ما هو النفط الخام .. كل شيء عن الذهب الأسود

النفط الخام من المواد الطبيعية التي تستخرج من تكوينات جيولوجية في باطن الأرض، تجمعت عقب عمليات تحول بطيئة، للمواد العضوية استمرت حقبًا وعصورًا زمنية طويلة.

وهو مزيج غاية في التعقيد من المركبات الهيدرو كربونية، ويختلف لونه حسب مكان استخراجه، حيث يخضع بعد ذلك لعمليات التكرير للحصول على منتجات نفطية مختلفة.

ما هو النفط الخام (Crude Oil)

النفط الخام.. كانت تستخدم كلمة النفط عند العرب قديمًا على مشتقات النفط اللزجة (الزفت والقار أو القطران)، أمّا الكلمة (Petroleum) حيث عربت لفظيًا (بالبترول) فهي من أصل اغريقي حيث اشتقت من كلمة اغريقية مؤلفة من كلمتين الأولى (πέτρα بترا) ومعناها الصخر، والكلمة الثانية (ἔλαιον إيلايون) ومعناها الزيت، وبالتالي يصبح المعنى (زيت الصخر).

النفط الخام مصدر هام من مصادر (الطاقة الأحفورية (Fossil Energy كما يطلق عليه اسم (الذهب الأسود (Black Gold وذلك لأهميته الاقتصادية القصوى، وتستخدم القطفات الخفيفة (Light Quotations) منه كوقود للطائرات والسيارات، والقطفات الثقيلة (Heavy Quotations) فيمكن استخدامها لتشغيل المعامل والآليات الثقيلة وفي إنتاج الطاقة الكهربائية (Electricity).

والنفط الخام مادة أولية هامة في الصناعات الكيميائية (Chemical Industries) مثل إنتاج الأسمدة الكيماوية والمبيدات الحشرية والأقمشة واللدائن.

كما تعد مناطق الخليج العربي من أغنى المناطق بالاحتياطي النفطي العالمي، كما أنها أكثر البلدان إنتاجًا للنفط وتصديره، ويتم نقاه عادة إمّا بواسطة ناقلات النقط وهي عبارة عن سفن عملاقة، أو بواسطة الأنابيب.

إن معدل استهلاك النفط يزداد مع التقدم البشري، والاعتماد عليه كمصدر أساسي للطاقة، غير أنّ الاحتياط النفطي قابل للنضوب وهو مادة غير متجددة في المدى المنظور، مع دنو ما يعرف (بذروة النفط (Peak Oil وهي أعلا معدا انتاج نفطي في العالم، الأمر الذي فتح بابًا للتفتيش عن المصادر البديلة للطاقة  كمصادر (الطاقة البديلة (Altrnative Energy.

والاستخدام المفرط لأنواع الوقود الأحفوري انعكس سلبيًا على النظام البئي والحيوي للكرة الأرضية، حيث تسببت التسربات النفطية الكثير من الكوارث الطبيعية.

الخواص الفيزيائية والكيميائية

يتألف النفط من خليط معقد من المركبات الكيميائية (الهيدرو كربونية (Hydrocarbons، وبأشكالها الفيزيائية المختلفة سواء كانت سائلة أو غازية أو حتى صلبة، وقد يصل تعداد تلك المركبات إلى (17000) سبعة عشر ألف مركب كيميائي، وفي الظروف الطبيعية من الضغط والحرارة يمكن أن توجد المركبات ذوات رقم الكربون من (1 – 4) غازات (الميتان CH4 والايتان والبروبان وبوتان )، أمّا (البنتان والهيدروكربونات الثقيلة) تتواجد بشكل سائل، والكربوهيدرات ذات درجات الغليان العالية فتتواجد على شكل صلب.

ويتكون النفط من:

وينتج عنم احتراق النفط (الهيدرو كربونات) الماء (H₂O) وغاز ثاني أوكسيد الكربون (Co₂) والاحتراق هو تفاعل كيميائي بين المادة والأوكسيجين.

ويختلف مظهر النفط الخام باختلاف مصدره وبحسب التركيب الكيميائي له، واللون يتراوح من الأسود إلى البني الغامق، كما توجد عينات لها اللون الأحمر أو الأخضر واللون الأصفر، وكذلك تختلف درجة اللزوجة، بحيث تكون اللزوجة منخفضة لبعض الأنواع وعالية لبعض الأنواع الأخرى من النفط الخام.

تشكل النفط الخام (Crude Oil)

إن النفط الخام عبارة عن وقود أحفوري أي يستخرج من باطن الأرض من آبار خاصة تفر لهذه الغاية، وأصل النفط يعود تشكاه من المستحاثّات العضوية (Organic Fossils) القديمة كالطحالب والعوالق الحيوانية بعد موتها وترسبها في قيعان البحار،  وتجمع كميات هائلة منها وتطمر بالطين والصلصال في أماكن المياه الساكنة.

حيث يقل مستوى تواجد (الأوكسيجين) عن (0.1 mg/L) على عمق (1 M) مما يمنع تحلل أو تفكك تلك الرسوبيات من البقايا العضوية الحيوانية مما يؤدي لتشكل (الطين اللزج) وفي المراحل الأولى للتكون تكون درجة الحراة ثابتة، ولكن وبعد مئات الآلاف من السنين واستمرار تلك الرسوبيات فوق بعضها البعض ترتفع حرارتها في الطبقات السفلى متحولة في عملية تسمى (النشأة الما بعدية (Reproductive origin.

متحولة إلى مادة شمعية تدعى (الكيروجين  (Kerogenويمكن أن تتحول هذه المادة بعد المعالجة الكيميائية إلى (الهيدرو كربونات السائلة والغازية) وهو ما يعرف (بالنشأة التقهقرية (Renaissance.

مراحل التحلل الحيوي

يتشكل النفط الخام من خلال (التحلل الحراري) تحت الضغط وانعدام الهواء (الأوكسيجين) إلى الهيدرو كربونات في الطبقات السفلية من الأرض، من خلال عدة تفاعلات كيميائية ماصة للحرارة ولتلك التفاعلات أطوار ثلاثة تمر بها هي:

الطور الأول التحلل اللاهوائي

يعتب الطور الأول (للنشأة الما بعدية)، في ظل عدم تواجد (الأوكسيجين) لا يمكن (للبكتيريا الهوائية (Aerobic bacteria أن تتفكك، غير أن (البكتيريا اللاهوائية (Non- aerobic bacteria تستطيع ذلك، حيث تتحلل بعد عدة تفاعلات كيميائية (تفاعلات الاختزال) حيث أملاح الكبريتات (Sulphate Salts) إلى غاز كبريتيت الهيدروجين (Hydrogen Sulfide)، أو أملاح النترات (Nitrate Salte H₂S)  إلى النتروجين Nitroge N₂)).

الطور الثاني تشكل الكيروجين

إن التفاعلات الكاملة لتشكيل (الكيروجين (Kerogen بدايةً من التفكك اللا هوائي يؤدي إلى تشكل ثلاثة أنواع من الأنماط المعروفة من مادة الكيروجين وهي ( الدبالي والدقائق البنيوية والنمط الطحلبي).

الطور الثالث تحول مادة الكيروجين إلى وقود أحفوري

تعرف عملية التحول هذه بما يسمى (النشأة التقهقرية Renaissance) وهي تفاعلات بطيئة جدًا وتحدث في باطن الأرض تستمر لمئات آلاف أو ملايين السنين، ليتشكل نتيجتها مركبات ذات تركيبات هدروجينية منخفضة، مثل الحلقات السداسية المندمجة (كالأنثراسين (Anthracin  وصيغته الكيميائية (C₁₄H₁₀) وهو مركب عضوي عطري متعدد الحلقات (ثلاث حلقات بنزين) مشتقة من (القار أو القطران).

ومركبات يكون فيها نسبة (H / C) عالية مثل ا(الميتان(Methane CH₄  وما شابهه.

أصل النفط الخام الغير عضوي

هماك نظريات ظهرت في الاتحاد السوفييتي سابقًا تقول بأن أصل النفط الخام ذو منشأ غير عضوي، ولكن تكوّن بشكل طبيعي في باطن الأرض في الطبقة التي تدعى (الوشاح) وأن حركة الفوالق الأرضية هي السبب في صعود النفط الخام إلى السطح.

اختزان النفط الخام

إن الطبقات القادرة على اختزان النفط الخام في باطن الأرض تدعى (خزان النفط)، أو (مكمن النفط)، وهي تشكيلات جيولوجية ذات طبيعة قليلة النفوذية والخزانات الغير تقليدية تكون مساميتها عالية أو مرتفعة.

ويوجد النفط الخام في باطن الأرض رفقة الغاز الطبيعي (Natural Gas) حيث يكون ما يسمى بالغطاء الغازي فوق سائل النفط الخام، في حين يكون الماء المالح تحت سائل النفط ذلك أن كثافته أعلى من النفط.

النفط التقليدي

لكي تتشكل الخزانات النفطية في باطن الأرض يجب أن تتوافر ثلاثة شروط جيولوجية هي:

• الشرط الأول:

أن تتواجد صخور ذات طبيعة مصدرية ذات غنى بالهيدرو كربونات وفي أعماق مناسبة لذلك تحت سطح الأرض، بحيث تتوفر الحرارة المناسبة لنشكيل النفط الخام، مع العلم أن هذه الصخور المصدرية قد تكونت منذ ما بين (100 – 400) مليون سنة، أي في الفترة الواقعة بين (العصر الديفوني (The Devonian Age، و(العصر الطباشيري The Cretaceous Age).

• الشرط الثاني:

تواجد الصخور المسامية التي تستطيع تخزين النفط الخام.

• الشرط الثالث:

وجود (صخور غطائية  (Cover rock تمنع تسرب النفط.

وبما أن كثافة الهيدرو كربونات الغازية والسائلة أقل من كثافة مادة (الكيروجين) فإن حركتها أكثر سهولة، مع ارتفاع الضغط في باطن الأرض فتتحرك الهيدرو كربونات للتستقر في أماكن أخرى وتختزن في الصخور المناسبة والمجاورة لها، مثل الأحجار المسامية، الي تعتبر خزان مثالي للنفط الخام.

وفي طريقها في الصعود إلى سطح الأرض نتيجة الضغط العالي تصادف أحينًا الصخور الغطائية التي تشكل حاجزًا مانعًا لها من استمرار الصعود، وتتأثر الحركة بسريان المياه الجوفية أيضًا مما يؤدي بالنفط الخام للجريان مئات الكيلومترات حتى يصادف البيئة المناسبة التي تشكل خزان مناسب له، وهذه الأماكن التي يحتجز فيها النفط تدعى (المصائد النفطية Oil Traps)، التي تكوّن الحقول النفطية المناسبة لاستخراج النفط الخام منها واستثماره.

النفط الخام الغير تقليدي

إذا لم تصادف الهيدرو كربونات أثناء هجرتها إي من الصخور الغطائية فإنها تتابع طريقها نحو سطح الأرض وتدعى هذه الظاهرة باسم (ارتشاح النفط (Oil spilled، مشكّلة حفر (القطران    Tar والزفت The pitch) الموجودة في جمهورية (ترينيداد (Trnidad، كما أن (براكين الطين (Clay volcanoes في آسيا الوسطى تعتبر مثال على (ارتشاح الغاز الطبيعي).

وعندما يكون الارتشاح في أعماق البحار فإن الغاز الطبيعي يشكّل (هيدرات الميتان (CH₄ في حال كانت الظروف البيئية ملائمة.

وعنما يتابع النفط الخام طريقه إلى سطح الأرض فإنه يشكّل مع الرمل والغضار والماء مزيجًا يسمى (النفط الرملي أو البيتومين (BitumeN وتعتبر (فنزويللا Venezuela، وكندا Canada) من أغنى البلدان بهذا النفط الغير تقليدي.

احتياطي النفط الخام في العالم

تبلغ احتياطيات النفط الخام المعروفة في العالم (190 Km³) أي ما يعادل (1.2 Trillion) برميل، بدون احتساب النفط الرملي، وباحتساب النفط الرملي يصبح الاحتياطي العالمي من النفط يساوي (595 Km³) أي ما يساوي (3.74 Trillion) برميل.

وأغنى البلدان بالنفط بالترتيب: (فنزويللا – السعودية – كندا – ايران – العراق – الكويت – الامارات العربية المتحدة – روسيا – ليبيا – نيجيريا – الولايات المتحدة الأمريكية).

صناعات النفط الخام

إن الصناعات النفطية تهتم بكل شيء يخص العملية الصناعية التي تتعلق بالنفط، وذلك بدءًا من التنقيب عن النفط واستخراجه وتكريره إضافة إلى عملية نقله بواسطة الأنابيب أو بناقلات النفط العملاقة، وتقسم الصناعات النفطية في العادة إلى ثلاثة أقسام رئيسية وذلك حسب خطة الانتاج وهي:

• المرحلة الأولى مرحلة التنقيب والبحث عن النفط واستخراجه (Upstream):

هو البحث عن مكان تواجد النفط حيث يتم في البداية عملية المسح الجيولوجي ومن الممكن أن تفيد تضاريس المنطقة في البحث، مع أن البحث في المناطق السهلية أكثر سهولة.

من حيث دراسة نوعية الصخور في المنطقة ويعتمد البحث على دراسات وقياسات تجرى في المنطقة قد تعطي إشارات عن وجود النفط في منطقة ما، من هذه القياسات فياس الجاذبية الأرضية، و والمغناطيسية ومن ثمّ إجراء (المسح السيزمي (Seismic Survey.

• المرحلة الثانية نقل النفط (Midstream):

بعد التأكد من وجود الحقول النفطية وخزانات النفط الخام في المنطقة تحفر الآبار لاستخراج النفط منها، والضغط داخل الخزانات يلعب دورًا مهمًا في عملية الاستخراج تلك، ويستخدم أسلوبين للرفع الأول يعتمد على على أسلوب (الرفع الطبيعي Natural lift) وفيه الضغط الطبيعي داخل الخزان يلعب الدور الأساسي في الاستخراج النفط من مكامنه، أمّا الأسلوب الثاني فهو (الرفع الصناعي (Industrial lift ويؤمن الضغط اللازم لعملية رفع النفط بواسطة مضخات أو باللجوء إلى حقن الغاز أو الزيت، ومن الممكن استخدام الطرق الثلاثة مع بعضها البعض لعملية الرفع.

• المرحلة الثالثة تكرير النفط وتصنيعه (Downstream):

يمكن الاعتماد على وسيلتين لنقل النفط الخام سواء كان الأمر لاستيراد أو تصدير النفط، ويتم هذا الأمر بواسطة الناقلات النفطية البحرية أو عبر الأنابيب عن طريق البر، ومن الجدير ذكره أنّ تكلفة نقل النفط الخام في خمسينيات القرن الماضي كانت تصل حتى (33%) من سعر النفط الخام الذي كان يصدر من دول الخليج العربي إلى الولايات المتحدة الأمريكية، بيد أن الوضع قد تغير الآن واصبحت تكلفة النقل تساوي (3% – 5%) من سعر النفط الخام، وذلك بسبب تطور صناعة ناقلات النفط.

تكرير النفط الخام

تتم عملية التكرير في مصافي خاصة تقوم بفصل مكونات المزيج المعقد للنفط الخام إلى سلاسل هيدرو كربونية أطول وذات تراكيب مختلفة عن بعضها، ويتم استخدام القسم الأكبر من مشتقات النفط كوقود، أمّا الأقسام المتبقية منه فتستخدم كمواد أولية في الصناعات الكيميائية المتنوعة:

الوقود

إن (84%) من حجم مكونات الهيدرو كربونات الموجودة في النفط الخام تركب الأنواع المختلفة للوقود ذات المحتوى الحراري (الطاقي) المرتفع، (البترول المستخدم كوقود للسيارات، و الغاز المسيّل ووقود الطائرات الكيروسين  Keroseneوالفيول Fuel وهو زيت الوقود، ومادة الديزل Diesel  المعروفة بالمازوت).

ويمكن أن نحصل على تلك الأنواع من الوقود في المصافي التي تتدرج فيها الحرارة من حيث نقطة غليان وتقطير كل مادة، كما يتوضح من خلال الجدول التالي:

الأثر البيئي لاستخدام النفط

يؤدي الاستخدام الجائر للنفط إلى التلوث البيئي بمشتقات النفط ذلك أن الهيدرو كربونات ليست قابلة للإنحلال في الماء، غير أن الأضرار التي تسببها بشرية المنشأ، والبعض القليل منها سببه ارتشاح النفط وتشكيل بحيرات القطران والقار وتضم الآثار السلبية:

• ارتفاع نسبة ثاني اوكسيد الكربون (Co₂):

تطلق غالبية المشتقات النفطية عند احتراقها غاز ثاني أوكسيد الكربون، وهو من (غازات الدفيئة)، فتؤدي الزيادة في نسبته في الغلاف الجوي الأرضي إلى ارتفاع درجات الحرارة وبالتالي إلى الاحتباس الحراري.

وتصل نسبة ثاني أوكسيد الكربون في الغلاف الجوي الآن إلى (400) جزء في المليون(ppm). بينما كانت النسبة  (180)جزء في المليون (ppm)، في القرن التاسع عشر.

• التسرب النفطي:

إن تسرب النفط الخام أو مشتقاته إلى سطح الأرض له آثار خطيرة على البيئة، واحتواء التسربات على اليابسة أسهل من التسربات على المسطحات المائية.

• النفايات المشعة:

عند حفر آبار النفط قد يصادف الحفر نوعًا من العناصر المشعة كاليورانيوم أو الراديوم أو الباريوم، ويؤدي الحفر إلى تسرب هذه المواد المشعة إلى المياه الجوفية (مياه الخزان) وتحتوي على أملاح الباريوم والسترونشيوم والكالسيوم أو التي تحتوةي على نظير الراديوم المشع (Ra²²⁶).

الطاقة البديلة

إن التلوث البيئي الناتج عن الاستعمال التعسفي للنفط ومشتقاته أدى إلى البحث عن بدائل الوقود الآمن، كذلك أن الوقود الأحفوري قابل للنفاذ مع حلول العام (2050) مما يدعو للبحث عن وقود بديل آمن وغي ملوث للبيئة وليس له آثار ضارة على الكائنات الحية.

وجدت بعض البدائل التي تستخدم أنواعًا جديدة من الوقود البديل للمركبات كالوقود المرن الذي يحضر من مزج الوقود الأحفوري مع الميتانول أو الديزل الحيوي، أو المركبات الكهربائية الهجينة والتي تقبل إعادة الشحن، من مصدر طاقة خارجي.

الخاتمة

النفط الخام في الواقع من الأهمية بمكان، سواء كانت الأهمية اقتصادية أم صناعية، كوقود لا غنى عنه، إلّا أن مخزونه العالمي قابل للنفاذ فإن البحث عن بدائل للوقود الأحفوري الآمن أصبحت من متطلبات الحياة للأهمية القصوى.

قد يهمك أيضًا:

• ما هي خلايا الوقود الجديدة
• الهيدروجين وقود المستقبل
• استراتيجيات تداول النفط الخام في العالم
• البترول … المنشأ وطرق الاستخدام

المراجع

• Crude Oil
• Petroleum From Wikipedia
• MarketWatch