البترول هو مزيج من المركبات العضوية، وخاصة الهيدروكربونات غير القابلة للذوبان في الماء. ومن المعروف أيضًا باسم الذهب الأسود أو النفط الخام. يتم إنتاجه في باطن الأرض عن طريق تحويل المادة العضوية المتراكمة في رواسب الماضي الجيولوجي ويمكن تجميعها في مصائد جيولوجية طبيعية، يتم استخراجها من خلال حفر الآبار.
في ظل الظروف العادية للضغط ودرجة الحرارة، يكون السائل البيتومين الذي يمكن أن يكون له تباين كبير في مختلف المعلمات مثل اللون واللزوجة (من اللزوجة الصفراء والمنخفضة مثل البنزين إلى السوائل السوداء اللزجة بحيث لا تكاد تتدفق)، والكثافة (بين 0.66 جم / مل و0.9785 جم / مل)، والسعة الحرارية إلخ. ترجع هذه الاختلافات إلى تنوع تركيزات الهيدروكربونات التي تشكل الخليط، مما يجعل زيت كل بئر مختلفًا عن الآخر.
النفط الخام مورد غير قابل للتجديد
يعتبر النفط الخام المصدر الرئيسي للطاقة والمواد الخام ولتوليد مجموعة واسعة من المشتقات، بما في ذلك معظم المواد البلاستيكية. يمكن أن يتشكل الزيت السائل المرتبط بطبقات من الغاز الطبيعي في الرواسب التي تم دفنها منذ ملايين السنين، والتي تغطيها الطبقات العليا من قشرة الأرض. ونظرًا لأهميته الأساسية كمواد خام، يعد بيع النفط ومشتقاته أحد الركائز الأساسية للسوق العالمية والسياسة الخارجية لعدة بلدان مثل الولايات المتحدة، ومن الشائع قياس أحجام الزيت السائل بالبراميل 42 جالونًا أمريكيًا، أي ما يعادل 158،987 لترًا، وأحجام الغاز في قدم مكعبة ما يعادل 28،317 لتر،
في مناطق أخرى، يتم قياس كلا المنتجين بالمتر المكعب.
تاريخ صناعة النفط
ظهر النفط منذ العصور القديمة بشكل طبيعي في مناطق برية معينة مثل دول الشرق الأوسط. منذ 6000 سنة في آشور وفي بابل، كانت تستخدم في الطب وفي صنع القوارب. وفي مصر قبل الثقافات الكولومبية في المكسيك ورسم المنحوتات. وقد استخدمه الصينيون كوقود. يعزى أول تقطير للنفط في القرن التاسع إلى الحكيم العربي المخترع الرازي وهو فارسي الأصل، والذي حصل على الكيروسين ونواتج التقطير الأخرى، للاستخدامات الطبية والعسكرية.
وقد نشر العرب عبر خلافة قرطبة (إسبانيا) الآن، هذه التقنيات في جميع أنحاء أوروبا. وخلال العصور الوسطى، واصلوا استخدامه لأغراض الشفاء فقط، وتم الحصول على زيوت السوائل التي بدأ في استخدامها للإضاءة.
وفي 14 سبتمبر عام 1960م، في العراق في بغداد، تم تأسيس منظمة الدول المصدرة للنفط (أوبك)، التي أسسها وزير الطاقة الفنزويلي خوان بابلو بيريز ألفونسو مع مجموعة من الوزراء العرب. وتجدر الإشارة إلى أنه نتيجة لأزمة النفط في عام 1973م، واستجابة لأوبك في عام 1974م، أنشأت منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية OECD الوكالة الدولية للطاقة أو وكالة الطاقة الدولية (IEA) وذلك بهدف قيام الدول المستهلكة النفط الخام تنسيق التدابير اللازمة لضمان إمدادات النفط.
الشركات الرئيسية المملوكة للدولة
هي أرامكو (المملكة العربية السعودية)، الشركة الوطنية الإيرانية للنفط (إيران)، بتروليوس دي فنزويلا PDVSA، شركة البترول الوطنية الصينية، شركة البترول الكويتية، سوناطراك، مؤسسة البترول الوطنية النيجيرية، شركة النفط الوطنية الليبية، Petróleos Mexicanos PEMEX المكسيك، وشركة بترول أبو ظبي الوطنية وهي أكبر شركة روسية، Lukoil ملكية الحكومة جزئية.
بعض التحفظات عن احتياطي النفط
وفقًا لمنظمة الدول المصدرة للنفط (أوبك) في العالم، يوجد 1.65 مليار برميل (2014) يعني 262 مليار لتر، أي إذا كان إنتاج 83 مليون برميل ثابتًا، مما يعني أنه سيكون هناك نفط لمدة 54 عامًا. وستكون فنزويلا البلد الذي يتمتع بأكبر الاحتياطيات المؤكدة، بمعدل الإنتاج الحالي 9 النفط لأكثر من 300 عام والسعودية 10 لمدة 70 عامًا.
هناك ما بين 6.8 و7.2 برميل من النفط، وهذا يتوقف على كثافة الزيت. لذلك يقدر احتياطي النفط الخام بين 0.97 و1.003 مليار برميل من النفط.
تركيب النفط الخام
البترول
عبارة عن سائل زيتي (بلون داكن) من أصل طبيعي يتكون من مواد عضوية مختلفة وهو خليط من الهيدروكربونات، على الرغم من أنها تحتوي أيضًا على عدد قليل من مركبات الكبريت والأكسجين يطلق عليه اسم النفط الخام.
الهيدروكربونات المشبعة أو البارافينات
وهي تعتبر مشتقات من الميثان، الهيدروكربونات الإيثيلين أو الأوليفينات. وهي جزيئات خطية أو متفرعة تحتوي على رابطة كربونية مزدوجة.
ونتيجة لطبيعة المركبات العضوية التي تتكون منها، فإن البترول له استقطاب دوار، والذي يكشف بوضوح أنه مركب من أصل عضوي، كما أنه يتكون من بقايا حيوانية ونباتية ومتغير لدرجة أن الأنواع الأربعة الأساسية من الهيدروكربونات: البارافينات (الهيدروكربونات المشبعة)، الأوليفينات (الهيدروكربونات غير المشبعة)، النفثينات (الهيدروكربونات الحلقية المشبعة أو السيكلوكلانات) والهيدروكربونات العطرية، لا تختلف فقط من خزان إلى آخر ولكن أيضًا مختلفة بالمواد التي يجب التخلص منها بشكل أو بآخر.
أصل البترول أو النفط الخام
هو أحد المواد الهيدروكربونية ذات الأصل الأحفوري، يتشكل نتيجة لتحول المادة العضوية من العوالق والطحالب التي ترسبت بكميات كبيرة في قيعان البحار أو مناطق لاكوسترين في الماضي الجيولوجي، وتم دفنها لاحقًا تحت طبقات ثقيلة من الرواسب. ويمكن أن تنشأ هذه المواد الهيدروكربونية عن بقايا النباتات والكائنات الحية الدقيقة المدفونة لملايين السنين وتخضع لعمليات فيزيائية وكيميائية مختلفة. فالتحول الكيميائي (التكسير الطبيعي) بسبب الحرارة والضغط أثناء إنتاج التكاثر ينتج في مراحل متعاقبة من البيتومين إلى الهيدروكربونات الأخف وزنَا من السوائل والغازات. وهذه المنتجات ترتفع إلى السطح بسبب كثافتها المنخفضة وبفضل مسامية الصخور الرسوبية.
نظرية الأصل غير العضوي للنفط
تحتج فرضية الأصل غير الوراثي للنفط على أنه يوجد داخل الأرض هيدروكربونات ذات أصل غير دقيق. وذلك بعد أن قام الكيميائيان مارسيلين بيرتلوت وديميتري مينديلييف وعالم الفلك توماس جولد بتنفيذ هذه النظرية في العالم الغربي من خلال دعم عمل نيكولاي كودريافتسيف في الخمسينيات من القرن الماضي. وتعتبر فرضية أصل النفط غير الحيوي أقلية بين الجيولوجيين ويعتبر المدافعون عنها أنها مسألة ما زالت مفتوحة. وقد حددت أبحاث مستفيضة حول التركيب الكيميائي للكيروجين، واعتبار الطحالب هي المصدر الرئيسي المحتمل للنفط. ولا يمكن لفرضية الأصل غير الوراثي أن تفسر وجود هذه العلامات في الكيروجين والنفط، ولا يمكن أن تفسر أصلها غير العضوي في ضغوط ودرجات حرارة مرتفعة بما فيه الكفاية لتحويل الكيروجين إلى الجرافيت. لم تنجح الفرضية في مساعدة الجيولوجيين على اكتشاف رواسب النفط، لأنها تفتقر إلى أي آلية للتنبؤ بمكان حدوث العملية.
تصنيف النفط الخام
تصنيفات النفط تقوم صناعة النفط بتصنيفه وفقًا لمكانه الأصلي مثل غرب تكساس الوسيط (West Texas Intermediate) أو برنت (Brent) وبناءً على كثافة API أو جاذبيتها (خفيفة، متوسطة، ثقيلة، ثقيلة للغاية). كما تصنفها شركات التكرير على أنها خام، مما يعني أنه يحتوي على كمية قليلة نسبيًا من الكبريت أو على كميات أعلى من الكبريت، وبالتالي تكون هناك حاجة إلى مزيد من عمليات التكرير لتلبية مواصفات المنتج الحالية المكررة.
تصنيفه وفقًا لشدة API
يصنف معهد البترول الأمريكي النفط على أنه خفيف ومتوسط وثقيل وثقيل للغاية حسب احتواءه على API.
- خام خفيف أو فاتح يحتوي على شدة API أكبر من 31.1. ° API
- خام متوسط يحتوي على شدة API بين 22.3 و31.1. ° API.
- الخام الثقيل لديه شدة API بين 10 و22.3. ° API.
- الخام الثقيل للغاية شدة API أقل من 10° API. .
زيت البارافين الأساسي
الهيدروكربونات المشبعة أو البارافينية هي سوائل بألوان فاتحة ووزن محدد منخفض (حوالي 0.85 كجم / لتر). وعن طريق التقطير فإنها تنتج البارافين بشكل وفير وقليل من الأسفلت، وهما الذين يقدمون أعلى النسب المئوية من البنزين وزيت التشحيم.
زيت الاسفلت او النفثين
الهيدروكربونات الإيثيلين وثنائي إيثيل (وتسمى النفثينيك) والبنزين، لزجة للغاية داكنة اللون والوزن، وزنها (حوالي 0.950 كجم / لتر). وقد أنتجت عن طريق تقطير بقايا وفيرة من الإسفلت. ونشأت الأسفلتيت الأرجنتينية أو رافائيليت بواسطة رواسب من هذا النوع، والتي عندما ظهرت فقدت الهيدروكربونات المتطايرة.
زيت الأساس المختلط
تكوين القواعد الوسيطة التي تتشكل من جميع أنواع الهيدروكربونات المشبعة والغير مشبعة، ومعظم ودائع العالم من هذا النوع.
استكشاف حقول النفط
عندما ولدت صناعة النفط، كان من السهل جدًا تحديد موقع الرواسب، لأن تلك الرواسب كانت سطحية وقد استغلت بشكل كامل لأن كان وجودها معروفًا أو لأنها اكتشفت بالصدفة. لكن الأهمية المتزايدة لهذه الصناعة أدت إلى بحث مكثف وعقلاني عن رواسب جديدة والتي أصبحت فيما بعد علمًا حقيقيًا. ففي الوقت الحالي لا يعتبر اكتشاف حقول النفط عملًا عشوائيًا لأنه أصبح مهمة منظمة علميًا، يتم التخطيط لها مسبقًا. بحيث يتم نقل الأدوات عالية الدقة والفنيين المتخصصين إلى مناطق غير المأهولة، مثل صحراء أو غابة. وتستخدم طرق المسح التالية:
- مسح السطح طبوغرافيًا على نطاق واسع المسوحات الجيولوجية السطحية في المناطق التي تظهر فيها الصخور الرسوبية.
- تحليل التربة وتحديد وجود الهيدروكربونات على عمق لا يزيد عن 15 سم.
- تحليل الهيدروكربونات وتحديد وجودها على الأرض وفي الثقوب الضحلة.
باستخدام هذه البيانات، يتم وضع خطط للتراكمات القابلة للاستغلال المحتملة في المنطقة.
المسوحات الجيوفيزيائية بناء على طرق الجاذبية
تتم دراسة التغيرات الطفيفة للجاذبية التي تنتجها المناطق القريبة من كتل كبيرة من الصخور الكثيفة، من خلال أداة خاصة تسمى مقياس الجاذبية، ويمكن تسجيل الاختلافات في تسارع الجاذبية في نقاط مختلفة في قشرة الأرض. ويتم تحديد تسارع الجاذبية (g) عند نقاط الأرض من خلال استكشاف الأماكن البعيدة 1000 أو 5000 متر عن بعضها البعض. وتوجد القيم التي تم الحصول عليها على خريطة والنقاط التي يكون فيها تسارع الجاذبية (g متساوي مع ربط خطوط الجاذبية ISO التي تكشف البنية العميقة المحتملة). وبالتالي فإن وجود منحنيات الجاذبية iso المغلقة تشير إلى وجود خط مضاد للتمديد مماثل للمنطقة التي يغطيها هذا المنحنى. تختلف قيمة تسارع الجاذبية وفقًا لتسوية الأرض، قوة الطرد المركزي، وارتفاع وكثافة قشرة الأرض. هذا هو السبب في أن مقياس الجاذبية يشير إلى وجود كتل كثيفة من القشرة مكونة من سلالات مضادة تم رفعها عن طريق الطي وهي أقرب إلى سطح الأرض.
المغناطيسية
إنهم يستفيدون من التغييرات المغناطيسية الصغيرة، التي تنتجها النفاذية المغناطيسية المختلفة للصخور البلورية القريبة. وتستخدم المقاييس المغناطيسية الحساسة للغاية، والتي يتم نقلها عادة في الطائرات، لتقليل آثار كتل السكك الحديدية السطحية.
اصطناع الزلازل عن طريق آفاق النفط
تتكون هذه الطريقة من تفريغ أحمال الديناميت في الآبار الضحلة، التي يتراوح طولها عادة بين 10 و30 قدمًا، وتسجيل الأمواج المنعكسة في الطبقات العميقة عن طريق رصد الزلازل مع آلات التصوير الفوتوغرافي. وعلى السطح يتم تغطية منطقة معينة بأجهزة ذات حساسية عالية تسمى أيضًا الجيوفونات، والتي تتصل ببعضها البعض بواسطة الكابلات ومتصلة بمحطة استقبال. وتمر الأمواج الناتجة عن الانفجار عبر طبقات الأرض وتعود إلى السطح، حيث تلتقطهم الجيوفيون وترسلهم إلى محطة الاستقبال، حيث يتم رسم الجزء الداخلي من الأرض بواسطة معدات الكمبيوتر الخاصة. ويمكن قياس الوقت المنقضي بين لحظة الانفجار ووصول الأمواج المنعكسة، وبالتالي تحديد موقع الطبقات وعمقها، ووصف موقع المضادات الملائمة لتراكم النفط.
استكشاف عميق للآبار العميقة
يتم تنفيذها في المناطق التي تعتبر مناسية تحدد في مرحلة استكشاف السطح، عن طريق حفر الآبار العميقة:
- التنميط الكهربائي، الذي يتم إجراؤه باستخدام أقطاب كهربائية يتم تخفيضها إلى أعماق مختلفة من بئر تنقيب، لتحديد الموصلية الكهربائية للطبقات المختلفة واحتمالات احتوائها على النفط.
- التنميط الجيوكيميائي، الذي يحدد وجود آثار للهيدروكربونات في الطبقات العميقة للتربة. وقد لا يتم دائمًا تفسير البيانات بشكل صحيح.
- التنميط الحراري، يتم تنفيذه باستخدام مقاييس حرارة قصوى دنيا، على أعماق مختلفة، مما يميز الطبقات بواسطة الموصلية الحرارية.
- يستخدم أيضًا للتحكم في عمليات حفر الآبار (الأسمنت إلخ توقيت الحفر بسرعات مختلفة مع اجتياز الطبقات، يجعلها ذات طابع فردي).
- صورة لجدران الآبار، والتي تستخدم أيضًا لتخصيص الطبقات المتقاطعة.
تكرير النفط الخام
البترول عبارة عن مزيج من المنتجات التي يجب استخدامها في الصناعات المختلفة، ويجب أن تخضع محركات الاحتراق لسلسلة من العلاجات المختلفة. ففي كثير من الأحيان تعتمد جودة النفط الخام إلى حد كبير على مصدره. وبناءً على هذا الأصل تختلف خصائصه: اللون واللزوجة والمحتوى. لذلك لا يمكن استخدام النفط الخام في رأس البئر كما هو، فمن الضروري استخدام عمليات تحويل مختلفة للحصول على أكبر عدد من المنتجات ذات القيمة التجارية العالية. باعتبار كل هذه المعالجات تشكل عملية تكرير النفط.
التقطير التجزيئي للنفط
لا يتم استخدام النفط الطبيعي لأنه يتم استخراجه من الطبيعة، ولكن يتم فصله إلى خليط أبسط من الهيدروكربونات التي لها استخدامات محددة. تعرف هذه العملية باسم التقطير التجزيئي. يتم إدخال النفط المغلي الطبيعي (حوالي 400 درجة مئوية) في الجزء السفلي من برج التقطير أو التكسير، وتمر معظم المواد المتطايرة التي تتبخر عند درجة الحرارة هذه كأبخرة إلى الغرفة العلوية حيث يتم تبريدها وتكثيفها، بينما تظل الكسور الأثقل في المناطق السفلية. ومن هذه العملية يتم الحصول على الكسور التالية: الغازات الميثان والإيثان وغازات البترول المسالة، والوقود زيوت وشحوم أسفلت.
طرق تحسين الاوكتان
تستخدم الطرق التالية لزيادة معدل الأوكتان للبنزين:
إصلاح الهيكل الجزيئي للبنزين المستخرج من التقطير الأولي الذي عادة ما يحتوي على جزيئات خطية تميل إلى الانفجار عن طريق الضغط، كونها أكثر إحكامًا فإنها لا تنفجر بسبب الضغط ويمكن إجراء الإصلاح بطريقتين مختلفتين، عن طريق الحرارة (وهو أمر غير معتاد للغاية ويتم تنفيذه بدرجة أقل ويسمى الإصلاح الحراري) أو بالحرارة وبمساعدة محفز.
الإصلاح التحفيزي
في عملية الإصلاح التحفيزي، يتم نزع الهيدروجين من كل من السلسلة المفتوحة والألكانات الحلقية للحصول على مواد عطرية، أساسًا البنزين والتولوين والزيلين، وذلك باستخدام محفزات البلاتين -رنيوم -ألومينا. بالإضافة إلى أنه في الاصلاح التحفيزي لا يتغير عدد ذرات الكربون في مكونات الشحنة. من الممكن تحويل مركبات الهكسان الحلقي المستبدلة إلى بنزينات بديلة، تصبح البارافينات الخطية مثل الهيبتان التولوين ويمكن أيضًا أن تصبح سيكلوبنتان بديلة عطرية. الاصلاح الحفاز هو رد فعل من خلال أيونات الكربون.
الألكلة
عملية لإنتاج مكون بنزين عالي الأوكتان عن طريق تخليق البوتيلين مع الإيزوبوتان. وعملية الألكلة عبارة عن تخليق كيميائي يتم من خلاله ربط ألكان متفرع إلى رابطة مزدوجة من ألكين، يتم استخلاصه من عملية تقطير أو تقطير ثاني الغرض.
تحول الأيزومرية
تحول الأيزومرية السلسلة المستقيمة من الهيدروكربونات البارافينية إلى سلسلة متفرعة. ويكون للإيزابارافينات رقم أوكتان أعلى من البارافينات العادية، بحيث يتم تحسين عملية جودة المنتج حيث يتم تحويل البارافينات الطبيعية إلى إيزوبارافينات من خلال تفاعلات الأيزوميرات.
اقرأ أيضًا:
