نفت و گاز

منشا نفت و گاز

بشر از قرنها پيش به وجود نفت پي برده بود و اين ماده روغني شكل و اعجاب‌آميز از دير باز مورد استفاده پيشينيان بوده است. نفت را OIL يا Petroleum (روغن سنگ) مي‌نامند. در زبان اوستايي نپتا به معني روغن معدني است كه كلدانيها و عربها آن را از فارسي گرفته و نفت خوانده‌اند. هم‌اكنون بيش از دوسوم انرژي مصرفي جهان از نفت تامين مي‌شود. نظريات متعددي راجع به منشاء نفت و گاز ابراز شده است كه اولين فرضيه ها براي تشكيل هيدروكربنها با منشاء غير آلي نظير منشاء آتشفشاني، شيميائي و فضائي ارائه گرديده است. لكن امروزه در خصوص منشاء آلي هيدروكربها اتفاق نظر وجود دارد. اين مواد آلي مي تواند بقاياي گياهان و حيوانات خشكي و دريائي عمدتا” پلانكتونها باشد.به طور دقیق تر در دریا و اقیانوس دو دسته تولیدکننده اصلی ماده آلی مناسب برای تبدیل به نفت داریم: فیتوپلانکتونها( دیاتومه ,داینوفلاژله, جلبک سبزآبی) زئوپلانکتونها وجانوران عالیتر تغذیه کننده از فیتوپلانکتونها برای اینکه تولید مواد آلی در محیط آبی به میزان مناسبی باشد,دو عامل دخیلند:1.ضخامت زون نور دار 2.میزان ورود مواد مغذی به زون نوردار( مواد مغذی که برای رشد گیاهان و جانوران مفیدند همانا فسفاتها ونیتراتها و اکسیژن هستند.) بنابه این توضیحات بیشترین تولید مواد آلی در دو ناحیه عمده در حواشی قاره هاست که عبارتند از آبهای کم عمق فلات قاره و زونهای چسبیده به محیطهای قاره ای که جریان روبه بالای آبهای سرد و عمیق اقیانوسی را پذیرا می شوند. در چنین محیطهایی که تولید مواد آلی زیاد است,با رخدادن طوفان ومخلوط شدن آبهای بی اکسیژن واکسیژندار , ویا ازدیاد تولید جانداران وکم شدن اکسیژن , گروهی از جانداران دچار مرگ و میر گروهی میشوندو در کف محیط رویهم انباشته میشوند. اهميت پلانكتونها در تشكيل نفت از آنجا ناشي مي شود كه آب دريا ناحيه مساعدي جهت تكثير پلانكتونها مي باشد و تعداد آنها نيز در آب دريا بسيار زياد مي باشد. پلانكتونها به علت سرعت رشد و كوچكي جثه، ماده آلي مناسبي است كه به سهولت به وسيله رسوبات ريز دانه مدفون گشته و مصون از اكسيد شدن در رسوبات باقيمانده و هيدروكربن را توليد مي نمايد. طبق نظريات جديد مواد مختلف آلي ته نشين شده با رسوبات نرم هنگام دياژنز (سنگ شدن) تبديل به يك ماده واسط بين ماده آلي و هيدروكربن مي گردد. اين ماده واسط كروژن (Kerogn) ناميده مي شود. كروژن يك ماده جامد نامحلول آلي است كه محصول دياژنتيك مواد آلي است. توان توليدي كروژنها براي توليد نفت و گاز متفاوت است.

نفت تشكيل يافته به علت مايع بودن و همچنين به علت خاصيت موئينگي محيط خود از خلال سنگها گذشته، زير يك طبقه غير قابل نفوذ در بالاترين قسمت يك چين‌خوردگي كه تاقديس ناميده مي‌شود، ذخيره مي‌گردد.

بررسي عوامل مشترك مخازن نفت و گاز نشان مي دهد كه:

الف- شرايط و محيط رسوبي خاصي لازم است تا طبقات نفت زا (سنگ مادرSource Rock) تشكيل شود و همچنين شرايط خاصي بايد وجود داشته باشد تا مواد آلي رسوب يافته در اين لايه ها به هيدروكربن تبديل گردد.
ب- سنگ متخلخل و نفوذپذيري (سنگ مخزن Reservoir rock ) بايد وجود داشته باشد تا فضاي لازم جهت انبار شدن نفت فراهم آيد.
ج- سنگ مخزن مي بايستي شكل خاصي داشته باشد تا بتواند تله (Trap) را تشكيل داده باعث جمع شدن هيدروكربن گردد.
د- سنگ غير قابل نفوذي (سنگ پوشش Cap Rock ) لازم است كه مخزن را بپوشاند تا از خروج نفت و گاز از مخزن جلوگيري نمايد.

تبديل مواد الي به کروژن و گاز

در باره نحوه تبديل مواد آلي رسوبات به نفت و گاز با مطالعات جديد ژئوشيميائي و جمع آوري اطلاعات تجربي ثابت شده است كه قسمت اعظم هيدروكربنهاي طبيعي در اثر كراكينگ كروژن ناشي از حرارت زمين (ژئوترمال) توليد مي گردد. همانطور كه بيان گرديد براي بوجود آمدن نفت و گاز وجود مواد آلي فراوان و تشكيل كروژن در هنگام دياژنز رسوبات ضروري مي باشد. پس سنگ مادر (Source Rock) سنگي است كه داراي مقدار كافي كروژن باشد. شرايط مساعد رسوبي براي تجمع و ذخيره شدن مواد آلي شامل گياهان و جانوران دريائي و همچنين مواد آلي خشكي كه توسط رودخانه ها به حوزه رسوبي حمل مي گردد، رسوبات رسي و يا گل كربناته (ريزدانه بودن و محيط آرام رسوب گذاري) مي باشد. علاوه بر اين محيط كف دريا بايستي محيط احياء كننده باشد تا از اكسيدشدن مواد آلي جلوگيري بعمل آيد.

طبيعي است هرچه ميزان كروژن در سنگ مادر بيشتر باشد توانائي بيشتري براي توليد هيدروكربن وجود دارد لكن علاوه بر درصد مواد آلي، سنگ مادر بايستي ضخامت كافي نيز داشته باشد. براساس مطالعات ژئوشيميائي انجام شده براي اينكه سنگ مادري بتواند هيدروكربن توليد نمايد بايد داراي حداقل تراكمي از كربن آلي باشد كه از آن كمتر قادر به توليد هيدروكربن نخواهد بود. اين حداقل عمدتا” 5/0 درصد كربن آلي برآورد مي شود. سنگ مادرهائي كه در حوزه هاي رسوبي ايران ديده مي شود نظير سازند كژدمي در ناحيه زاگرس حدود 10-5 درصد كربن آلي دارد كه بيشتر از جلبكها منشاء گرفته است.

هيدروكربنها در اثر كراكينگ كروژن بوجود مي آيند. كراكينگ كروژن عمدتا” در درجه حرارتهاي 100-80 درجه سانتيگراد شروع مي شود. اين درجه حرارت در يك ناحيه رسوبي با درجه حرارت ژئوترمال طبيعي معادل عمقي بين 3000-2000 متر مي باشد. بنابراين يك سنگ مادر هرچه قدر هم ضخيم و غني از مواد آلي باشد تا در اعماق فوق قرار نگيرد نمي تواند هيدروكربن توليد نمايد. بر همين اساس ابتدا نفت خام سنگين توليد مي گردد. چگالي و وزن مخصوص نفت خام با ازدياد عمق كاهش مي يابد. هرچه قدر سنگ مادر عميقتر مدفون گردد نفت توليد شده سبكتر است و گاز معمولا” محصول آخرين اين فعل و انفعالات است.

بنابراين ابتداي نفت هاي بسيار سنگين، نفتهاي پارافينيك، نفتهاي سبك، نفتهاي ميعاني و نهايتا” گاز بدست مي آيد. وقتي درجه حرارت از 165 درجه سانتيگراد تجاوز كند فقط گاز توليد خواهد شد يعني تقريبا” از عمق 5000 متر بيشتر (ضخامت رسوبي) احتمال يافتن نفت بسيار كم مي شود و فقط مي توان انتظار يافتن گاز را داشت. در درجه حرارتهاي بالاتر از 230 درجه سانتيگراد كروژن يك بافت گرافيتي ثابت پيدا مي كند كه با ازدياد درجه حرارت هيدروكربني تشكيل نمي شود (نسبت هيدروژن به كربن تغيير نمي يابد). به طور كلي ازدياد عمق باعث ازدياد درجه حرارت مي گردد كه اين ازدياد درجه حرارت دو اثر دارد:

الف- كراكينگ كروژن و تبديل مولكولهاي بزرگ به مولكولهاي كوچكتر مانند تشكيل نفت و گاز
ب- پليمريزاسيون مولكولها كه به تشكيل متان و گرافيت ختم مي گردد (كروژنهاي گرافيتي)

نكته مهم ديگري كه در مورد تشكيل هيدروكربنها وجود دارد زمان زمين شناسي مي باشد. به عبارت ديگر رسوبات قديمي تر (از نظر زمين شناسي) در درجه حرارتهاي پائين تر، همان محصولي را مي دهد كه سنگ مادري با سن زمين شناسي كمتر در درجه حرارتهاي بالاتر هيدروكربن توليد خواهد نمود

گاز

به علت فشار زياد درون حفره نفتي، مقدار زيادي از گاز در نفت خام حل شده است. به همين دليل نفت خامي را كه از چاه بيرون مي‌آيد، قبل از انتقال دادن به پالايشگاه، ابتدا به دستگاه تفكيك مخصوصي مي‌برند تا قسمت اعظم گازهاي سبك و آب نمك آنرا جدا سازند. گازي كه مستقيماْْ از چاههاي نفت خارج مي‌شود با گازي كه به اين وسيله از نفت خام تفكيك مي‌گردد، پس از تصفيه به صورت گاز طبيعي به وسيله‌ي شبكه‌ي گازرساني براي مصارف سوخت و صنايع پتروشيمي توزيع مي‌شود. گاز طبيعي مخلوطي از ئيدروكربنهاي سيرشده سبك مانند متان، اتان و اندكي پروپان و بوتان است. قسمت عمده اين گاز متان و مقدار كمتري اتان مي‌باشد.در اين گازها غالباْْ آثاري از نيتروژن، كربن دي اكسيد و گاهي ئيدروژن سولفيد و هليم وجود دارد. پس از استخراج نفت آن را پالايش مي‌كنند.

پالايش نفت

پالايش نفت مجموعه عملياتي است كه به وسيله آنها بسياري از مواد گوناگون از جمله بنزين، نفت سفيد، نفت گاز يا گازوئيل، نفت كوره، گريس، قير و غيره از نفت خام بدست مي‌آيد. عمليات اساسي پالايش نفت را به سه دسته كلي تقسيم مي‌كنند: الف- جدا كردن مواد ( با استفاده از تقطير جزء به جزء) ب- تبديل ( تبديل اجزاء نامرغوب و كم‌مصرف به اجزاء مرغوب در پالايشگاه) ج- تصفيه فرآورده‌هاي نفتي بيش از نيم قرن از مصرف فرآورده‌هاي نفتي به صورتي غير از سوخت مي‌گذرد. به مرور زمان و با پيشرفت علم و تكنولوژي، انسان تعداد روزافزوني از ئيدروكربنها را به طور خالص از ساير فرآورده‌هاي نفتي جدا كرده و به مصرف توليد ساير مواد شيميايي و صنعتي رسانيده است. صنايع وابسته به نفت را كه از مواد نفتي محصولات غيرنفتي تهيه مي‌كنند را صنايع پتروشيمي مي‌نامند. مواد اوليه‌ حاصل از صنعت نفت كه براي تهيه ساير فرآورده‌هاي شيميايي به كار مي‌رود، مواد پتروشيمي ناميده مي‌شود.

آيا مي دانستيد؟

– گاز طبيعي در حالت عادي بدون بو است. به گاز طبيعي قبل از توزيع يك ماده از تركيبات سولفور به نام تجاري مركاپتان اضافه مي‌شود تا هنگام نشت احتمالي گاز به ما كمك كند.