصاحب البترول أثناء خروجه من البئر، يجب فصله عن البترول. ويتم هذا
الفصل
في حقول البترول في أجهزة خاصة "مصايد"، وذلك بواسطة خفض سرعة
حركة
مخلوط البترول والغاز. وتستخدم طريقة فصل الغاز على عدة مراحل في حالة وجود
ضغط
عال في البئر.
ولا
يكفي فصل الغاز فقط من البترول، إذ
يتبقى بعد الفصل كثير من القطفات الخفيفة
التي قد تتبخر أثناء التخزين
في المستودعات وصب البترول في الصهاريج... إلـخ.
ولذلك فمن المستحسن
تثبيت البترول في الحقول، وخاصة إذا كان البترول المستخرج
يحتوي على
كثير من القطفات الخفيفة، ويراد نقله لمسافات بعيدة.
ويتلخص
تثبيت
البترول في فصل القطفات الخفيفة والغازات الذائبة عن الخام. وتوجه لهذا
الغرض
أبخرة القطفات الخفيفة والغاز بعد مرورها خلال مكثف إلى فاصل الغاز gas
separator، حيث يفصل الغاز ويدفع بواسطة مضخة إلى شبكة الغاز أو إلى مصانع
معالجة
الغاز. ويوجه البترول المثبت إلى المصانع للتكرير
يدفع
البترول
المنزوع منه الماء والذي لا يحتوي على أكثر من 2% من الماء إلى مبادلات
حرارية
حيث يسخن بواسطة البترول المثبت، ثم يمر في مجموعة مبادلات حرارية مسخنة
بالبخار.
ويدخل البترول بعد تسخينه إلى درجة 90°م في المثبت الذي يعمل
تحت
ضغط 1.5 ضغط جوي، والمزود بمسخن بخاري reboiler يعمل على تثبيت
درجة
الحرارة عند 110°م. ويدفع البترول المثبت في مبادلات حرارية حيث
يبرد
على حساب تسخين البترول الخام غير المثبت، ثم يجمع بعد ذلك في خزان. ويمر
مخلوط
البخار والغاز الخارج من المثبت خلال مكثف وفاصل. وتوجه الغازات الخارجة
من
الفاصل للمعالجة أو تدخل في شبكة جمع الغاز. أما المتكثف فيجمع في
سعة حيث يدفع
جزء منه إلى القسم العلوي للمثبت كرجع.
(2)
نزع
الماء والأملاح من البترول
إن
الماء والشوائب
الميكانيكية "الأملاح والرمل والطين" تصاحب البترول
دائمًا أثناء
استخراجه. ويفصل الماء من البترول في بعض الأحوال بسهولة نسبية،
ولكنه
يكون مستحلبات ثابتة مع البترول في البعض الآخر.
ويجب
أن
يخضع البترول الذي يحصل عليه على صورة مستحلب، لمعالجة خاصة معقدة نسبياً
لفصله
عن الماء والشوائب الميكانيكية، حيث إن تكرير البترول ذو الشوائب
يعقد تشغيل
الوحدات الصناعية إلى حد كبير. فإذا سخن مثلاً بترول يحتوي
على شوائب ميكانيكية في
مبادل حراري، فإن هذه الشوائب تترسب على سطح
التسخين؛ مما يؤدي إلى خفض كفاية
المبادل الحراري، وأثناء مرور البترول
في الأنابيب بسرعات كبيرة يكون للجسيمات
الصلبة تأثير المواد الحاكة، أي
أنها تحك في الأجهزة فتبليها قبل الأوان. ويؤدي
بقاء الشوائب
الميكانيكية في المتبقيات البترولية بعد التقطير، إلى خفض جودة هذه
المتبقيات
وزيادة نسبة الرماد فيها (وقود الغلايات والكوك)، وإلى عدم إمكانية
الحصول
على منتجات مطابقة للمواصفات.
ويتبخر
بشدة الماء الداخل مع
البترول في أجهزة التسخين، فيزداد حجمه زيادة بالغة، مما
يؤدي إلى رفع
الضغط في الأجهزة والإخلال بالمعدلات التشغيلية التقنية
للوحدة. ويحتوي
الماء الموجود في البترول على كمية كبيرة من الأملاح. وتتوفر هذه الأملاح
بصورة
أساسية على هيئة كلوريدات NaCl,MgCl2, CaCl2،
ويتكون حمض الأيدروكلوريك من تحلل كلوريد الكالسيوم وخاصة كلوريد
المغنسيوم
أثناء عملية التقطير، ويحت هذا الحمض الأجهزة بشدة.
ويتضح
مما
سبق أن البترول بعد الحصول عليه من الآبار، يجب أن يخضع لمعالجة إعدادية
لتوفير
درجة نقاوته المطلوبة.
(3)
المستحلبات
البترولية
هناك
نوعان من المستحلبات البترولية:
"الماء في البترول"، مستحلبات
أيدروفوبية hydorphobic، و"البترول في
الماء"، مستحلبات ايدروفيلية hydrophilic.
ومستحلبات
النوع
الأول أكثر انتشاراً من النوع الثاني. وفي مستحلبات النوع الأول يوجد
الماء
في البترول على صورة كمية لا حصر لها من القطرات المتناهية في
الصغر. أما في
مستحلبات النوع الثاني فيكون البترول على صورة قطرات
مفردة معلقة في الماء.
وتتلخص
عملية تكوين المستحلبات في
الآتي: على الحد الفاصل بين سائلين لا يختلط بعضهما
ببعض، وأحدهما مشتت
في الآخر على صورة جسيمات صغيرة جداً، تتراكم مادة ثالثة
ضرورية لتكوين
المستحلب وتسمى بالعامل المستحلب أو مثبت المستحلب. ويذوب العامل
المستحلب
في أحد السائلين مكوّناً ما يشبه الغشاء. ويحجب هذا الغشاء قطرات المادة
المشتتة
ويمنع اندماجها. وهذه العوامل المستحلبة في البترول هي الراتنجات
والأسفلتينات
وصابون الأحماض النفثية والأملاح. وعلاوة على المواد المذكورة، تؤثر
الشوائب
الصلبة المختلفة المشتتة في أحد الأطوار على ثبات المستحلب.
والعوامل
المستحلبة
إما أيدروفيلية أو أيدروفوبية. وتُعدّ المواد الراتنجية الأسفلتية
والأحماض
النفثية الموجودة في البترول مركّبات طبيعية وعوامل مستحلبة أيدروفوبية.
أما
الصوابين الصوديومية والبوتاسيومية التي تتكوّن أساساً من تفاعل الأحماض
النفثية
الموجودة في البترول مع أملاح المعادن الذائبة في ماء الحفر، فهي عوامل
مستحلبة
أيدروفيلية. وتتمتع نفثينات Ca, A1, Fe. Mg بخواص
أيدروفوبية.
والمعلقات الصلبة عديمة النشاط السطحي، إلا أن تراكمها على السطح
البيني
interface، بين البترول والماء يجعل الغشاء أكثر متانة والمستحلب أكثر
ثباتًا.
ويعتمد تكون المستحلبات من النوعين المذكورين أعلاه على وجود هذا النوع أو
ذلك
من العوامل المستحلبة والمثبتة.
ويكون
المستحلب المتكون من
خلط الماء والبترول ذا طابع "بترول في الماء" إذا
كان المثبت يذوب في
الماء. أما إذا كان المثبت يذوب في الوسط الأيدروكربوني فيتكون
المستحلب
من نوع "ماء في البترول".
طرق وأساليب الكشف عن البترول
تعود
معرفة الإنسان بالبترول إلى بدايات تدوين التاريخ(1)، ومع ذلك
لا تزال طرق البحث عن
البترول معقدة، وتتطلب إنفاقا طائلا، وقد بلغت هذه
الطرق من التطور التكنولوجي مدى
بعيداً، في إجراء المسح، السيزمي أو
المغناطيسي أو الكهربي - براً وجواً وبحراً -
وتقدمت باستخدام الحاسبات
الآلية التخصصية.
وتؤدي تحركات الطبقات الأرضية، وما تحدثه من
صدوع
وأخاديد وطيات وتفاعلات إلى اختلافات كثيرة في خصائص الصخور حتى في
المناطق
المتجاورة، ولا يعني وجود التراكيب الجيولوجية بالضرورة وجود
البترول فيها. كما أن
جميع طرق الكشف المتاحة حتى الآن لا تستطيع أن
تجزم بوجود تجمعات بترولية في مسام
الصخور الرسوبية الأولية أو الثانوية
في منطقة معينة. وتوجد هذه التجمعات مع مواد
أخرى أهمها المياه الجوفية
وأنواع شتى من الشوائب، وعلى هذا لا يشغل البترول مائة
في المائة من
حجم المسامية المتاحة في المصائد البترولية سواء كانت تركيبية أم
ترسيبية.
ومن جهة أخرى فإن كمية البترول الموجودة في طبقة صخرية
ما
قد لا تمثل غالبا إلا جزءا صغيرا من الحجم الكلي للطبقة الحاملة للبترول،
كما
أن طبيعة التشبع البترولي في مسام الطبقات الرسوبية يسمح بقابلية
عالية لاستخراج
كمية معينة من البترول، بينما توجد كمية أخرى ملتصقة
بأسطح الحبيبات المكونة
للصخور التصاقا قد يكون كيميائيا ولا يمكن
استخراجها إلا بإجراء عمليات عالية
التكلفة لتغيير خصائص هذا الالتصاق.
ومن هنا لابد من حفر آبار الاستكشاف لتقويم
حقل البترول من حيث إمكان
استخراج الزيت، وحجم الخزان البترولي، وإمكان تنمية
الكشف، وتجميع
البيانات الإضافية للمكمن الجوفي.
أولاً:
التقنيات الحالية لاستكشاف البترول
عالمياً وإقليمياً
البترول
باستخدام مختلف أنواع المسح، والكشف جوياً وأرضياً وجوفياً، ويعتبر الرشح
البترولي
مؤشراً إيجابياً لتحديد أغلب مناطق التنقيب، إلى جانب البحث عن البـترول
في
مصائد بنائية معينة كالطيات المحدبة والقباب(2).
وتشمل
تقنيات التنقيب المسح الجيولوجي الطبقي Stratigraphic Survey، الذي تستخدم
فيه أدوات الاستشعار
عن بعد، كالصور الجوية الرادارية والتصوير
بالأقمار الصناعية، إلى جانب الدراسات
الميدانية بهدف تحديد العناصر
الجيولوجية الرئيسية في مناطق معينة، وأنواع صخورها،
وامتدادها السطحي
وتراكيبها المتنوعة، ورسم خرائط جيولوجية لها، وتقدير احتمالات
تكون
البترول في طبقات رسوبية معينة، وترتيبها وأعماقها وسمك الطبقات الخازنة
المحتملة،
وبعض خصائص المصائد البترولية. ثم تأتي بعد ذلك مرحلة المسح
الجيوفيزيائي
باستخدام الطرق السيزمية والجاذبية والمغناطيسية والمقاومة الكهربية،
والاستقطاب
المستحث، والجهد الذاتي والإشعاع الإلكترومغناطيسي لتحديد أهم الخواص
الطبيعية
للصخور، مثل الكثافة والمسامية والمرونة والسعة الكهربية والصفات
المغناطيسية
وباستكمال
الدراسات الكيميائية للصخور، يمكن معرفة مدى احتوائها على المواد
العضوية
المولدة للبترول، وكذا تعرف مؤشرات وجود خزانات بترولية كبرى، مثل وجود
صخور
مسامية ترتفع بها نسبة الكربونات، وتتحلل موادها بسرعة
ويعتبر
التصوير الطيفي بالأقمار الصناعية ومنها سلسلة لاند سات(4) ـ
التي أطلق أولها عام 1972 ـ من أحدث طرق
المسح الجيولوجي، لدراسة ثروات
الأرض المعدنية والبترولية، ويمكن بواسطتها تحديد
مناطق تسرب البترول
إلى السطح، وأماكن الصدوع والطيات واستراتيجرافية الإقليم.
ويمكن تدقيق
المعلومات المرجحة عن التراكيب الجيولوجية بواسطة أنظمة التصوير
الراداري
المحمولة بواسطة الأقمار الصناعية، والتي تعمل ليلاً ونهاراً، ولا تتأثر
بالسحب،
وتتيح تحديد الأحواض الرسوبية، والاختيار السليم لمواقع المسح الجيوفيزيقي
التالي
للمسح الجيولوجي.
وقطاعات عرضية لامتداد الصخور الظاهرة على
سطح الأرض وتحته، كما تجمع
العينات من مختلف الصخور لتحليلها، وبذلك
تتهيأ قاعدة من المعلومات لاستكمال أعمال
استكشاف البترول. وفي العمل
الميداني يرصد الرشح البترولي الذي قد يتخذ شكل طبقة
بترولية رقيقة فوق
سطح عين أو بحيرة أو نهر، أو صورة تسربات بسيطة من الصخور
المسامية
السطحية المتشققة، كما قد يبدو في صورة بحيرة صغيرة من القار. وقد تخرج
المواد
الأسفلتية على شكل تجمعات لدنة وأغشية رقيقة فوق صخور سطح الأرض، مثل ما
يوجد
في إقليم بوريسلان غرب أوكرانيا Ukraine.
ويشمل المسح
الجيولوجي الطبقي الأولى استخدام مقياس الجاذبية الأرضية Gravimeter لتعرف
مواقع الصخور وكثافاتها،
واستنتاج بعض المعلومات عن التراكيب الجيولوجية
للمكامن والمصائد البترولية.
ثالثاً: المسح
الجيوفيزيائي
يعتبر المسح الجيوفيزيائي الأداة
العملية لاستكمال
المعلومات المفيدة وتدقيقها عن بنية الطبقات وتراكيب
المكامن البترولية، وللحصول
عليها في المناطق صعبة التضاريس كالمناطق
البحرية، والصحاري، والصحاري الجليدية
القطبية، ومناطق البراكين. وقد
أوجدت الحاسبات الآلية قدرات أفضل في معالجة
المعلومات الجيوفيزيائية،
مثلما تطورت استخدامات الفضاء في الكشف عن الثروات
البترولية والمعدنية.
وتشمل الطرق
الجيوفيزيائية الشائعة الاستخدام المسح
السيزمي الذي يسمى أحيانا بالزلزالي،
والجاذبية، والمغناطيسية، والطرق
الكهربية، ثم الطرق الأقل استخداما وهي قياس
الإشعاع والحرارة عند أو
بالقرب من سطح الأرض أو في الجو. وإذا كانت الطرق
السيزمية والجاذبية
هي، أساسا، أدوات للبحث عن البترول، فإن الطرق الكهربية
تستخدم، عادة،
للكشف عن المعادن، وغير أن الروس والفرنسيين يستخدمون الطرق
الكهربية
والمغناطيسية معاً في البحث عن البترول والمعادن.
ويعد المسح
السيزمي أداة عملية لتحديد التكوين الجيولوجي تحت سطح الأرض،
ويعتمد على
تفجير شحنة صغيرة من المتفجرات قريبة من السطح، تنتج عنها صدمة آلية أو
هزة
أو موجة سيزمية، من نوع ريلي Rayleigh
أو لف Love، وهذه الموجة تعود
إلى السطح بعد
انعكاسها من الأوجه الفاصلة بين الطبقات ذات الخواص
الطبيعية المختلفة، وتسجل الانعكاسات
بأجهزة حساسة سريعة الاستجابة
لحركة الأرض Geophones & Detectors، توضع على أبعاد محددة من نقطة
التفجير لتلقي الموجات الصوتية
المنعكسة وقياس زمن ارتداد الموجة
السيزمية. ومن المعروف أن سرعة الموجات الصوتية
تعتمد على كثافة الصخور
التي تمر بها. ويمكن حساب أعماق الطبقات وسمكها واستنتاج
أنواعها بقياس
أزمنة الانعكاس ومقارنتها، وتعرف الظواهر التركيبية في الطبقات
السفلى،
وبيئة الترسيب، ومن ثم إنتاج خرائط تركيبية لأي مستوى جيولوجي يعطي
انعكاسات
للموجات الصوتية، وتحديد أماكن الطيات المحدبة والفوالق والقباب الملحية
والشعب
وخواصها.
ويجري المسح السيزمي أيضاً في البحار، باستبدال
المتفجرات
بشرارة كهربية ذات فولت عال، قد يصل إلى عشرة آلاف فولت، تفرغ تحت الماء
لإحداث
نبض سمعي Acoustic
Pulse على فترات قصيرة متتابعة لإجراء
المسح
السيزمي على أعماق بين 100، 400 متر. ويمكن إجراء هذا المسح على أعماق
كبيرة
قد تصل إلى 2- 2.5كم باستخدام قاذف صغير لخليط متفجر من غازي
البروبان والأكسجين
يشعل بشرارة كهربية. وطريقة الانعكاس السيزمي أنجح
الطرق السيزمية المستخدمة في
معرفة الطبقات القريبة من سطح الأرض،
وتحديد الظواهر التركيبية التي يشتمل أنها
مكامن بترولية، وبخاصة الطيات
المحدبة والفوالق والقباب الملحية وبعض البنيات
الاختراقية الأخرى.
أما
طريقة الانكسار السيزمي فتتيح تسجيل الإشارات
السيزمية على مسافات
كبيرة من نقطة التفجير، والحصول على معلومات عن السرعات
والأعماق الخاصة
بالطبقات تحت السطحية التي تنتقل خلالها. واستخدمت في الماضي في
تحديد
جوانب قباب الملح قبيل استخدام الطريقة الانعكاسية. ومع أن طريقة الانكسار
لا
تعطي معلومات دقيقة عن التراكيب الصخرية، وهي أقل استخداما في استكشاف
البترول
حاليا، إلا أنها مصدر جيد للمعلومات عن سرعة انتشار الموجات في
طبقات الانكسار،
وبالتالي التحديد التقريبي لمواقع وأعماق طبقات صخرية
أو تكوينات جيولوجية معينة.
ومن المعروف أن سرعة انتشار الموجات
السيزمية تبلغ نحو 5500 قدم/ ثانية في الرواسب
الفتاتية، وترتفع إلى
أكثر من 23000 قدم/ ثانية في بعض الصخور النارية، وبذلك يسهل
تحديد عمق
الحوض الرسوبي وشكله برسم خريطة صخور القاعدة التي تتراكم عليها الصخور
الرسوبية.
رابعاً: طريقة الجاذبية
تعتمد
طريقة البحث بالجاذبية ـ في حدود الأميال الأولى
القليلة من سطح الأرض ـ
على قياس التغييرات الصغيرة في جذب الصخور للأجسام والكتل
فوق سطحها،
إذ تختلف قوى الجذب من مكان لآخر طبقا لاختلاف كثافات الصخور تحت سطح
الأرض،
لأن الجاذبية تتناسب طرديا مع الكتل الجاذبة، وعكسيا مع مربع المسافة
إليها.
وإذا كانت الطبقات الأعلى كثافة مقوسة إلى أعلى في تركيب مرتفع مثل الطية
المحدبة
فإن مجال الجاذبية الأرضية يكون فوق محور الطية أكبر منه على طول أجنابها،
كما
أن القبة الملحية، الأقل كثافة من الصخور التي اخترقتها، يمكن كشفها من
القيمة
الصغيرة للجاذبية المقاسة فوقها بالمقارنة بقيمة الجاذبية على أي
من الجانبين.
ولابد لقياس التغير الطفيف في ق
و ها انا اقدمها
الان لتستفيدوا منها
تعريف
البترول:
هو سائل أسود
كثيف سريع
الاشتعال مكون من خليط من المركبات العضوية والتي تتكوّن من
عنصري الكربون
والهيدروجين وتعرف باسم الهيدروكربونات .
• النفط من
الثروات الطبيعية الغير متجددة وتتسابق الدول الصناعية الكبرى على
زيادة
استيراده من الدول المنتجة له والتي تستهلك كميات قليلة منه لقلة التنمية
الصناعية
لديها
• .يساهم النفط اليوم بحوالي 39 % من استهلاك الطاقة العالمي
وتحتوي منطقة الشرق
الأوسط على أغنى مخزون للنفط في العالم .
• تهتم
الدول باكتشاف آبار جديدة للبترول و تطوير طرق حفر الآبار حيث أنه عادة يتم
استخراج
نحو 40% من النفط والجزء الأكبر يظل داخل باطن الأرض ويصعب استخراجه .
•
ومن أهم أسباب انتشار النفط هو سهولة نقله وتحويله إلى مشتقات ، و انخفاض
سعره
وتوفره في كثير من البلدان التي لا تستهلك إلا القليل منه .
أولاً:
أصل
البترول
تَكوّن
البترول ـ الذي نستخدمه
اليوم ـ منذ ملايين السنيين. نحن نعلم أن البترول يوجد في
قيعان البحار
القديمة، ويستقر الكثير منه الآن بعيدًا تحت سطح الأرض في المناطق
البرية،
أو تحت قيعان البحار والمحيطات.
وتقول
إحدى النظريات
الخاصة بأصل البترول:
إن
الزيت قد تكوّن من النباتات
الميتة، ومن أجسام مخلوقات دقيقة لا حصر لها. ومضمون
هذه النظرية، أن
مثل هذه البقايا ذات الأصل الحيواني أو النباتي، ترسبت في قيعان
البحار
القديمة، وترسبت فوقها المزيد من الصخور المحتوية على المواد العضوية
نفسها،
التي تحملها الأنهار لتصب في البحار. وقد شكلت هذه المواد العضوية،
المختلطة
بالطين والرمال، طبقة فوق طبقة استقرت على قاع البحار. ولأن الطبقات
القديمة
قد دفنت تحت أعماق أبعد وأبعد، فقد تحللت المواد العضوية بفعل الوزن
والضغط
القائم فوقها. وهذا الضغط الهائل يولد أيضا الحرارة. ومن ثمّ فإنه بفعل
الضغط
والحرارة، فضلا عن النشاط الإشعاعي والتمثيل الكيميائي والبكتيري كذلك،
تحولت
المادة العضوية إلى مكونات الهيدروجين والكربون، التي تتحول في النهاية
إلى
المادة التي نعرفها باسم البترول، ونستخدمها للطاقة. ومن المعتقد أن
الطبقات
العديدة المتراكمة قد كونت الصخور الرسوبية المعروفة، مثل
الصخور الجيرية والصخور
الرملية والدولوميت، والصخور الأخرى التي تكونت
من الجسيمات الرقيقة الهشة، التي
التصقت في كتل صلبة بفعل الضغط الهائل
الذي يتولد نتيجة تراكم هذه الصخور بعضها
فوق بعض، وبعض هذه الصخور كثيف
جدًا لدرجة لا تسمح بنفاذ الزيت والغاز. أما باقي
الصخور، فهي مسامية،
بحيث تسمح للبترول والغازات الطبيعية المصاحبة بأن ترشح من
خلالها.
ويوجد الزيت في باطن الأرض على شكل نقط دقيقه بين حبيبات الرمال والحجر
الرملي
وفي شقوق الحجر الحيرى، وليس صحيحًا ذلك المفهوم الخاطيء أن البترول يوجد
على
شكل بحيرات أو أنهار أو ينابيع.
وهناك
عدة أنواع من
التراكيب الجيولوجية، تصلح لتجميع زيت البترول الخام. وهناك شرطان
أساسيان
لاحتجاز هذا الزيت في الخزان الجوفي وعدم تحركه وهما:
1. لابد
من وجود "مصيدة" تحتجز
الزيت، وتمنع تحركه خلال الطبقة الحاملة له،
وهذه المصيدة قد تكون واحدة من عدة
أنواع سيرد ذكرها.
2.
وجود حاجز من الصخور الصماء، يمنع
هروب الزيت إلى طبقات أعلى، وتسبب
الطبقات الصخرية التي تعلو التكوينات الحاملة
للزيت ضغوطًا كبيرة تصل
إلى آلاف الأرطال على البوصة المربعة، وتزيد من قوة هذا
الضغط
حركة
انثناء الطبقات التي تصاحب تكوين
التركيب الجيولوجي، والتي تكونت نتيجة
للتحركات في القشرة الأرضية في الماضي
السحيق، حيث حدثت انهيارات أو
كسور في قيعان المحيطات بين الطبقات المسامية وغير
المسامية.
وتتسبب
الضغوط
الهائلة في تحرك الزيت والغاز إلى طبقات أكثر مسامية، مثل الحجر الرملي
والحجر
الجيري. ويستمر تحرك الزيت خلال الطبقات المسامية في التركيبات
الجيولوجية،
إلى أن يصادف طبقة من الصخور الصماء غير المسامية، ولا
يستطيع النفاذ منها فيبقى
مكانه. وفي مثل هذه الأماكن يتجمع الزيت
والغاز والماء.
ونتيجة
كل ذلك، تكونت "مصائد" مناسبة
لاحتجاز الزيت والماء وتجميعهما. وهذه
المصائد هي المصدر الرئيس
لاحتياطات العالم اليوم من البترول والغاز الطبيعي، وهي
عادة ما تكون
على مسافات بعيدة الأعماق.
ومن أغلب الأنواع المعروفة من
مصائد
الزيت:
المصائد
الطبقية: لا
تنتمي
بصلة إلى الفالق ولا الانثناء، وإنما ترجع إلى تحول في طبيعة طبقات الأرض،
فتصبح
أقل مسامية، وأقل قابلية للنفاذ، والمصائد الطبقية هي تكوين تحبس فيه
الطبقات
المسامية بين الطبقات غير المسامية.
وفي
مناطق كثيرة من
العالم، هناك رواسب هائلة من الصخور الملحية التي تكون على هيئة
نصف
سائل، أو عجينة، نتيجة لضغط طبقات الصخور الأخرى ودرجة الحرارة، وتدفع خلال
طبقات
الصخور التي تكون بأعلاها فتحدث تقويسًا لها فتكون المصيدة. والملح
الموجود
هذه الحالة لا يسمح بنفاذ البترول ويعمل كصخور مانعة لنفاذه. وقد
تكونت
كل المصائد بسبب التحركات الجيولوجية، بمعنى أن البترول يتجمع في هذه
المصائد
بكميات قد تكون مناسبة واقتصادية، مما يستدعي القيام بعمليات البحث
واستغلاله.
ولاشك أن أسهل هذه المصائد من حيث إمكانية استكشافها وأسخَاهَا عطاءً
للبترول،
هي المصائد من النوع القبوي.
1.
الكشف
وأساليبه: يبدأ البحث عن زيت البترول
بمعرفة الجيولوجي، وهو
لا يقوم بالحفر بحثًا عن الزيت، ولكنه يقوم بعمل مسح تمهيدي
ليقرر أين
"يحتمل" وجود الزيت؟
2.
المسح
الجيولوجي:
3المسح
الجيوفيزيقي:وعادة ما تستخدم أساليب أخرى
بخلاف
الطرق الجيولوجية، وذلك إلى جانب رسم خريطة التكوينات الصخرية الموجودة
تحت
سطح الأرض، من سطح الأرض أو من الجو، وهي:
4 أ.
أسلوب
قياس جاذبية الأرض
ب. أسلوب قياس الاهتزازات أو الزلازل:
ج. أسلوب قياس المغناطيسية
عمليات الحفر
هناك
ثلاثة
أساليب للحفر بحثًا عن الزيت وهي:
أ.
طريقة الدق The
Cable
Tool
ب.
طريقة الدوران "الرحى" The Rotary Drill
ج.
طريقة
الحفر التوربيني Turbo
Drilling
5الإنتاج
طالما
كان
الضغط الطبيعي في قاع البئر كافياً لدفع الزيت إلى السطح، فإن الزيت يتدفق
من
البئر تدفقًا طبيعيًا،والماء والغاز هما اللذان يسببان هذا الضغط.
وعادة ما يكون
أحدهما ذا أثر أكبر من الآخر. وبالنسبة للآبار الحديثة
العهد بالإنتاج، يتدفق
الزيت تدفقًا طبيعيًا لفترة ما، وكلما انخفض
الضغط الطبيعي في الخزان الجوفي
انخفضت كمية الزيت المنتجة تدريجيًا،
ويتلاشى الضغط ويتوقف الإنتاج، مما يستدعي
اتباع طرق صناعية لرفع الضغط
وعودة الإنتاج، وهناك طريقتان لتحقيق ذلك:
أ.
استخدام
المضخات لسحب الزيت.
ب.
رفع الزيت بضغط الغاز والمياه التي
يتم حقنها في البئر.
ثانياً:
التركيب الكيميائي للبترول
إن
أيدروكربونات
السلاسل البارافينية والنفثينية والأروماتية هي المركبات الأساسية
الداخلة
في تركيب البترول 80 – 90%، كما توجد في البترول، علاوة على ذلك، كميات
ضئيلة
نسبيّا من المركبات الأكسجينية والكبريتية والنتروجينية. وتتحدد خواص
البترول
الفيزيائية والكيمائية بنسبة المركبات الداخلة في تركيبه. أما
الأيدروكربونات
غير المشبعة "الأوليفينات" فغالبًا لا تتوفر في الخام،
ولكن يمكن
توفرها نتيجة لعمليات التكرير المختلفة.
1. الأيدروكربونات الداخلة في تركيب البترول
في
البترول
أيدروكربونات غازية وسائلة وصلبة بتركيبات مختلفة ويمكن تقسيمها إلى:
أ. الأيدروكربونات البارافينية "الكانات"
الأيدروكربونات
البارافينية الداخلة في تركيب
البترول عبارة عن غازات أو سوائل أو مواد صلبة عند
درجة الحرارة
العادية، وتحوي سلسلة المركبات الغازية من 1 إلى 4 ذرات كربون (C1
- C4)، وتدخل
هذه المركبات في تركيب الغازات الطبيعية
المصاحبة associated gases "الميثان، الإيثان، البروبان، البيوتان". أما
المواد
التي تحوي من 5 إلى 15 ذرة كربون (C5
- C15)،
فهي سوائل، تدخل في تركيب الجازولين
والكيروسين ووقود آلات الديزل،
وابتداء من (C16
H34) مواد صلبة "شموع
بارافينية".
والأيدروكربونات
سلسلة الميثان أيزومرات مختلفة، يزداد
عددها ازديادًا كبيرًا كلما زاد عدد ذرات
الكربون في السلسلة الكربونية.
وتؤدي هذه الخاصية إلى صعوبة فصل بارافينات منفصلة
مفردة من القطفات
البترولية، نتيجة لتقارب درجات غليان الأيزومرات. ويمكن أن يوجد
البيوتان
على شكلين كالآتي:
| CH3 – CH2 – CH2 – CH3 | & | CH3 – CH – CH3 – CH3 |
| بيوتان | أيزوبيوتان |
والأيدروكربونات
ذات
الصيغة الجزيئية C13
H28، يمكن أن توجد في 802
أيزومر، وكذلك C14 H30 له 1858 أيزومر، ولذلك نرى
أن التركيب الكيميائي للبترول
معقد جدّاً. وأيزومرات الأيدروكربونات
المتفرعة تختلف كلية في خواصّها الكيميائية
والفيزيائية، عن
الأيدروكربونات المقابلة ذات السلسلة المستقيمة. وهذا الاختلاف
ممكن أن
يشاهد حتى بزيادة ذرة كربون واحدة في الجزيء. فنرى أن للهبتان العادي (n-C7
H16) رقم
أكتان = صفر بينما أن للأيزوأكتان (iso-C8
H18)
رقم أكتان = 100. وتعتمد النسبة بين
البارافينات العادية والمتفرعة على
طبيعة الخام ذاته، فالبترول ذو الكثافة الأقل
يكون غنيّاً بالبارافينات
العادية. والبارافينات العادية تؤدي إلى خفض الرقم
الأوكتاني، بينما
البارافينات المتفرعة تؤدي إلى رفع الخصائص المحركية لوقود
الجازولين.
ب. الأيدروكربونات النفثينية "الألكانات الحلقية"
الصيغة
الجزئية
العامة لها Cn
H2n، وتختلف عن الأوليفينات بعدم وجود
روابط
ثنائية. وهي أكثر الأيدروكربونات الداخلة في تركيب البترول انتشارًا.
وتوجد
في قطفات البترول المنخفضة الغليان نفثينات خماسية وسداسية الحلقة
"البنتان
الحلقي والهكسان الحلقي"
CH2 CH2CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
CH2
CH2
البنتان الحلقي الهكسان
الحلقي
وتوجد
كميات كبيرة من الأيدروكربونات
النفثينية في القطفات التي تتبخر عند درجة حرارة
أعلى من 400م. وفي بعض
أنواع البترول الغنية بالبارافينات، تحتوي على القطفات التي
تتبخر عند
درجة 400 - 550م على 70 - 80% من الأيدروكربونات النفثينية. وتتميز
نفثينات
القطفات البترولية العالية بتركيب متعدد الحلقات، أي أنها تحتوي على حلقة
واحدة
أو عدة حلقات ذات سلاسل بارافينية جانبية طويلة.
ج.
الأيدروكربونات
الأروماتية
تدخل
الأيدروكربونات الأروماتية، من
سلسلة البترول والتولوين والنفثالين وغيرها، في
تركيب جميع قطفات
البترول. وقد تم فصل البنزول والتولوين من قطفات الجازولين.
وتحتوي
قطفات الكيروسين على أيدروكربونات أروماتية أحادية الحلقة، وقد ثبت وجود
مشتقات
ثنائي الفينيل والنفثالين وغيرهما، وكذلك مشتقات البنزول ذات السلاسل
الأليفاتية
الجانبية الطويلة والقصيرة في القطفات التي تغلي عند درجات
حرارة أعلى. والقطفات
العالية الغليان تحتوي كقاعدة على نسبة من
الأيدروكربونات الأروماتية أكبر مما
تحتويه القطفات المنخفضة الغليان.
وعلى هذا فإن في الجازولين الذي يحتوى على كمية
كبيرة من الأيدروكربونات
النفثينية، كمية صغيرة من الأيدروكربونات الأروماتية،
وبالعكس فالقطفات
الغنية بالأيدروكربونات البارافينية تحتوي على كمية كبيرة من
الأيدروكربونات
الأروماتيه، وقد اكتشف وجود أيدروكربونات تحتوي على حلقات أروماتية
ونفثينية
في الوقت نفسه، وذلك في القطفات البترولية الزيتية العالية الغليان.
2.
المكونات غير
الأيدروكربونية في البترول
أ.
المركبات
الكبريتية
تتوفر
المركبات الكبريتية في جميع أنواع
البترول بكميات مختلفة 0,5 % الى 3% ويمكن أن
تصل إلى 7%، ويُعدّ الخام
المحتوي على أقل من 0,5% كبريت خامًا منخفض الكبريت،
وأعلى من ذلك يعدّ
خامًا عالي الكبريت.
ويدخل
الكبريت في تركيب مركبات مختلفة،
منها غاز كبريتييد الأيدروجين H2S، والمركتبانات RSH
والكبريتيدات R-S-R وثنائي الكبريتيدات R-S-S-R والكبريتيدات
الحلقية.
ويتوزع
الكبريت
في القطفات البترولية، بحيث تزداد نسبة وجودة مع ارتفاع درجة الغليان.
ب.
المركبات
النتروجينية
توجد
المركبات النتروجينية في
البترول بكميات صغيرة "من 0.03 إلى 0.3%"،
وتزداد نسبة النتروجين في
البترول بزيادة الوزن النوعي، ونسبة المواد الراتنجية،
ويوجد النيتروجين
في الغالب على صورة مركبات ذات طابع عضوي، وتتركز المركبات
النتروجينية
أثناء التقطير بصورة أساسية في المتبقي بعد عملية التقطير الأولى وهو
المازوت.
ج.
المركبات الأكسجينية
لا
تزيد
نسبة الأكسجين في البترول عن 1%، وتنتمي إلى الأحماض النفثينية والفينولات
وكذلك
المركبات الأسفلتية الراتنجية. والأحماض النفثينية من ناحية التركيب
الكيميائي
هي مركبات حلقية تحتوي على مجموعة الكربوكسيل.
د.
الشوائب
المعدنية
إن
دراسة رماد البترول تقودنا إلى أن
البترول يحتوي ـ علاوة على الأزوت N
والكبريت S ـ على عناصر أخرى مثل
الفاناديوم V
والفسفور P والبوتاسيوم K والنيكل Ni واليود I وغيرها.
هـ.
المواد الأسفلتية والراتنجية
تنضم
إلى طائفة
المركبات العديدة الحلقات، ذات الوزن الجزئي الهائل المتعادلة والمحتوية
على
الكبريت،علاوة على الأكسجين وتتركز في المتبقي بعد التقطير.
والمواد
الراتنجية
والأسفلتية تكسب المنتجات البترولية لونًا غامقًا، ويساعد توفر كميات
كبيرة
من هذه المواد في الوقود، على تكوين فحم الكوك والقشور في أسطوانات
المحرك.
وتنقسم
المواد الراتنجية والأسفلتية، طبقًا للتصنيف
المعمول به، إلى راتنجات متعادلة تذوب
في الجازولين الخفيف، وأسفلتينات
"نواتج بلمرة الراتنجات المتعادلة مع
الأحماض الأيدروكسيلية" لا تذوب
في الجازولين الخفيف، ولكنها تذوب في البنزول
والكلوروفورم، وكبريتيد
الكربون، وأحماض بولينفثينية وانهيدريداتها؛ وهى ذات طابع
حمضى، ولا
تذوب في الجازولين الخفيف ولكنها تذوب في الكحول.
ثالثاً: تصنيف البترول ومعالجته
.1تصنيف خام البترول
.2لنظام
تصنيف البترول أهمية
كبيرة، إذ يسمح بتحديد اتجاه تكرير البترول، وقائمة
أنواع المنتجات وجودتها.
ويتخذ
التركيب الأيدروكربوني
أساسًا للتصنيف الكيميائي للبترول، فبعض أنواع الخام تحتوي
على نسب
عالية من البارافينات، ومنها الشموع البارافينية الصلبة، وأنواع أخرى
تحتوي
على النفثينات. وبالتالي فالمنتجات غير القابلة للتقطير "المتبقي"
تختلف
من خام إلى خام آخر.
ويصنف
البترول الخام بطريقة عامة إلى
ثلاثة أصناف:
البترول
ذو الأساس
البارافيني: يحتوي
على الشموع البارافينية، وقد يحتوي على
كميات ضئيلة من المواد الأسفلتية، ويحتوي
عمومًا على الأيدروكربونات
البارافينية، وغالبًا ما يعطي كميات جيدة من الشمع
البارافيني وزيوت
التزييت عالية الجودة.
البترول
ذو
الأساس الإسفلتي: يحتوي
على المواد الإسفلتية بكميات كبيرة،
أما الشمع البارافيني فلا يتوفر أو يتوفر
بكمية ضئيلة، الأيدروكربونات
تكون غالبًا من النوع النفثيني "الحلقي".
وتحتاج زيوت التزييت المنتجة
من هذا الخام إلى نوع من المعالجة لتكون في كفاءة
الزيوت المنتجة من
الخامات ذات الأساس البارافيني.
الخام
ذو
الأساس المختلط: يحتوي
على كل من الشمع البارفيني وكذلك
المواد الإسفلتية بالتساوي، وبه الأيدروكربونات
البارفينية والنفثينية،
وكذلك بعض النسب من الأيدروكربونات الأروماتية.
أ.
الخواص الفيزيائية للبترول ومنتجاته
عرفنا
أن
البترول هو خليط معقد من المركبات الأيدروكربونية؛ ولذلك فإن الخواص
الفيزيائية
التي يتم تعيينها هي في الواقع متوسطات للقيم المفردة لهذه
المركبات.
(1)
الوزن النوعي
النسبي ودرجة API
يعدّ
الوزن
النوعي والكثافة من أهم الخصائص المستخدمة عند دراسة البترول والمنتجات
البترولية.
ولهاتين الخاصيتين أهمية خاصة عند حساب وزن المنتجات البترولية
وكتلتها
في الحالات التي يعين فيها حجم هذه المنتجات بالقياس المباشر.
ويطلق
اصطلاح
الوزن النوعي للسائل أو الغاز،على وزن وحدة حجمه، ويطلق اصطلاح كثافة
السائل
أو الغاز، على كمية المادة الموجودة في وحدة الحجم، ولتعيين الوزن النوعي
لمادة
ما، يجب قسمة وزن جسم منها G على حجمه V: G/V.
ولتعيين كثافة
مادة ما، يجب
قسمة كتلة جسم منها m على حجمه V
KG/M3
P=M/V
أما
الوزن النوعي النسبي "الكثافة النسبية"،
فهي كمية غير مميزة، وتساوي
نسبة كثافة المادة المختبرة إلى كثافة
الماء النقي عند درجات الحرارة القياسية
"+4م للماء و+ 20م للمنتجات
البترولية" ويرمز له بالرمز d420 والكثافة النسبية والوزن النوعي النسبي
كميتان متساويتان عدديّا.
وتقاس كثافة الماء عند درجة 4°م،
إذ أن أعلى كثافة للماء تكون عند هذه
الدرجة. وهناك طريقة أخرى للتعبير
عن كثافة السوائل وهي درجة American Petroleum
Institute API.
وهي
مقلوب
الوزن النوعي النسبي، ويعبّر عنها بالعلاقة التالية:
DegreeAPI=141.5/Sp.gr.60/60°F-131.5
F°=C°X9/5+32
C°=(F°-32)5/9
وتعين
كثافة
المنتجات البترولية بواسطة الهيدروميتر أو بالميزان الأيدروستاتي، وكذلك
بواسطة
قنينة الكثافة.
وتقل
كثافة المنتجات البترولية بارتفاع
درجة الحرارة. كذلك هناك تأثير بسيط للضغط على
كثافة السوائل. وهناك
جداول شاملة تبين تغير الكثافة أو الوزن النوعي مع التغير في
درجة
الحرارة والضغط.
ودرجة
API تبدأ غالبًا من 10 إلى 50 API،
ولكن لمعظم أنواع
خام البترول تنحصر القيمة بين 20 إلى 45 API.
وتستخدم
قيم
الكثافة والوزن النوعي مرشدًا لمعرفة التركيب الكيميائي للخام، فعمومًا
الأيدروكربونات
البارافينية تكون كثافتها قليلة، والأيدروكربونات النفيثينية
والأوليفينية
لها كثافات متوسطة، أمّا الأيدروكربونات الأروماتيه فلها قيم كبيرة
للكثافة.
(2)
اللزوجة "الاحتكاك الداخلي
للسائل"
"وهي
مقاومة السائل لإزاحة إحدى طبقاته
بالنسبة لطبقة أخرى تحت تأثير قوة خارجية"،
ويتم التمييز بين اللزوجة
الدينامية والكينماتية والنسبية.
اللزوجة
الدينامية (n)
وتقاس
بالباسكال ثانية (Pa. s).
واللزوجة
الكينماتية (v)
وهي
النسبة بين اللزوجة الدينامية والكثافة النسبية للسائل d
عند
درجة الحرارة نفسها، وتقاس بالمتر المربع على الثانية.
اللزوجة
النسبية
هي النسبة بين زمن تدفق 200 ملل من المنتج البترولي عند درجة حرارة
الاختبار،
وبين زمن تدفق حجم الماء المقطر نفسه عند درجة 20°م.
مقياس
اللزوجة
البسيط Simple
Viscometer
يتم
تعيين
الزمن الذي يأخذه السائل من الانتفاخ 1للوصول إلى الانتفاخ 2 من خلال
الأنبوبة
C.
تتغير
لزوجة المنتجات البترولية مع التغير في درجة
الحرارة، فتقل بارتفاع درجة الحرارة،
وتزداد بانخفاضها. وبالنسبة لزيوت
التزييت، لابد من تعيين التغير في اللزوجة خلال
معدل درجات التشغيل
العادية.
ومن
هذه الطرق دليل اصطلاحي افتراضي يطلق عليه اسم
دليل اللزوجة Viscosity Index (VI)، ويعين بواسطة مخططات بيانية خاصة، على
أساس معرفة مقدار اللزوجة
عند 100°م، 50°م؛ وذلك
لزيوت قياسية، والمقارنة بينها حيث
يعطي الزيت الذي تتأثر لزوجته
تأثرًا كبيرًا بالتغير في درجة الحرارة VI = صفر، أمّا الزيت الذي له خواص
لزوجة جيدة وذلك بتغير الحرارة
بين هاتين الدرجتين فيعطي VI
= 100.
وتقارن زيوت التزييت بهذا الدليل. فدليل اللزوجة العالي القيمة
يدل على
زيت تتأثر لزوجته تأثرًا طفيفًا مع التغير في درجة الحرارة.
(3)
الوزن
الجزيئي
يتوقف
الوزن الجزيئي للبترول والقطفات
البترولية على الوزن الجزيئي للمركبات الداخلة
فيها وعلى النسبة بينها.
وغالبًا ما تراوح للخام من 250 إلى 300. ويزداد الوزن
الجزيئي للقطفات
البترولية بارتفاع درجة غليانها. والتركيب الأيدروكربوني للقطفات
المتماثلة
من الأنواع المختلفة للبترول مختلف، ونتيجة لذلك تكون أوزانها الجزيئية
غير
متساوية.
وعند
درجات الغليان نفسها، تتميز قطفات الأنواع
البارافينية من البترول بأكبر وزن
جزيئي، وقطفات الأنواع النفثينية
الأروماتية بأقل وزن جزيئي، وتشغل قطفات البترول
ذات القاعدة النفثينية
مكانًا وسطًا.
2. معالجة البترول
يصاحب
البترول أثناء خروجه من البئر غازات وأملاح ومياه
وشوائب ميكانيكية "رمال
وطين"، ولذا يجب فصل هذه الأشياء جزئيًا في
الحقل، وكلياً بعد ذلك في معمل
التكرير.
ويتم
فصل
الغازات المصاحبة في حقول البترول في أجهزة خاصة "مصايد"، ثم تدفع
إلى
وحدة الجازولين لفصل المكثفات الخفيفة، التي تكون غالبًا مصاحبه للغازات،
والتي
يتم فصلها بتكثيفها وتسمى "الجازولين الطبيعي". ثم يدفع الخام بعد
ذلك
إلى مستودعات ترسيب، حيث يتم فصل الشوائب الميكانيكية بالترسيب. بعد ذلك
يتم
نزع الأملاح من البترول عن طريق غسل الأملاح بالماء العذب، ثم ينزع
الماء بعد ذلك
من البترول. ويعالج البترول المحتوي على نسبة كبيرة من
الأملاح بواسطة 10 – 15% من
الماء مرتين أو ثلاث مرات. ويفصل الماء من
البترول في بعض الأحيان بسهولة نسبيًا.
ولكن غالبًا ما يكون مستحلبات
ثابتة مع البترول صعبة الفصل، خصوصًا خلال عمليات
الضخ والنقل في أنابيب
بسرعة كبيرة مما يصعب التخلص منه.
أ.
إعداد
البترول للتكرير
(1)
طرد
الغازات وتثبيت البترول في الحقول
إنّ
الغاز الذي
يصاحب البترول أثناء خروجه من البئر، يجب فصله عن البترول. ويتم هذا
الفصل
في حقول البترول في أجهزة خاصة "مصايد"، وذلك بواسطة خفض سرعة
حركة
مخلوط البترول والغاز. وتستخدم طريقة فصل الغاز على عدة مراحل في حالة وجود
ضغط
عال في البئر.
ولا
يكفي فصل الغاز فقط من البترول، إذ
يتبقى بعد الفصل كثير من القطفات الخفيفة
التي قد تتبخر أثناء التخزين
في المستودعات وصب البترول في الصهاريج... إلـخ.
ولذلك فمن المستحسن
تثبيت البترول في الحقول، وخاصة إذا كان البترول المستخرج
يحتوي على
كثير من القطفات الخفيفة، ويراد نقله لمسافات بعيدة.
ويتلخص
تثبيت
البترول في فصل القطفات الخفيفة والغازات الذائبة عن الخام. وتوجه لهذا
الغرض
أبخرة القطفات الخفيفة والغاز بعد مرورها خلال مكثف إلى فاصل الغاز gas
separator، حيث يفصل الغاز ويدفع بواسطة مضخة إلى شبكة الغاز أو إلى مصانع
معالجة
الغاز. ويوجه البترول المثبت إلى المصانع للتكرير
يدفع
البترول
المنزوع منه الماء والذي لا يحتوي على أكثر من 2% من الماء إلى مبادلات
حرارية
حيث يسخن بواسطة البترول المثبت، ثم يمر في مجموعة مبادلات حرارية مسخنة
بالبخار.
ويدخل البترول بعد تسخينه إلى درجة 90°م في المثبت الذي يعمل
تحت
ضغط 1.5 ضغط جوي، والمزود بمسخن بخاري reboiler يعمل على تثبيت
درجة
الحرارة عند 110°م. ويدفع البترول المثبت في مبادلات حرارية حيث
يبرد
على حساب تسخين البترول الخام غير المثبت، ثم يجمع بعد ذلك في خزان. ويمر
مخلوط
البخار والغاز الخارج من المثبت خلال مكثف وفاصل. وتوجه الغازات الخارجة
من
الفاصل للمعالجة أو تدخل في شبكة جمع الغاز. أما المتكثف فيجمع في
سعة حيث يدفع
جزء منه إلى القسم العلوي للمثبت كرجع.
(2)
نزع
الماء والأملاح من البترول
إن
الماء والشوائب
الميكانيكية "الأملاح والرمل والطين" تصاحب البترول
دائمًا أثناء
استخراجه. ويفصل الماء من البترول في بعض الأحوال بسهولة نسبية،
ولكنه
يكون مستحلبات ثابتة مع البترول في البعض الآخر.
ويجب
أن
يخضع البترول الذي يحصل عليه على صورة مستحلب، لمعالجة خاصة معقدة نسبياً
لفصله
عن الماء والشوائب الميكانيكية، حيث إن تكرير البترول ذو الشوائب
يعقد تشغيل
الوحدات الصناعية إلى حد كبير. فإذا سخن مثلاً بترول يحتوي
على شوائب ميكانيكية في
مبادل حراري، فإن هذه الشوائب تترسب على سطح
التسخين؛ مما يؤدي إلى خفض كفاية
المبادل الحراري، وأثناء مرور البترول
في الأنابيب بسرعات كبيرة يكون للجسيمات
الصلبة تأثير المواد الحاكة، أي
أنها تحك في الأجهزة فتبليها قبل الأوان. ويؤدي
بقاء الشوائب
الميكانيكية في المتبقيات البترولية بعد التقطير، إلى خفض جودة هذه
المتبقيات
وزيادة نسبة الرماد فيها (وقود الغلايات والكوك)، وإلى عدم إمكانية
الحصول
على منتجات مطابقة للمواصفات.
ويتبخر
بشدة الماء الداخل مع
البترول في أجهزة التسخين، فيزداد حجمه زيادة بالغة، مما
يؤدي إلى رفع
الضغط في الأجهزة والإخلال بالمعدلات التشغيلية التقنية
للوحدة. ويحتوي
الماء الموجود في البترول على كمية كبيرة من الأملاح. وتتوفر هذه الأملاح
بصورة
أساسية على هيئة كلوريدات NaCl,MgCl2, CaCl2،
ويتكون حمض الأيدروكلوريك من تحلل كلوريد الكالسيوم وخاصة كلوريد
المغنسيوم
أثناء عملية التقطير، ويحت هذا الحمض الأجهزة بشدة.
ويتضح
مما
سبق أن البترول بعد الحصول عليه من الآبار، يجب أن يخضع لمعالجة إعدادية
لتوفير
درجة نقاوته المطلوبة.
(3)
المستحلبات
البترولية
هناك
نوعان من المستحلبات البترولية:
"الماء في البترول"، مستحلبات
أيدروفوبية hydorphobic، و"البترول في
الماء"، مستحلبات ايدروفيلية hydrophilic.
ومستحلبات
النوع
الأول أكثر انتشاراً من النوع الثاني. وفي مستحلبات النوع الأول يوجد
الماء
في البترول على صورة كمية لا حصر لها من القطرات المتناهية في
الصغر. أما في
مستحلبات النوع الثاني فيكون البترول على صورة قطرات
مفردة معلقة في الماء.
وتتلخص
عملية تكوين المستحلبات في
الآتي: على الحد الفاصل بين سائلين لا يختلط بعضهما
ببعض، وأحدهما مشتت
في الآخر على صورة جسيمات صغيرة جداً، تتراكم مادة ثالثة
ضرورية لتكوين
المستحلب وتسمى بالعامل المستحلب أو مثبت المستحلب. ويذوب العامل
المستحلب
في أحد السائلين مكوّناً ما يشبه الغشاء. ويحجب هذا الغشاء قطرات المادة
المشتتة
ويمنع اندماجها. وهذه العوامل المستحلبة في البترول هي الراتنجات
والأسفلتينات
وصابون الأحماض النفثية والأملاح. وعلاوة على المواد المذكورة، تؤثر
الشوائب
الصلبة المختلفة المشتتة في أحد الأطوار على ثبات المستحلب.
والعوامل
المستحلبة
إما أيدروفيلية أو أيدروفوبية. وتُعدّ المواد الراتنجية الأسفلتية
والأحماض
النفثية الموجودة في البترول مركّبات طبيعية وعوامل مستحلبة أيدروفوبية.
أما
الصوابين الصوديومية والبوتاسيومية التي تتكوّن أساساً من تفاعل الأحماض
النفثية
الموجودة في البترول مع أملاح المعادن الذائبة في ماء الحفر، فهي عوامل
مستحلبة
أيدروفيلية. وتتمتع نفثينات Ca, A1, Fe. Mg بخواص
أيدروفوبية.
والمعلقات الصلبة عديمة النشاط السطحي، إلا أن تراكمها على السطح
البيني
interface، بين البترول والماء يجعل الغشاء أكثر متانة والمستحلب أكثر
ثباتًا.
ويعتمد تكون المستحلبات من النوعين المذكورين أعلاه على وجود هذا النوع أو
ذلك
من العوامل المستحلبة والمثبتة.
ويكون
المستحلب المتكون من
خلط الماء والبترول ذا طابع "بترول في الماء" إذا
كان المثبت يذوب في
الماء. أما إذا كان المثبت يذوب في الوسط الأيدروكربوني فيتكون
المستحلب
من نوع "ماء في البترول".
طرق وأساليب الكشف عن البترول
تعود
معرفة الإنسان بالبترول إلى بدايات تدوين التاريخ(1)، ومع ذلك
لا تزال طرق البحث عن
البترول معقدة، وتتطلب إنفاقا طائلا، وقد بلغت هذه
الطرق من التطور التكنولوجي مدى
بعيداً، في إجراء المسح، السيزمي أو
المغناطيسي أو الكهربي - براً وجواً وبحراً -
وتقدمت باستخدام الحاسبات
الآلية التخصصية.
وتؤدي تحركات الطبقات الأرضية، وما تحدثه من
صدوع
وأخاديد وطيات وتفاعلات إلى اختلافات كثيرة في خصائص الصخور حتى في
المناطق
المتجاورة، ولا يعني وجود التراكيب الجيولوجية بالضرورة وجود
البترول فيها. كما أن
جميع طرق الكشف المتاحة حتى الآن لا تستطيع أن
تجزم بوجود تجمعات بترولية في مسام
الصخور الرسوبية الأولية أو الثانوية
في منطقة معينة. وتوجد هذه التجمعات مع مواد
أخرى أهمها المياه الجوفية
وأنواع شتى من الشوائب، وعلى هذا لا يشغل البترول مائة
في المائة من
حجم المسامية المتاحة في المصائد البترولية سواء كانت تركيبية أم
ترسيبية.
ومن جهة أخرى فإن كمية البترول الموجودة في طبقة صخرية
ما
قد لا تمثل غالبا إلا جزءا صغيرا من الحجم الكلي للطبقة الحاملة للبترول،
كما
أن طبيعة التشبع البترولي في مسام الطبقات الرسوبية يسمح بقابلية
عالية لاستخراج
كمية معينة من البترول، بينما توجد كمية أخرى ملتصقة
بأسطح الحبيبات المكونة
للصخور التصاقا قد يكون كيميائيا ولا يمكن
استخراجها إلا بإجراء عمليات عالية
التكلفة لتغيير خصائص هذا الالتصاق.
ومن هنا لابد من حفر آبار الاستكشاف لتقويم
حقل البترول من حيث إمكان
استخراج الزيت، وحجم الخزان البترولي، وإمكان تنمية
الكشف، وتجميع
البيانات الإضافية للمكمن الجوفي.
أولاً:
التقنيات الحالية لاستكشاف البترول
عالمياً وإقليمياً
لا توجد مناطق محددة أو صخور معينة، أو أعماق متقاربة،
أو
عصور جيولوجية محددة يوجد فيها البترول وإن كنا نعرف أن البترول قد تكون
واختزن
واحتجز في طبقات يتراوح أعمارها التكوينية بين حقبة الحياة
العتيقة Paleozoic والعصور السفلى لحقبة الحياة
المتوسطة، وأن الاستكشاف
والإنتاج البترولي قد امتد إلى الحقبة الحديثة Cenozoic. ومن ثم يتطلب
العثور على البترول
دراسة طبقات الصخور تحت سطح الأرض، وتراكيبها
الجيولوجية، بحثا عن الأحواض
الرسوبية والمكامن البترولية المحتملة
فيها، سواء على اليابسة، أم تحت سطح البحر،
بل وتحت الجليد في شمال
الكرة الأرضية وجنوبها.
أو
عصور جيولوجية محددة يوجد فيها البترول وإن كنا نعرف أن البترول قد تكون
واختزن
واحتجز في طبقات يتراوح أعمارها التكوينية بين حقبة الحياة
العتيقة Paleozoic والعصور السفلى لحقبة الحياة
المتوسطة، وأن الاستكشاف
والإنتاج البترولي قد امتد إلى الحقبة الحديثة Cenozoic. ومن ثم يتطلب
العثور على البترول
دراسة طبقات الصخور تحت سطح الأرض، وتراكيبها
الجيولوجية، بحثا عن الأحواض
الرسوبية والمكامن البترولية المحتملة
فيها، سواء على اليابسة، أم تحت سطح البحر،
بل وتحت الجليد في شمال
الكرة الأرضية وجنوبها.
| الجيولوجيا ـ إذاً ـ من خلال مشاهدات الصخور والآبار، والجيوفيزياء بطرقها العديدة تقدم اليوم وسائل عملية لدراسة تكوين باطن الأرض وتركيبه، ومع ذلك لا تستطيع جميع الدراسات الجيولوجية الجيوفيزيائية والجيوكيميائية(3) أن تحدد بدقة مواقع تجمعات البترول والغاز مهما كانت شمولية تلك الدراسات، إذ لابد من الحفر، فهو العامل الحاسم في استكشاف البترول، ويرتبط النجاح فيه بالتحديد الدقيق لمواقع الآبار، وتقدير العمق المحتمل وجود البترول به في الطبقة أو الطبقات، وكفاءة برمجة الحفر ونظم معلوماته، للتعرف على الطبقات تحت السطحية في أثنائه وتقدير السمك والعمق لكل منهما. ثانياً: المسح الجيولوجي الطبقي في أوائل القرن العشرين كانت مناطق التنقيب عن البترول هي التي تظهر فيها شواهد بترولية مثل البقع البتيومينية، وتسربات الغازات، وبعض الصخور الأسفلتية التي تكشفها عوامل التعرية. ثم بدأ الاعتماد على أجهزة قياس المغناطيسية الأرضية لتحديد الاختلافات الصغيرة أو الطفيفة في المجالات المغناطيسية للتراكيب الصخرية، حتى يمكن الاستدلال على بنية الطبقات ومعرفة نوعيات التراكيب الجيولوجية للصخور الرسوبية، وإنشاء خطوط الكنتورات تحت السطحية، وتحديد مناطق الثنيات أو الطيات الصخرية المحدبة والمقعرة، وسمك بعض الطبقات الرسوبية فيها. وبتطور تكنولوجيات التنقيب عن البترول يجري حاليا قياس المغناطيسية الأرضية عن طريق المسح الجوي، الذي يتيح تغطية مساحات كبيرة، والوصول إلى مناطق صعبة طبوغرافيا، والتي لا يسهل استخدام طرق النقل الأخرى فيها. |
[justify]
ويتطلب
التنقيب عن البترول استثمارات مادية كبيرة،
وخبرات تكنولوجية متطورة،
وتمويلا مستمرا لخطط الاستكشاف، وتكامل عناصر تعدين
البترول وصناعته،
ونقله وتسويقه. وهدف التنقيب الواضح هو البحث عن مكامن تجمع
ويتطلب
التنقيب عن البترول استثمارات مادية كبيرة،
وخبرات تكنولوجية متطورة،
وتمويلا مستمرا لخطط الاستكشاف، وتكامل عناصر تعدين
البترول وصناعته،
ونقله وتسويقه. وهدف التنقيب الواضح هو البحث عن مكامن تجمع
البترول
باستخدام مختلف أنواع المسح، والكشف جوياً وأرضياً وجوفياً، ويعتبر الرشح
البترولي
مؤشراً إيجابياً لتحديد أغلب مناطق التنقيب، إلى جانب البحث عن البـترول
في
مصائد بنائية معينة كالطيات المحدبة والقباب(2).
وتشمل
تقنيات التنقيب المسح الجيولوجي الطبقي Stratigraphic Survey، الذي تستخدم
فيه أدوات الاستشعار
عن بعد، كالصور الجوية الرادارية والتصوير
بالأقمار الصناعية، إلى جانب الدراسات
الميدانية بهدف تحديد العناصر
الجيولوجية الرئيسية في مناطق معينة، وأنواع صخورها،
وامتدادها السطحي
وتراكيبها المتنوعة، ورسم خرائط جيولوجية لها، وتقدير احتمالات
تكون
البترول في طبقات رسوبية معينة، وترتيبها وأعماقها وسمك الطبقات الخازنة
المحتملة،
وبعض خصائص المصائد البترولية. ثم تأتي بعد ذلك مرحلة المسح
الجيوفيزيائي
باستخدام الطرق السيزمية والجاذبية والمغناطيسية والمقاومة الكهربية،
والاستقطاب
المستحث، والجهد الذاتي والإشعاع الإلكترومغناطيسي لتحديد أهم الخواص
الطبيعية
للصخور، مثل الكثافة والمسامية والمرونة والسعة الكهربية والصفات
المغناطيسية
وباستكمال
الدراسات الكيميائية للصخور، يمكن معرفة مدى احتوائها على المواد
العضوية
المولدة للبترول، وكذا تعرف مؤشرات وجود خزانات بترولية كبرى، مثل وجود
صخور
مسامية ترتفع بها نسبة الكربونات، وتتحلل موادها بسرعة
ويعتبر
التصوير الطيفي بالأقمار الصناعية ومنها سلسلة لاند سات(4) ـ
التي أطلق أولها عام 1972 ـ من أحدث طرق
المسح الجيولوجي، لدراسة ثروات
الأرض المعدنية والبترولية، ويمكن بواسطتها تحديد
مناطق تسرب البترول
إلى السطح، وأماكن الصدوع والطيات واستراتيجرافية الإقليم.
ويمكن تدقيق
المعلومات المرجحة عن التراكيب الجيولوجية بواسطة أنظمة التصوير
الراداري
المحمولة بواسطة الأقمار الصناعية، والتي تعمل ليلاً ونهاراً، ولا تتأثر
بالسحب،
وتتيح تحديد الأحواض الرسوبية، والاختيار السليم لمواقع المسح الجيوفيزيقي
التالي
للمسح الجيولوجي.
وقطاعات عرضية لامتداد الصخور الظاهرة على
سطح الأرض وتحته، كما تجمع
العينات من مختلف الصخور لتحليلها، وبذلك
تتهيأ قاعدة من المعلومات لاستكمال أعمال
استكشاف البترول. وفي العمل
الميداني يرصد الرشح البترولي الذي قد يتخذ شكل طبقة
بترولية رقيقة فوق
سطح عين أو بحيرة أو نهر، أو صورة تسربات بسيطة من الصخور
المسامية
السطحية المتشققة، كما قد يبدو في صورة بحيرة صغيرة من القار. وقد تخرج
المواد
الأسفلتية على شكل تجمعات لدنة وأغشية رقيقة فوق صخور سطح الأرض، مثل ما
يوجد
في إقليم بوريسلان غرب أوكرانيا Ukraine.
ويشمل المسح
الجيولوجي الطبقي الأولى استخدام مقياس الجاذبية الأرضية Gravimeter لتعرف
مواقع الصخور وكثافاتها،
واستنتاج بعض المعلومات عن التراكيب الجيولوجية
للمكامن والمصائد البترولية.
ثالثاً: المسح
الجيوفيزيائي
يعتبر المسح الجيوفيزيائي الأداة
العملية لاستكمال
المعلومات المفيدة وتدقيقها عن بنية الطبقات وتراكيب
المكامن البترولية، وللحصول
عليها في المناطق صعبة التضاريس كالمناطق
البحرية، والصحاري، والصحاري الجليدية
القطبية، ومناطق البراكين. وقد
أوجدت الحاسبات الآلية قدرات أفضل في معالجة
المعلومات الجيوفيزيائية،
مثلما تطورت استخدامات الفضاء في الكشف عن الثروات
البترولية والمعدنية.
وتشمل الطرق
الجيوفيزيائية الشائعة الاستخدام المسح
السيزمي الذي يسمى أحيانا بالزلزالي،
والجاذبية، والمغناطيسية، والطرق
الكهربية، ثم الطرق الأقل استخداما وهي قياس
الإشعاع والحرارة عند أو
بالقرب من سطح الأرض أو في الجو. وإذا كانت الطرق
السيزمية والجاذبية
هي، أساسا، أدوات للبحث عن البترول، فإن الطرق الكهربية
تستخدم، عادة،
للكشف عن المعادن، وغير أن الروس والفرنسيين يستخدمون الطرق
الكهربية
والمغناطيسية معاً في البحث عن البترول والمعادن.
ويعد المسح
السيزمي أداة عملية لتحديد التكوين الجيولوجي تحت سطح الأرض،
ويعتمد على
تفجير شحنة صغيرة من المتفجرات قريبة من السطح، تنتج عنها صدمة آلية أو
هزة
أو موجة سيزمية، من نوع ريلي Rayleigh
أو لف Love، وهذه الموجة تعود
إلى السطح بعد
انعكاسها من الأوجه الفاصلة بين الطبقات ذات الخواص
الطبيعية المختلفة، وتسجل الانعكاسات
بأجهزة حساسة سريعة الاستجابة
لحركة الأرض Geophones & Detectors، توضع على أبعاد محددة من نقطة
التفجير لتلقي الموجات الصوتية
المنعكسة وقياس زمن ارتداد الموجة
السيزمية. ومن المعروف أن سرعة الموجات الصوتية
تعتمد على كثافة الصخور
التي تمر بها. ويمكن حساب أعماق الطبقات وسمكها واستنتاج
أنواعها بقياس
أزمنة الانعكاس ومقارنتها، وتعرف الظواهر التركيبية في الطبقات
السفلى،
وبيئة الترسيب، ومن ثم إنتاج خرائط تركيبية لأي مستوى جيولوجي يعطي
انعكاسات
للموجات الصوتية، وتحديد أماكن الطيات المحدبة والفوالق والقباب الملحية
والشعب
وخواصها.
ويجري المسح السيزمي أيضاً في البحار، باستبدال
المتفجرات
بشرارة كهربية ذات فولت عال، قد يصل إلى عشرة آلاف فولت، تفرغ تحت الماء
لإحداث
نبض سمعي Acoustic
Pulse على فترات قصيرة متتابعة لإجراء
المسح
السيزمي على أعماق بين 100، 400 متر. ويمكن إجراء هذا المسح على أعماق
كبيرة
قد تصل إلى 2- 2.5كم باستخدام قاذف صغير لخليط متفجر من غازي
البروبان والأكسجين
يشعل بشرارة كهربية. وطريقة الانعكاس السيزمي أنجح
الطرق السيزمية المستخدمة في
معرفة الطبقات القريبة من سطح الأرض،
وتحديد الظواهر التركيبية التي يشتمل أنها
مكامن بترولية، وبخاصة الطيات
المحدبة والفوالق والقباب الملحية وبعض البنيات
الاختراقية الأخرى.
أما
طريقة الانكسار السيزمي فتتيح تسجيل الإشارات
السيزمية على مسافات
كبيرة من نقطة التفجير، والحصول على معلومات عن السرعات
والأعماق الخاصة
بالطبقات تحت السطحية التي تنتقل خلالها. واستخدمت في الماضي في
تحديد
جوانب قباب الملح قبيل استخدام الطريقة الانعكاسية. ومع أن طريقة الانكسار
لا
تعطي معلومات دقيقة عن التراكيب الصخرية، وهي أقل استخداما في استكشاف
البترول
حاليا، إلا أنها مصدر جيد للمعلومات عن سرعة انتشار الموجات في
طبقات الانكسار،
وبالتالي التحديد التقريبي لمواقع وأعماق طبقات صخرية
أو تكوينات جيولوجية معينة.
ومن المعروف أن سرعة انتشار الموجات
السيزمية تبلغ نحو 5500 قدم/ ثانية في الرواسب
الفتاتية، وترتفع إلى
أكثر من 23000 قدم/ ثانية في بعض الصخور النارية، وبذلك يسهل
تحديد عمق
الحوض الرسوبي وشكله برسم خريطة صخور القاعدة التي تتراكم عليها الصخور
الرسوبية.
رابعاً: طريقة الجاذبية
تعتمد
طريقة البحث بالجاذبية ـ في حدود الأميال الأولى
القليلة من سطح الأرض ـ
على قياس التغييرات الصغيرة في جذب الصخور للأجسام والكتل
فوق سطحها،
إذ تختلف قوى الجذب من مكان لآخر طبقا لاختلاف كثافات الصخور تحت سطح
الأرض،
لأن الجاذبية تتناسب طرديا مع الكتل الجاذبة، وعكسيا مع مربع المسافة
إليها.
وإذا كانت الطبقات الأعلى كثافة مقوسة إلى أعلى في تركيب مرتفع مثل الطية
المحدبة
فإن مجال الجاذبية الأرضية يكون فوق محور الطية أكبر منه على طول أجنابها،
كما
أن القبة الملحية، الأقل كثافة من الصخور التي اخترقتها، يمكن كشفها من
القيمة
الصغيرة للجاذبية المقاسة فوقها بالمقارنة بقيمة الجاذبية على أي
من الجانبين.
ولابد لقياس التغير الطفيف في ق
</td></tr></table>
CH3 C CH2 C H CH3
</td></tr></table>
الألكينات العادية الألكينات
CH3
أ. نزع الأيدروجين من النافثينات "الأيدروكربونات 
ب. التكسير بالأيدروجين 
]