جيولوجيا النفط

هو علم يهتم بدراسه البترول وطرق تكونه وهجرته خلال طبقاته كما يدرس تركيب البترول وأصله.

الــتعريـــــف::

النفط أو البترول (كلمة مشتقة من الأصل اللاتيني بيترا والذي يعني صخر، "أوليوم" والتي تعني زيت)، ويطلق عليه أيضا الزيت الخام، كما أن له اسم دارج "الذهب الأسود"، وهو عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليا من القشرةالأرضية. وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة الألكانات، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية (إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيماوية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات، اللدائن.::منشأ البترول::المنشأ الحيويينظر معظم الجيولوجيين إلى الزيت الخام، مثل الفحم والغاز الطبيعي، أنه ناتج من تأثير الضغط والحرارة على النباتات القديمة على مر العصور الجيولوجية. وطبقا لهذه النظرية، فقد تكون البترول من تحلل بقايا الحيوانات البحرية ونباتات ما قبل التاريخ. وبمرور قرون عديدة فإن هذه المادة العضوية، إختلطت بالطين، ودفنت تحت طبقات رسوبية من المواد. وأدت الحرارة والضغط الشديدين ألى تحول هذه الحيوانات والنباتات إلى مادة شمعية تسمى كيروجين، وإلى هيدروكربونات سائلة وغازية في عملية تعرف بالتطور التدهوري. وانتقلت هذه المادة خلال طبقات الصخور المجاورة حتى تم إحتجازها تحت الأرض في صخور مسامية تسمي المستودعات، مكونة حقل زيت، والتي يمكن استخلاص السائل منها بالحفر ثم الضخ.المنشأ غير الحيويتوماس جولد كان أكثر العلماء الغربيين تأييدا للنظرية الروسية-الأوكرانية المنشأ الغير حيوي للبترول. وهذه النظرية تفترض ان كميات ضخمة من الكربون الموجود طبيعيا على الأرض، بعضه في شكل هيدروكربونات. ونظرا لأن الهيدروكربونات أقل كثافة من الموائع المسامية، فإنه يتجه للأعلى. وتحوله أشكال الكائنات الدقيقة إلى ترسبات هيدروكربونية عديدة. وأثبتت حسابات الديناميكا الحرارية والدراسات العملية أن "إن-ألكانات" (المكون الرئيسي للبترول) لا تنتج تلقائيا من الميثان في الضغوط الموجودة في الأحواض الرسوبية، وعلى هذا فإن نظرية المنشأ الغير حيوي للهيدروكربونات تفترض التكون العميق.::تركيب البترول::أثناء عمليات التصفية، يتم فصل الكيماويات المكونة للبترول عن طريق التقطير التجزيئي، وهو عملية فصل تعتمد على نقط الغليان النسبية (أو قابلية التطاير النسبية). المنتجات المختلفة (بالترتيب طبقا لنقطة غليانها) بما فيها الغازت الخفيفة (مثل: الميثان، الإيثان، البروبان) كالتالي: البنزين، وقود المحركات النفاثة، الكيروسين، الديزل، الجازولين، شموع البرافين، الأسفلت، وهكذا. والتقنيات الحديثة مثل فصل الألوان الغازي، Hplc، فصل ألوان غازي-مطياف كتلة، يمكن أن تفصل بعض الأجزاء من البترول إلى مركبات فردية، وهذه طريقة من طرقالكيمياء التحليلية، تستخدم غالبا في أقسام التحكم في الجودة في مصافي البترول.ولمزيد من الدقة، فإن البترول يتكون منالهيدروكربونات، وهذه بدورها تتكون منالهيدروجين، والكربون، وبعض الأجزاء غير الكربونية والتي يمكن أن تحتوي على النيتروجين، الكبريت، الأ@_@@_@@_@ين، وبعض الكميات الضئيلة من الفلزات مثل الفاناديوم أو النيكل، ومثل هذه العناصر لا تتعدى 1% من تركيب البترول.وأخف أربعة ألكانات هم: ميثان Ch4، إيثان C2h6، بروبان C3h8، بيوتان C4h10. وهم جميعا غازات. ونقطة غليانهم -161.6 C° و -88 C° و -42 C° و -0.5 C°، بالترتيب (-258.9، -127.5، -43.6، -31.1 F°)مدى السلاسل C5-7 كلها خفيفة، وتتطاير بسهولة، نافثا نقية. ويتم استخدامهم كمذيبات، سوائل التنظيف الجاف، ومنتجات التجفيف السريع الأخرى. أما السلاسل من C6h14 إلى C12h26 تكون مختلطة ببعض وتستخدم في الجازولين. ويتم صنع الكيروسين من السلاسل C10 إلى C15، ثم وقود الديزل/زيت التسخين في المدى من C10 إلى C20، و يتم استخدم زيوت الوقود الأثقل من ذلك في محركات السفن. وجميع هذه المركبات البترولية سائلة في درجة حرارة الغرفة.زيوت التشحيم والشحم شبه الصلب (بما فيه الفزلين) تتراوح من C16 إلى C20.السلاسل الأعلى من C20 تكون صلبة، بداية من شمع البرافين، ثم بعد ذلك القطران، القار، الأسفلت.مدى درجات الغليان لمكونات البترول تحت تأثير الضغط الجوي في التقطير التجزيئي بالدرجة المئوية:إثير بترول: 40 – 70 C° يستخدم كمذيب بنزين خفيف: 60 – 100 C° يستخدم كوقود للسيارات بنزين ثقيل: 100- 150 C° يستخدم كوقود للسيارات كيروسين خفيف: 120 – 150 C° يستخدم كمذيب ووقود للمنازل كيروسين: 150 – 300 C° يستخدم كوقود للمحركات النفاثة زيت الغاز: 250 – 350 C° يستخدم كوقود للديزل / للتسخين زيت تشحيم: > 300 C° يستخدم زيت محركات الأجزاء التبقية: قار، أسفلت، وقود متبقي.::استخلاص البترول::بصفة عامة فإن المرحلة الأولى في استخلاص الزيت الخام هي حفر بئر ليصل لمستودعات البترول تحت الأرض. وغالبا ما يتم حفر عديد من الآبار لنفس المستودع، للحصول على معدل استخراج اقتصادي. وفي بعض الآبار يتم ضخ الماء، البخار، مخلوط الغازات المختلفة للمستودع لإبقاء معدلات الاستخراج الاقتصادية مستمرة.وفي حالة أن الضغط تحت الأرض في مستودع الغاز كافي، عندها سيجبر الزيت على الخروج للسطح تحت تأثير هذا الضغط. الوقود الغازي أو الغاز الطبيعي غالبا ما يكون متواجد، مما يزيد من الضغط الموجود تحت الأرض. وفي هذه الحالة فإن الضغط يكون كافي لوضع كمية كافة من الصمامات على رأس البئر لتوصيل البئر بشبكة الأنابيب للتخزين، وعمليات التشغيل. ويسمى هذا استخلاص الزيت المبدئى. وتقريبا 20% فقط من الزيت في المستودع يمكن استخراجه بهذه الطريقة.وخلال فترة حياة البئر يقل الضغط، وعند حدود معينة لا يكون كافيا لدفع الزيت للسطح. وعندها، لو أن المتبقى قى البئر كافي اقتصاديا، وغالبا ما يكون كذلك، يتم استخراج الزيت المتبقي في البئر بطريقة استخراج الزيت الإضافية. شاهد إتزان الطاقة، وصافي الطاقة. ويتم استخدام تقنيات مختلفة في طريقة استخراج الزيت الإضافية، لاستخراج الزيت من المستودعات التي نفذ ضغطها أو قل. يستخدم أحيانا الضخ بالطلمبات مثل الطلمبات المستمرة، وطلمبة الأعماق الكهربية (electrical submersible pumps ESPs) لرفع الزيت إلى السطح. وتستخدم تقنية مساعدة لزيادة ضغط المستودع عن طريق حقن الماء، إعادة حقن الغاز الطبيعي، رفع الغاز وهذا يقوم بحقن الهواء، ثاني أكسيد الكربون أو غازات أخرى للمستودع. وتعمل الطريقتان معا المبدئية والإضافية على استخراج ما يقرب من 25 إلى 35% من المستودع.المرحلة الثالثة في استخراج الزيت تعتمد على تقليل كثافة الزيت لتعمل على زيادة الإنتاج. وتبدأ هذه المرحلة عندما لا تستطيع كل من الطريقة المبدئة، والطريقة الإضافية على استخراج الزيت، ولكن بعد التأكد من جدوى استخدام هذه الطريقة اقتصاديا، وما إذا كان الزيت الناتج سيغطي تكاليف الإنتاج والأرباح المتوقعة من البئر. كما يعتمد أيضا على أسعار البترول وقتها، حيث يتم إعادة تشغيل الآبار التي قد تكون توقفت عن العمل في حالة ارتفاع أسعار الزيت. طرق استخراج الزيت المحسن حراريا (Thermally-enhanced oil recovery methods TEOR) هي الطريقة الثالثة في ترتيب استخراج الزيت، والتي تعتمد على تسخين الزيت وجعله أسهل للاستخراج. حقن البخار هي أكثر التقنيات استخداما في هذه الطريقة، وغالبا مع تتم (TEOR) عن طريق التوليد المزدوج. وفكرة عمل التوليد المزدوج هي استخدم تربينة (توربينة) غاز لإنتاج الكهرباء واستخدام الحرارة المفقودة الناتجة عنها لإنتاج البخار، الذي يتم حقنه للمستودع.وكما قال الدكتور عثمان العبدلي بأن هناك تقنية أخرى تستخدم في طريقة (TEOR)، وهي الحرق في-الموضع، وفيها يتم إحراق الزيت لتسخين الزيت المحيط به. وأحيانا يتم استخدام المنظفات لتقليل كثافة الزيت. ويتم استخراج ما يقرب من 5 إلى 15% من الزيت في هذه المرحلة ،,؛؛طرق أخرى لإنتاج الزيت؛؛,,نظرا للزيادة المستمرة في أسعار البترول، أصبحت الطرق الأخرى لإنتاج الزيت محل إهتمام. وأصلح هذه الأفكار هو تحويل الفحم إلى زيت والتي تهدف إلى تحويل الفحم إلى زيت خام.وكانت تعرف "إيرساتز" ("الاستبدال" ). وقد تم توقف هذه الطريقة بعد ذلك نظرا لأن تكاليف إنتاج البترول الطبيعي أقل منها. ولكن بالنظر إلى ارتفاع أسعار البترول المستمر، فإن تحويل الفحم إلى بترول قد يكون محل تفكير.وتتضمن الطريقة تحويل رماد الفحم إلى زيت في عملية متعددة المراحل. ونظريا فإن طن من الفحم ينتج نقريبا 200 لتر من الخام، بمنتجات تتراوح من القار إلى الكيماويات النادرة تم حفر أول بئر للبترول في الصين في القرن الرابع الميلادي أوقبل ذلك. وكان يتم إحراق الزيت لتبخير الماء المالح لإنتاج الملح. وبحلول القرن العاشر، تم استخدام أنابيبالخيرزان لتوصيل الأنابيب لمنابع المياه المالحة.في القرن الثامن الميلادي، كان يتم رصف الطرق الجديدة فيبغداد باستخدامالقار، الذي كان يتم إحضاره من من ترشحات البترول في هذه المنطقة. في القرن التاسع الميلادي، بدأت حقول البترول في باكو، أذربيجان بإنتاج البترول بطريقة اقتصادية لأول مرة. وكان يتم حفر هذه الحقول للحصول على النفط، وتم وصف ذلك بمعرفة الجغرافي ماسودي في القرن العاشر الميلادي، وأيضا ماركو بولو في القرن الثالث عشر الميلادي، الذي وصف البترول الخارج من هذه الآبار بقوله أنها مثل حمولة مئات السفن. شاهد أيضا الحضارة الإسلامية.ويبدأ التاريخ الحديث للبترول في عام 1853، باكتشاف عملية تقطير البترول. فقد تم تقطير البترول والحصول منه على الكيروسين بمعرفة إجناسى لوكاسفيز، وهو عالم بولندي. وكان أول منجم زيت صخري يتم إنشائه في بوربكا، بالقرب منكروسنو في جنوب بولندا، وفي العام التالي لذلك تم بناء أول معمل تكرير (في الحقيقة تقطير) في يولازوفايز، وكان أيضا عن طريق لوكاسفيز. وإنتشرت هذه الاكتشافات سريعا في العالم، وقام ميرزوف ببناء أول معمل تقطير في روسيا في حقل الزيت الطبيعي في باكو في عام 1861