نفت و گاز چگونه تولید می شود؟
بشر از هزار سال پیش به وجود نفت پی برده بود و این ماده روغنی شکل و اعجاب‌آمیز از دیر باز مورد استفاده پیشینیان بوده است. نفت را OIL یا Petroleum (روغن سنگ) می‌نامند. در زبان اوستایی نپتا به معنی روغن معدنی است که کلدانیها و عربها آن را از فارسی گرفته و نفت خوانده‌اند. هم‌اکنون بیش از دوسوم انرژی مصرفی جهان از نفت تامین می‌شود. نظریات متعددی راجع به منشاء نفت و گاز ابراز شده است که اولین فرضیه ها برای تشکیل هیدروکربنها با منشاء غیر آلی نظیر منشاء آتشفشانی، شیمیائی و فضائی ارائه گردیده است. لکن امروزه در خصوص منشاء آلی هیدروکربها اتفاق نظر وجود دارد. این مواد آلی می تواند بقایای گیاهان و حیوانات خشکی و دریائی عمدتا” پلانکتونها 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. اهمیت پلانکتونها در تشکیل نفت از آنجا ناشی می شود که آب دریا ناحیه مساعدی جهت تکثیر پلانکتونها می باشد و تعداد آنها نیز در آب دریا بسیار زیاد می باشد.
پلانکتونها به علت سرعت رشد و کوچکی جثه، ماده آلی مناسبی است که به سهولت به وسیله رسوبات ریز دانه مدفون گشته و مصون از اکسید شدن در رسوبات باقیمانده و هیدروکربن را تولید می نماید. طبق نظریات جدید مواد مختلف آلی ته نشین شده با رسوبات نرم هنگام دیاژنز (سنگ شدن) تبدیل به یک ماده واسط بین ماده آلی و هیدروکربن می گردد. این ماده واسط کروژن (Kerogn) نامیده می شود. کروژن یک ماده جامد نامحلول آلی است که محصول دیاژنتیک مواد آلی است. توان تولیدی کروژنها برای تولید نفت و گاز متفاوت است.
نفت تشکیل یافته به علت مایع بودن و همچنین به علت خاصیت موئینگی محیط خود از خلال سنگها گذشته، زیر یک طبقه غیر قابل نفوذ در بالاترین قسمت یک چین‌خوردگی که تاقدیس نامیده می‌شود، ذخیره می‌گردد.
بررسی عوامل مشترک مخازن نفت و گاز نشان می دهد که:
الف- شرایط و محیط رسوبی خاصی لازم است تا طبقات نفت زا (سنگ مادرSource Rock) تشکیل شود و همچنین شرایط خاصی باید وجود داشته باشد تا مواد آلی رسوب یافته در این لایه ها به هیدروکربن تبدیل گردد.
ب- سنگ متخلخل و نفوذپذیری (سنگ مخزن Reservoir rock ) باید وجود داشته باشد تا فضای لازم جهت انبار شدن نفت فراهم آید.
ج- سنگ مخزن می بایستی شکل خاصی داشته باشد تا بتواند تله (Trap) را تشکیل داده باعث جمع شدن هیدروکربن گردد.
د- سنگ غیر قابل نفوذی (سنگ پوشش Cap Rock ) لازم است که مخزن را بپوشاند تا از خروج نفت و گاز از مخزن جلوگیری نماید.
تبدیل مواد الی به کروژن و گاز
در باره نحوه تبدیل مواد آلی رسوبات به نفت و گاز با مطالعات جدید ژئوشیمیائی و جمع آوری اطلاعات تجربی ثابت شده است که قسمت اعظم هیدروکربنهای طبیعی در اثر کراکینگ کروژن ناشی از حرارت زمین (ژئوترمال) تولید می گردد. همانطور که بیان گردید برای بوجود آمدن نفت و گاز وجود مواد آلی فراوان و تشکیل کروژن در هنگام دیاژنز رسوبات ضروری می باشد. پس سنگ مادر (Source Rock) سنگی است که دارای مقدار کافی کروژن باشد. شرایط مساعد رسوبی برای تجمع و ذخیره شدن مواد آلی شامل گیاهان و جانوران دریائی و همچنین مواد آلی خشکی که توسط رودخانه ها به حوزه رسوبی حمل می گردد، رسوبات رسی و یا گل کربناته (ریزدانه بودن و محیط آرام رسوب گذاری) می باشد. علاوه بر این محیط کف دریا بایستی محیط احیاء کننده باشد تا از اکسیدشدن مواد آلی جلوگیری بعمل آید.
طبیعی است هرچه میزان کروژن در سنگ مادر بیشتر باشد توانائی بیشتری برای تولید هیدروکربن وجود دارد لکن علاوه بر درصد مواد آلی، سنگ مادر بایستی ضخامت کافی نیز داشته باشد. براساس مطالعات ژئوشیمیائی انجام شده برای اینکه سنگ مادری بتواند هیدروکربن تولید نماید باید دارای حداقل تراکمی از کربن آلی باشد که از آن کمتر قادر به تولید هیدروکربن نخواهد بود. این حداقل عمدتا” 5/0 درصد کربن آلی برآورد می شود. سنگ مادرهائی که در حوزه های رسوبی ایران دیده می شود نظیر سازند کژدمی در ناحیه زاگرس حدود 10-5 درصد کربن آلی دارد که بیشتر از جلبکها منشاء گرفته است.
هیدروکربنها در اثر کراکینگ کروژن بوجود می آیند. کراکینگ کروژن عمدتا” در درجه حرارتهای 100-80 درجه سانتیگراد شروع می شود. این درجه حرارت در یک ناحیه رسوبی با درجه حرارت ژئوترمال طبیعی معادل عمقی بین 3000-2000 متر می باشد. بنابراین یک سنگ مادر هرچه قدر هم ضخیم و غنی از مواد آلی باشد تا در اعماق فوق قرار نگیرد نمی تواند هیدروکربن تولید نماید. بر همین اساس ابتدا نفت خام سنگین تولید می گردد. چگالی و وزن مخصوص نفت خام با ازدیاد عمق کاهش می یابد. هرچه قدر سنگ مادر عمیقتر مدفون گردد نفت تولید شده سبکتر است و گاز معمولا” محصول آخرین این فعل و انفعالات است.
بنابراین ابتدای نفت های بسیار سنگین، نفتهای پارافینیک، نفتهای سبک، نفتهای میعانی و نهایتا” گاز بدست می آید. وقتی درجه حرارت از 165 درجه سانتیگراد تجاوز کند فقط گاز تولید خواهد شد یعنی تقریبا” از عمق 5000 متر بیشتر (ضخامت رسوبی) احتمال یافتن نفت بسیار کم می شود و فقط می توان انتظار یافتن گاز را داشت. در درجه حرارتهای بالاتر از 230 درجه سانتیگراد کروژن یک بافت گرافیتی ثابت پیدا می کند که با ازدیاد درجه حرارت هیدروکربنی تشکیل نمی شود (نسبت هیدروژن به کربن تغییر نمی یابد). به طور کلی ازدیاد عمق باعث ازدیاد درجه حرارت می گردد که این ازدیاد درجه حرارت دو اثر دارد:
الف- کراکینگ کروژن و تبدیل مولکولهای بزرگ به مولکولهای کوچکتر مانند تشکیل نفت و گاز
ب- پلیمریزاسیون مولکولها که به تشکیل متان و گرافیت ختم می گردد (کروژنهای گرافیتی)
نکته مهم دیگری که در مورد تشکیل هیدروکربنها وجود دارد زمان زمین شناسی می باشد. به عبارت دیگر رسوبات قدیمی تر (از نظر زمین شناسی) در درجه حرارتهای پائین تر، همان محصولی را می دهد که سنگ مادری با سن زمین شناسی کمتر در درجه حرارتهای بالاتر هیدروکربن تولید خواهد نمود
گاز
به علت فشار زیاد درون حفره نفتی، مقدار زیادی از گاز در نفت خام حل شده است. به همین دلیل نفت خامی را که از چاه بیرون می‌آید، قبل از انتقال دادن به پالایشگاه، ابتدا به دستگاه تفکیک مخصوصی می‌برند تا قسمت اعظم گازهای سبک و آب نمک آنرا جدا سازند. گازی که مستقیماْْ از چاههای نفت خارج می‌شود با گازی که به این وسیله از نفت خام تفکیک می‌گردد، پس از تصفیه به صورت گاز طبیعی به وسیله‌ی شبکه‌ی گازرسانی برای مصارف سوخت و صنایع پتروشیمی توزیع می‌شود. گاز طبیعی مخلوطی از ئیدروکربنهای سیرشده سبک مانند متان، اتان و اندکی پروپان و بوتان است. قسمت عمده این گاز متان و مقدار کمتری اتان می‌باشد.در این گازها غالباْْ آثاری از نیتروژن، کربن دی اکسید و گاهی ئیدروژن سولفید و هلیم وجود دارد. پس از استخراج نفت آن را پالایش می‌کنند.
پالایش نفت
پالایش نفت مجموعه عملیاتی است که به وسیله آنها بسیاری از مواد گوناگون از جمله بنزین، نفت سفید، نفت گاز یا گازوئیل، نفت کوره، گریس، قیر و غیره از نفت خام بدست می‌آید. عملیات اساسی پالایش نفت را به سه دسته کلی تقسیم می‌کنند: الف- جدا کردن مواد ( با استفاده از تقطیر جزء به جزء) ب- تبدیل ( تبدیل اجزاء نامرغوب و کم‌مصرف به اجزاء مرغوب در پالایشگاه) ج- تصفیه فرآورده‌های نفتی بیش از نیم قرن از مصرف فرآورده‌های نفتی به صورتی غیر از سوخت می‌گذرد. به مرور زمان و با پیشرفت علم و تکنولوژی، انسان تعداد روزافزونی از ئیدروکربنها را به طور خالص از سایر فرآورده‌های نفتی جدا کرده و به مصرف تولید سایر مواد شیمیایی و صنعتی رسانیده است. صنایع وابسته به نفت را که از مواد نفتی محصولات غیرنفتی تهیه می‌کنند را صنایع پتروشیمی می‌نامند. مواد اولیه حاصل از صنعت نفت که برای تهیه سایر فرآورده‌های شیمیایی به کار می‌رود، مواد پتروشیمی نامیده می‌شود.
آیا می دانستید؟
– گاز طبیعی در حالت عادی بدون بو است. به گاز طبیعی قبل از توزیع یک ماده از ترکیبات سولفور به نام تجاری مرکاپتان اضافه می‌شود تا هنگام نشت احتمالی گاز به ما کمک کند.
