انواع حفارات ابار النفط

انواع اجهزه الحفر

أنواع أجهزة الحفر الغرض من استخدام أجهزة الحفر هو حفر ثقوب فى الأرض. الغرض من الحفر عادة هو الحصول على البترول أو الغاز. تعمل أجهزة الحفر على اليابس أو الماء وبعضها كبير والآخر صغيرنسبيا . أجهزة الحفر الكبيرة يمكنها أن تحفر ثقوب عميقة جداً حوالى 20 ألف قدم أى حوالى 7 آلاف  متر وربما تزيد. أجهزة الحفر الصغيرة يمكنها أن تحفر ثقوب تصل إلى بعض الآلاف من الأقدام أو ما يساويها     من الأمتار.

تنقسم أجهزة الحفر إلى أجهزة الحفر البرية وأجهزة الحفر البحرية.

أولاً أجهزة الحفر البرية Land Rigs
هى الأجهزة التى تقوم بالحفر على اليابسة وهى أوسع انتشاراً وتنقسم إلى أربعة أنواع:

1- أجهزة الحفر الخفيفة (Light Rigs)
    تحفر آبار تتراوح من 1000 إلى 1500 متر أو 3000 إلى 5000 قدم

2- أجهزة الحفر المتوسطة (Medium Rigs)
    تحفر آبار تتراوح من 1200 إلى 3000 متر أو 4000 إلى 10000 قدم

3- أجهزة الحفر للتشغيل الثقيل (Heavy Rigs)
    تحفر آبار تتراوح من 3500 إلى 5000 متر أو 12000 إلى 16000 قدم

4- أجهزة الحفر للتشغيل فوق الثقيل (Ultra-Heavy Rigs)
    تحفر آبار تتراوح من 5500 إلى 7500 متر أو 18000 إلى 25000 قدم

ويستطيع أفراد طاقم الحفر تحريك جهاز الحفر على الشاحنات والمقطورات والزحافات وفى بعض الأحيان تنقل على معدات خاصة.
أجهزة الحفر الصغيرة للتشغيل الخفيف تتميز بسهولة تحريكها ونقلها أما أجهزة الحفر للتشغيل فوق الثقيل يصعب تحريكها ونقلها.

ثانياًً أجهزة الحفر البحرية offshore rigs
هى الأجهزة التى تقوم بالحفر فى الماء وتنقسم إلى خمسة أنواع:

1- أجهزة الحفر البحرية المرفوعة (Jackup Rigs)

تحفر الآبار البحرية ولها أرجل تحمل أرضية وهيكل جهاز الحفر.

عندما توضع على مكان الحفر تستقر الأرجل على قاع البحر.

تستطيع الحفر فى مياه يتراوح عمقها بعض الأقدام أو الأمتار إلى أكثر من 400 قدم أى أكثر من
 120 متر.

تسحب المراكب أجهزة الحفر المرفوعة إلى مكان الحفر وتكون أرجلها مرفوعة عن الأرض.

طاقم نصب برج الحفر هم المسئولون عن وضع أرجل الجهاز بإحكام على قاع البحر وبعد ذلك
  يعدلون مستوى الأرضية وارتفاع جسم البرج حسب الاحتياج.

2- أجهزة الحفر ذات المنصات الثابتة (Platform)

هى عبارة عن منشأة بحرية وغير قابلة للتحريك وهذا يعنى أنه عندما تبنى لا تتحرك من مكان الحفر على الإطلاق.

يتم حفر عدة آبار من منصة واحدة.

يمكن أن تعزز المنصة الثابتة بمركب تموين يطفو على سطح الماء بالقرب من المنصة.

وهناك منصات كبيرة ليس لها مركب تموين حيث أنها تستطيع أن تحوى كل شىْ.

ولهذه المنصات الثابتة أنواع مختلفة وهى:

Steel-Jacket Platform منصة ذات الغلاف الفولاذى	Caisson Type Platform منصة النوع القيسونى	Concrete Gravity Type Platform منصة ذات الثقل الخرسانى

وفى المياه العميقة يتحتم على بناة منصات الحفر أن ينشئوا منصات تستجيب لحركة المياه أو الرياح

 وهناك نوعان وهما:

Compliant Platform Rigs (guyed-tower) البرج المدعم بالشدادات	Compliant Platform Rigs (tension legs) ذوات أرجل الشد

3-أجهزة الحفر الغاطسة أو الإنغمارية (Submersible)

يستند برج الحفر الغاطس على قاع البحر أثناء عملية الحفر

يتم ملئ الحجيرات التى تتسبب فى غمر البرج أو إسناده على القاع بالماء وفى حالة النقل

 يتم تفريغ هذه الحجيرات فيطفو البرج على سطح الماء ويتم سحبة بواسطة المراكب إلى أى مكان
   آخر.

تصمم هذه الأجهزة الغاطسة للحفر فى المياه الضحلة وحتى حوالى 175 قدم أى أكثر من 50 متر بقليل.

4- أجهزة الحفر شبة الغاطسة (Semi-Submersible)

هى عبارة عن برج حفر بحرى طافى وله عوامات وأعمدة عندما تمتلئ بالماء تتسبب فى تغطيس الوحدة جزئياً إلى عمق مسبق التحديد وتجمع المعدات والأدوات على السطح.

وفى مكان الحفر يستطيع العمال تثبيت برج الحفر فى قاع البحر أو استخدام نظام الدوافع  للحفاظ على البرج فوق ثقب الحفر.

يثبت أفراد طاقم الحفر رأس البئر وموانع الانفجار على قاع البحر وهناك ماسورة مجوفة خاصة تسمى الماسورة الصاعدة وتوصل قمة مانع الانفجار إلى برج الحفر.

فى بعض الحالات تستخدم دوافع للحفاظ على البرج فوق ثقب الحفر وتسمى هذه المنظومة بالتعيين النشط وهذا النظام يحافظ على البرج فى مكانه بواسطة كمبيوتر من على السطح.

بعض أجهزة الحفر شبه الإنغمارية ذات نظام التعيين النشط تستطيع الحفر فى مياه يصل عمقها  إلى 7500 قدم أو ما يزيد على 2200 متر.

وفى المسافات القصيرة للنقل يتم سحب الجهاز وبعض الأجهزة لها صفة التحكم الذاتى وفى المسافات الطويلة يتم سحبها على مركب خاص.

 5- سفن الحفر (Drill Ship)

هى وحدة حفر طافية ولها خاصية الحركة الذاتية وتستعمل نظام مانع انفجار تحت سطح الماء والذى يستعمل مع أجهزة الحفر شبة الإنغمارية.

الرفع الصناعي في الابار النفطيه

الرفع الصناعي

Artificial lift

عبارة عن وسيلة لتخفيف الضغط في قاع البئر (flow bottom hole pressure) بهدف زيادة الانتاج و هذا يتم عندما لا تستطيع البئر ان تنتج عند قيمة الإنتاج المطلوب مقابل الضغط المعاكس للمنظومة. وهذا يتم بواسطة تنصيب منظومة مضخات غاطسة أو إدخال الغاز (introducing gas) او تخفيف الكثافة للسائل المتدفق. ويتم ذلك في الحالات التالية:

    عندما يحصل استنزاف للضغط ألمكمني.

    عندما تزيد نسبة الماء المنتج.

   انخفاض نسبة الغاز الى السائل المنتجة تسبب زيادة كثافة الموائع.

الرفع بالغاز

Gas lift

ياتي دور الرفع بالغاز في عملية إنتاج النفط خلال فترة معينة من حياة البئر تقع مابين فترة الجريان الطبيعي الاول و فترة الجريان بالطرق الاصطناعية النهائية (final artificial lift techniques) وقد تمتد فترة الإنتاج للبئر بطريقة الرفع بالغاز الى خمس سنوات تقريبا يتم بواسطتها تقديم وقت انتاج النفط و بكميات كبيرة مما يجعلها ذات مردود اقتصادي جيد.

مجالات الاستخدام

-         في حالة النفط الخام الخفيف  ذو الكثافة البسيطة (low density light crud).

-         الكميات الكبيرة نسبيا من الغاز

- large well count و الذي يحسن اقتصادية التنصيب و عمليات ضغط الغاز.

 تكمن هذه الطريقة في حقن غاز بضغط عالي إلى الcasing و تمريره الى tubing خلال صمامات ميكانيكية (orifice valve) و التي تقوم  بتخفيف العمود الهيدروستاتيكي فوق الطبقة و يسبب الجريان. ان الرفع بالغاز يمكن اجراؤه بطريقتين :

1-  حقن الغاز بصورة مستمرة (continuous flow gas lift) داخل أنبوب الإنتاج او البطانة والى عمق معين و ذلك لتقليل الضغط المعاكس على الطبقة المكمنية.

2-  بحقن الغاز بمعدل اني وكبير ولفترة زمنية قصيرة من الزمن مع قذف كمية من السائل (liquid slug) الى اعلى أنبوب الإنتاج وعلى فترات زمنية مبرمجة وتسمى هذه الطريقة بالرفع المتقطع (الدوري). (intermittent-flow lift)

ان عدم إمكانية تطبيق طريقة الرفع كوسيلة نهائية لإنتاج البئر في مرحلة الاستنضاب المتأخرة للحقل يرجع الى أن الغاز المحقون نفسه يسلط ضغطا معاكسا على الطبقة المكمنية و عليه فسوف لن يصبح بالإمكان الوصول إلى قيمة منخفضة لضغط الجريان عند قاع البئر كما هو الحال مع طرق الرفع الاصطناعية الأخرى كاستعمال المضخات مثلا (pumping)

اختيار طريقة الرفع بالغاز يعتمد بالدرجة الأساسية على :

-        توفر الغاز و كلفته.

-         القوة الحصانية اللازمة لحقنه.

-        خصوصيات المكمن.

-        توفر الطاقة المطلوبة.

-        العامل الاقتصادي.

الرفع بالغاز عملية ميكانيكية لرفع الموائع من البئر حيث يستعمل فيها الغاز بضغط عالي نسبيا (اكبر و يساوي 250 psi بمثابة الوسط الرافع. وقد يطبق هذا الأسلوب خلال عمليات اكمال البئر او في المراحل المتأخرة من الإنتاج.

للرفع بالغاز أساليب متنوعة حيث يمكن تطبيقه عند أي عمق ولأي ضغط مكمني ولمعدلات انتاج قد تصل الى عشرات الالاف من البراميل يوميا. وبصورة عامة اذا كانت الحاجة الى رفع بالغاز متوقعة فان وضع الصمامات الخاصة للرفع يجب ان يتم خلال فترة الإكمال الاصلي للبئر حيث تشغل تلك الصمامات عند الحاجة باستعمال خدمات الخطوط السلكية (Wire line service) إن أهم العوامل التي تحد او تعيق كفاءة الرفع بالغاز هي وجود الغاز الحامض (sour gas) الذي يحتوي على مركبات كبريتية او دخول النفط الخام ذو اللزوجة العالية.

الابار التي ضغط القاع فيها عالي و دليل إنتاجيتها يساوي او اكبر من 0.5 تصمم على أساس الجريان المستمر الشبه مغلق و الابار التي تتميز بضغط قاع عالي ودليل إنتاجية منخفض فتصمم على الجريان المتقطع الشبه مغلق. أما الآبار التي تتميز بضغط قاع منخفض ودليل إنتاجية عالي او منخفض فتصمم على الجريان المتقطع المغلق. بطريقة الجريان المستمر يتم إدخال كمية صغيرة من الغاز وبضغط مرتفع داخل انبوب الإنتاج لتخفيف وزن عمود السائل فيه وبذلك يمكن ضغط الجريان عند قاع البئر, وبمساعدة تمدد الغاز من توصيل النفط الى راس البئر. ولتحقيق هذا الغرض بكفاءة عالية  يجب تصميم المنظومة الإنتاجية بحيث تسمح بحقن الغاز خلال صمام واحد وعند أعمق نقطة ممكنة داخل البئر وذلك بالنسبة لإمكانيات الحقن المتوفرة على سطح الأرض.

اما طريقة الجريان المتقطع , فتتضمن حقن الغاز بضغط عالي وبحجم كافي داخل انبوب الإنتاج بحيث يتمكن الغاز من رفع عمود السائل المجمع في الأنبوب فوق مستوى الصمام وبأقصى سرعة إلى سطح الارض. ان هذا النوع من الجريان يتم إنجازه بفضل صمام ميكانيكي ذو فتحة كبيرة وبالسيطرة على ضغط الغاز وحجمه داخل الحيز الحلقي بواسطة قاذف مبرمج على سطح الارض (Surface –controlled intermitter).

ضخ الذراع الماص

Sucker rod pumping

الإنتاج بواسطة مضخات قعر البئر هو أسلوب ميكانيكي حيث يرفع المائع الذي يدخل البئر من التكوين الى السطح بواسطة مضخة تنصب إلى أسفل من مستوى المائع المنتج.

مضخة الذراع الماص هي إحدى مضخات قعر البئر التي تعمل بحركة ترددية متعاكسة (reciprocating) محركها الرئيسي يكون منصوبا على السطح و حركة المحرك يتم توصيلها إلى المضخة بواسطة عدد من القضبان أو الأذرع التي تسمى اذرع أو قضبان المص(sucker rod). الحركة الدورانية لمحور المحرك الرئيسي يمكن تحويلها الى حركة ترددية بطرق مختلفة. فإذا تم ذلك باستعمال ذراع التدوير (crank) و دولاب الموازنة (fly wheel فان المجموعة تسمى مضخة الذراع الماص. نوع ذراع التدوير او نوع الدعامة الماشية (walking beam) المضخات المركزية الحركة التي تنزل إلى أسفل البئر و التي  تكون مع المحرك الكهربائي وحدة كاملة تسمى المضخات المغمورة(submersible pump) . في الشكل رسم لوحدة ضخ الذراع الماص نوع الدعامة الماشية. القوة الخارجة من المحرك الكهربائي تنقل بأحزمة مقطعها على شكل حرف V الى مقلل السرعة حيث يقوم هذا بتقليل سرعة الدوران العالية للمحرك بحدود 3 الى 25 دورة بالدقيقة. ضربة الذراع الأملس هي ضعف طول الكرنك.

أطول ضربة يمكن تحقيقها لاتزيد عادة عن ثلاثة امتار. تنتقل القوة من الكرنك إلى الدعامة الماشية بواسطة ذراع التدوير. ذراع الاتصال الذي يكون طولة L. التركيب الذي يحرك الذراع الأملس يتكون من الحامل (trestle) و الدعامة الماشية و راس الحصان. تغير حمولة الذراع الأملس خلال دورة الضخ يتم توازنة بواحدة من عدة طرق ممكنة و يمكن ان يتم التوازن بواسطة مدور (crank) بوزن مقابل في الدعامة ووزن مقابل في الذراع الأملس الذي يضع بصورة خاصة يعلق في الحامل يربط الى اسفل الانبوب اسطوانة المضخة و التي يتحرك في داخلها المكبس الذي يتحرك الى أعلى وأسفل بواسطة مجموع الذراع  (rod string).

خلال ضربة العمود فان الصمام المنتقل ينغلق و يتمكن المكبس من رفع المائع الذي يملا الحيز الحلقي بين أنبوب الإنتاج والذراع  وفي نفس الوقت  ينفتح الصمام الثابت ليسمح  للمائع بالدخول الى اسطوانة المضخة خلال المرشح . اثناء ضربة النزول (down strike) ينفتح الصمام المنتقل وينغلق الصمام الثابت ويغطس المكبس في المائع الذي يملا الاسطوانة. الأجزاء الرئيسية لاذرع المص تكون في العادة من الحديد و لكن الحديد في حالته النقية يكون لين وقوته قليلة و لهذا يضاف الية عناصر أخرى لتحسين قوته وصلابته ومقاومتة للتاكل. من هذه العناصر يجب ان نذكر الكربون الذي يزيد من صلابة الحديد و تجاوبه مع المعاملات الحرارية يضاف المنغنيز والسيلكون للتقليل من تكون اوكسيدات الحديد والتي تضعف السبيكة ويضاف النيكل لزيادة المقاومة للتآكل.

مجالات الاستخدام

  يفضل استخدام (sucker rod) في الآبار الغير عميقة (shallow) والابار قليلة الانتاج. وعند الكميات القليلة من الغاز.

    لا يفضل استخدامه في حالة وجود الغاز وظروف التآكل تعتبر هذه الطريقة حساسة لدخول الغاز.

المضخات الغاطسة المركزية

Electrical submersible pump

مجالات الاستخدام

-         يعتبر ال ESP فعالا بشكل خاص للجريان العالي جدا يصل إلى الاف البراميل في اليوم.

-         النسبة العالية للماء.

يتكون النظام (الشكل) من :

    المضخة المركزية المتعددة المراحل(multistage centrifugal pump). وتتكون من عدة (Impeller) منفردة كل منها يشبه مضخة مركزية صغيرة تتصل بعمود منفرد (shaft) وكل مرحلة (stage) عند ضغط بسيط للسائل تمر من الأسفل الى الاعلى للمضخة, ترتفع الموائع فوق الضغط الهيدروستاتيكي في أنابيب الإنتاج بحيث يدفع المائع ويجري الى أنابيب الإنتاج.

  الجزء العازل (Seal section). ويودي وظيفة عزل و حماية الموتور من موائع الآبار ومساواة الضغط في داخل البئر مع الضغط داخل الموتور ويمنع هبوط الضغط خلال عمود العازل, يعوض تمدد وتقلص زيت المحرك الناتج عن تشغيل المضخة او إغلاقها.

  Cable يستخدم لمد التيار الكهربائي الى المحرك الكهربائي و يجب ان يكون مدرع ومقاومته للتآكل ممتازة وذو كفاءة عزل جيدة. ويجري التيار الكهربائي الكبير في موصل نحاس كبير القطر (0.75 inch).

  Cable bends يستخدم لتثبيت طاقة الكابل الى أنابيب الإنتاج. و يستخدم ربط واحد لكل 15 قدم. يستخدم ال Cable bend أيضا لربط الكابل المسطح للموتور الى المضخة و العازل. و يكون من stainless steel.

    انابيب الإنتاج (production tubing) و surface production choke

    المعدات السطحية  و تشمل :

-         محول سطحي (surface transformer) لتحويل الفولتية.

-    Controller (switch board) لحماية الموتور من ال overload او underload. بالإضافة إلى junction box  و power distribution system.

الفرق بين الفلزات واللافلزات واشباه الفلزات

الفلزات اللافلزات وأشباه الفلزات

أولا الفلزات

الفلز (بالإنجليزية: metal‏) (يسمى في بعض الدول العربية بالمعدن) في علم الكيمياء كلمة فلز metal (الأصل الإغريقي : ميتالون) تعنى العنصر الكيميائي الذي يفقد الإليكترونات ليكون أيونات موجبة (كاتيونات) وتوجد رابطة فلزية بين ذراته، كما يتم وصف الفلزات أيضا على أنها شبكة من الأيونات الموجبة (كاتيونات) داخل سحابة من الإلكترونات. وتقع الفلزات في الثلاث مجموعات للعناصر التي تتميز بتأينها وخواصها، ومع أشباه الفلزات واللا فلزات.وعند رسم خط مائل في الجدول الدوري من البورون إلى البولونيوم فإن هذا الخط يفصل الفلزات عن اللا فلزات، وتكون العناصر الواقعة على هذا الخط هي أشباه الفلزات، وتكون العناصر التي تقع أسفل يمين الخط هي الفلزات، والتي تقع أعلى يسار الخط هي اللا فلزات. واللافلزات متوفرة في الطبيعة أكثر من الفلزات، ولكن الفلزات تكون أغلب الجدول الدوري. ومن الفلزات المشهورة الألومنيوم ،النحاس، الذهب، الحديد، الرصاص، الفضة، التيتانيوم، اليورانيوم، الزنك. الصور المتآصلة للفلزات تميل لأن يكون لها بريق، لدنة، قابلة للطرق، موصلة، بينما اللا فلزات بصفة عامة تكون هشه (اللا فلزات الصلبة) بدون بريق، عازلة.

الخواص الفيزيائية للفلزات :-

الفلزات لها خواص فيزيائية مميزة : فإنها غالبا ما تكون لامعة (لها بريق)، ذات كثافة عالية، يمكن سحبها، يمكن طرقها، وغالبا درجة إنصهار عالية، كما أنها صلبة وجيدة التوصيل للكهرباء والحرارة. ويرجع هذا بصفة عامة لكثافتها القليلة، وطراوتها، بينما الفلزات ذات درجة حرارة الإنصهارالمنخفضة تكون نشيطة ونادرا ما يمكن تواجدها في حالتها العنصرية الفلزية.

وتحدث خاصية التوصيل غالبا لأن كل ذرة يكون بها إلكترونات غير مرتبطة جيدا في غلافها الأخير (إلكترون التكافؤ)، وعلى هذا يتكون ما يشبه البحر حول كاتيون نواة الفلز مما يسبب خاصية التوصيل.

معظم الفلزات غير ثابتة كيميائيا، تتفاعل مع الأكسجين في الهواء لتكوين أكاسيد بمرور الوقت (الحديد يصدأ على مر السنين، يحترق البوتاسيوم في ثواني، الفضة تفقد لمعانها في شهور). تتفاعل الفلزات القلوية أسرع، يتبعها الفلزات القلوية الترابية والتي توجد في أيمن الجدول الدوري. وتأخذ الفلزات الإنتقالية وقت أطول لتتأكسد (مثل الحديد، النحاس، النيكل) بينما لا يتفاعل البالاديوم، الذهب، البلاتين مع الأكسجين الجوي على الإطلاق (ولهذا يتم صنع المصاغ منهم). بعض الفلزات تكون طبقة ساترة من الأكسيد على سطحها والتي لا يمكن اختراقها بجزيئات الأكسجين ولهذا فإنها تحتفظ بخاصية اللمعان والتوصيل لعقود عديدة (مثل الألومنيوم، بعض أنواع الصلب، التيتانيوم وغيرها). وبالنسبة للفلزات الأخرى يتم طلائها بالبويات، أوبالطلاء الكهربي لمنع تأكسدها. وان الذرة اصغر جزء ويحمل الخواص الكيميائية له

أنواع الفلزات :-

1- الفلزات النبيلة (المعادن الكريمة)
2- الفلزات القلوية منها (البوتاسيوم وهو شديد التفاعل مع الماء وعند حرقه يعطي لهبا ليلكيا).
3- فلزات الاتربة القلوية.
4- الفلزات الانتقالية.
5- الفلزات الرديئة.

السبائك :

السبيكة هي خليط من الخواص الفلزية وتحتوى على الأقل عنصر فلزي واحد. مثال ذلك الصلب (الحديد والكربون) ،النحاس الأصفر (النحاس والزنك)، البرونز (النحاس والقصدير)، دور ألومين (الألومنيوم والنحاس). يتم تصنيع السبائك غالبا للتطبيقات الخاصة، مثل المحركات النفاثة، والتي تحتوى على أكثر من عشر عناصر.

مسميات :-

فلزات حديدية : هي الفلزات التي تحتوي على الحديد.

فلزات خاملة :هي تلك التي تقاوم الأكسدة والتآكل قد. من الممكن إدراجها كفلزات نفيسة. مثل (التانتالوم والبلاتين).

فلزات نفيسة : هي فلزات لها قيمة اقتصادية عالية. تعتبر كيميائيا فلزات أقل نشاطا من الفلزات الأخرى، أكثر لمعانا وتويصيلا للكهرباء. وكانت تاريخيا تستخدم كعملة، لكن الآن تعد أساس الاستثمار والسلع الصناعية. مثل (الذهب، والفضة، والبلاتين).

ثانيا اللافلزات

اللافلزات مثل الفلزات وأشباه الفلزات إحدى السلاسل الكيميائية، وتتميز بخصائص معينة من ناحية التأين والترابط. وتنبع هذه الخواص من أن اللافلزات عالية السالبية الكهربية، أى أنها تكتسب إلكترونات التكافؤ من الذرات الأخرى أسرع من فقدها.
اللافلزات مرتبة حسب الرقم الذري هي كالتالى :

هيدروجين (H)
كربون (C)
نيتروجين (N)
أكسجين (O)
فلور (F)
فسفور (P)
كبريت (S)
كلور (Cl)
سيلينيوم (Se)
بروم (Br)
يود (I)
أستاتين (At)

معظم اللافلزات توجد في أعلى الجانب الأيسر من الجدول الدوري، فيما عدا الهيدروجين والذى يتم وضعه عادة في أعلى الجانب الأيمن مع الفلزات القلوية، ولكنه يتصرف مثل اللافلزات في معظم الأحيان. اللا فلزات عكس الفلزات من حيث التوصيل الكهربى، فهي إما عازلة أو شبه موصلة. ويمكك أن تقوم اللافلزات بتكوين رابطة أيونية مع الفلزات بإكتساب الإلكترونات، أو تكون رابطة تساهمية مع لا فلزات أخرى. وتكون أكاسيد اللافلزات حمضية.

ورغم أنه يوجد 12 عنصر معروف من اللافلزات بالمقارنة بما يزيد عن 90 من الفلزات، فإن اللافلزات يتكون منها معظم الأرض تقريبا، وخاصة الطبقات الخارجية. وتتكون الكائنات الحية كلها تقريبا من اللافلزات. ويوجد كثير من اللافلزات (الهيدروجين، النيتروجين، الأكسجين، الفلور، الكلور، البروم، اليود في حالة جزئي مزدوج الذرة، والباقى معظمه يوجد في حالة جزيئ عديد الذرات.

أشباه الفلزات

أشباه الفلزات (Metalloid)( الأصل الإغريقي للكلمة يعنى شبيه الفلز ) مثل الفلزات واللافلزات إحدى السلاسل الكيميائية ، وتتميز بخصائص معينة من ناحية التأين والترابط . أشباه الفلزات لها خصائص متوسطة بين الفلزات واللا فلزات ، ولا توجد طريقة محدد للتفريق بين أشباه الفلزات والفلزات الحقيقية، ولكن عموما فإن أشباه الفلزات تكون شبه موصلة أكثر من كونها عازلة .
أشباه الفلزات مرتبة حسب الرقم الذري هي كالتالي :
بورون ( B )
سليكون ( Si )
جيرمانيوم ( Ge )
زرنيخ ( As )
إثمد، أو الأنتيموان ( Sb )
تيلوريم ( Te )
بولونيوم ( Po )

في الجدول الدوري ، تقع أشباه الفلزات على هيئة خط مائل من البورون إلى البولونيوم وتكون العناصر الموجودة في أعلى يسار الخط هي اللافلزات ، بينما العناصر الموجودة أسف يمين الخط في الفلزات .

التصرف الشبيه بالفلزات لا يقتصر فقط على هذه العناصر ولكن يوجد أيضا في السبائك والمركبات .

أحد التعريفات لسلوك أشباه الفلزات هو في حالة حدوث تداخل بين حزمة التوصيل وحزمة التكافؤ . ونظرا لأن هذا يحدث في الفلزات فإن أشباه الفلزات يجب أن يكوت لها كثافة حمل قليلة .

هجره النفط والغاز الطبيعي في باطن الارض

هجرة النفط
والمرجح أن البترول والغاز الطبيعي لم يتكونا في الصخور التي يوجدان فيها، بل إليها هاجرا؛ ذلك لأن صخور المكامن تتميز النفاذية والمسامية التي لا تساعد على حفظ المواد العضوية التي يتكون منها البترول، إذ تتلف هذه المواد بفعل الأكسدة الناتجة عن نفاذية صخور المكمن، مما يتطلب طمرها بطبقات سميكة من الرسوبيات الناعمة لحفظها من الأكسدة. ومن ثم فإن البترول لابد أن يكون قد هاجر من بيئة صخور المصدر المختزلة إلى صخور المكمن.

هجرة النفط للسطح
محتويات [أخف]
1 وجود البترول والغاز
2 عوامل تجمع النفط
3 المصائد النفطية
4 البحث والتنقيب عن النفط
5 العوامل التي تتوقف عليها كميات النفط داخل الخزان
6 المصدار
وجود البترول والغاز
ولا شك أن وجود البترول والغاز في الطبقات العليا للمصائد التركيبية أو الطبقية يؤكد الهجرة الرأسية والجانبية للخامات، كما أن الرشح البترولي يؤكد حركة الزيت من أعماق كبيرة إلى سطح الأرض. نلحظ كذلك وجود البترول والغاز والماء في صخور المكمن المسامية والمنفذة في ترتيب طبقي طبقا للثقل النوعي لهذه المواد، فيكون الماء أسفلها والغاز أعلاها، ما يدلل على حرية حركتها رأسيا وأفقيا. ومن ناحية أخرى فإن وجود البترول في بعض الحالات القليلة في صخور نارية أو متحولة يؤكد هجرته إلى مثل هذه الصخور، إذ يستحيل عمليا أن يتكون البترول في تلك الصخور التي تخلو تماما من الكائنات العضوية.
صخرالمنشأ (صخور المصدر): هي الصخور الرسوبية التي تكون فيها النفط أصلاً.
صخر الخزان: هي الصخور التي يوجد فيها النفط ويختزن بداخلها.
المهاجرة أولية: هجرة النفط وانتقاله من صخور المصدر إلى صخور الخزان.
المهاجرة ثانوية: حركة النفط داخل صخور الخزان.
- العوامل التي تساعد على هجرة النفط:
1.انخفاض مسامية الرواسب الحاملة للنفط.
2.اختلاف الضغط الناشئ عن الحركات الأرضية.
3.الضغط الشديد الذي يولده الغاز الطبيعي فوق النفط.
4.الخاصية الشعرية.
== الأدلة التي تؤيد هجرة
1.وجود النفط دائمًا في صخور الحجر الرملي والجيري.
2.وجود النفط بكميات قليلة في الصخور النارية.
عوامل تجمع النفط
1.وجود صخور ذات مسامية عالية لتجمع كمية كبيرة ونفاذية عالية لتسمح للنفط بالتحرك فيها كالحجر الرملي والجيري والكونجلوميرات المسامي والتي تسمى ((خزانات النفط الصخرية)).
2.وجود صخور صماء غير مسامية تمنع حركة النفط للأعلى كالطفل والأنهيدريت والجبس والطين الصفحي وبعض الصخور الملحية والنارية التي تسمى ((صخور الغطاء)).
3.لابد أن تكون الخزانات ذات مواصفات تركيبية خاصة تعمل على منع النفط من الحركة في أي اتجاه.
المصائد النفطية
المصائد النفطية (المحابس): صخور ذات مواصفات تركيبية خاصة تعمل على منع النفط من الحركة في أي اتجاه.
مصيدة القبة الملحية: يعمل اندفاع وانسياب الملح الصخري غير المنفذ إلى أعلى على تجمع النفط.
المصيدة الصدعية: ينشأ عن تصدع الصخور تقابل صخر منفذ بآخر غير منفذ مما يمنع حركة النفط.
المصيدة الطبقية: تنشأ عن ترسب طبقة من الرمال بداخل طبقة سميكة من الطين الصفحي فيتجمع النفط.
مصائد نفطية أخرى: مصائد تركيبية، مصائد ترسيبية، مصائد الصخور المرجانية.
أكثر المصائد شيوعًا في الخليج العربي: مصائد الطية المحدبة ومصائد القباب.
البحث والتنقيب عن النفط
- مراحل البحث والتنقيب:
المسح الجيولوجي: يتم فيها دراسة التكاوين الصخرية والعصور الجيولوجية والأحافير وإجراء عمليات المضاهاة الصخرية والأحفورية ورسم الخرائط الجيولوجية وإعداد تقرير شامل عن المنطقة.
التنقيب والمسح الجيوفيزيائي:
من طرقها: الطريقة الزلزالية والطريقة الكهربية والطريقة المغناطيسية وطريقة الجاذبية.
الطريقة الزلزالية:
- أكثر الطرق دقة. - تعتمد على إجراء تفجير في حفر اسطوانية مما ينشأ عنها اهتزازات أرضية تنتقل إلى باطن الأرض عبر شكل موجات صوتية (سيزمية) تنتشر في جميع الاتجاهات. - تستقبل الموجات المرتدة بميكروفونات خاصة تسمى ((الجيوفونات)). - يتم حساب زمن انتقال الموجات ومعرفة العمق ومعلومات مهمة كالتراكيب الجيولوجية وخصائص الصخور ودلائل تجمعات المفط.
طريقة الجاذبية:
- تعتمد على الاختلاف الطبيعي لقوة جذب الأرض للمكونات المختلفة للقشرة الأرضية. - يتم قياس الجاذبية بجهاز ((الجرافيميتر)). - يقاس التفاوت في قوة الجاذبية ما بين الصور العالية والمنخفضة الكثافة ومن خلال فروق القراءات يمكن رسم خريطة تحدد التراكيب تحت السطحية.
الطريقة المغناطيسية:
- يتم فيها قياس قوة المجال المغناطيسي للصخور واتجاهه بواسطة جهاز ((الماجنيتوميتر)) حيث يستدل على توزيع الصخور النارية وكثافة الصخور الرسوبية ومن ثم استنتاج التراكيب الإقليمية تحت السطحية.
العوامل التي تتوقف عليها كميات النفط داخل الخزان[عدل]
نوعية صخور الخزان.
وجود التراكيب الجيولوجية المناسبة لتجمع النفط.
وجود أكثر من خزان للنفط في الطبقات الحاملة له على أعماق مختلفة.

النفط الخام

يتداخل عنصرا الكربون والهيدروجين في تكوين جميع المكونات العضوية البترولية، وباتحاد هذين العنصرين تتكون مجموعة ضخمة من المركبات العضوية، تسمى بالهيدروكربونات التي تمثل أكثر من ثلاثة أرباع المكونات البترولية، لذلك فإن الخواص الطبيعية والكيميائية للهيدروكربونات تسود على صفات المكونات الأخرى وخصائصها، والتي تعد أيضاً مشتقات هيدروكربونية لعناصر الأكسيجين والكبريت والنيتروجين. ولا يزال البترول المنبع الأساسي للهيدروكربونات.

أولاً: التصنيف الكيميائي للهيدروكربونات:

هناك نوعان أساسيان هما الهيدروكربونات المشبعة Saturated Hydrocarbons، التي تتميز بترابط الكربون فيها عن طريق الروابط الأحادية من نوع سيجما Sigma Bond، والهيدروكربونات غير المشـبعة Unsaturated Hydrocarbons، التي توجد بـها الروابط المضاعفة من نوع باي p (Pi) Bond كالروابط الثنائية والثلاثية.

وطبقا للشكل الجزيئي تصنف الهيدروكربونات إلى أليفاتية Aliphatic، وهذه بدورها إما أن تكون مشبعة أو غير مشبعة، وأروماتية Aromatic، وهي التي تحتوي على الأقل على حلقة سداسية ذات ثلاث روابط ثنائية متبادلة، أو حلقات خماسية أو سـداسية تحتوي كل منها على ستة إلكترونات ثنائية الرابطة من نوع باي p (Pi)-Electrons.

ووفق الشكل الجزيئي أيضاً تنقسم الهيدروكربونات المشبعة إلى البارافينات أو الألكانات، والنافثينات أو الألكانات الحلقية المشبعة. وبوجه عام يعني العاملون في مجال البترول بتقسيم المكونات الهيدروكربونية إلى ثلاث مجموعات رئيسية وهي

ثانياً: البارافينات، والنافثينات، والأروماتيات :

تختلف نسبة المجموعات الهيدروكربونية في الخامات البترولية طبقاً لمصدر الإنتاج، وتصنف خامات البترول حسب نسب مكوناته الهيدروكربونية إلى خامات بارافينية ونافثنية وأروماتية. ويقوم البترول اقتصاديا ـ من ناحية إنتاجه للجازولين إلى خفيف ومتوسط وثقيل ـ وفق نسب المقطرات الهيدروكربونية الخفيفة. كذلك تحدد نسب المجموعات الهيدروكربونية المختلفة أغلب مواصفات جودة المنتجات البترولية وقياساتها. ويتناقص عامة المحتوى البارافيني مع ازدياد الوزن الجزيئي للمنتجات البترولية، إذ ترتفع نسبة البارافينات في الجازولين إلى 80% وتنخفض إلى أقل من 30% في زيوت التزييت، وأحيانا تنتج بعض الخامات الأسفلتية زيوت تزييت خالية تماما من الشموع البارافينية.

1. البارافينات Paraffins

تشمل هذه المجموعة الهيدروكربونات ذات السلسلة المستقيمة، والتي تسمى بالألكانات أو البارافينات العادية. وعندما تحتوي السلسلة على أكثر من 18 ذرة كربون، يطلق عليها اسم الشموع البارافينية أو الشموع المعدنية. وقد تحتوي السلسلة المستقيمة على مجموعة ميثيلية CH₃ مرتبطة بذرة الكربون الثانية، وحينئذ تسمى بالأيزوبارافينات Iso-Paraffins. وقد تشمل السلسلة الهيدروكربونية مجموعة أو أكثر من المجموعات الألكيلية، المتماثلة أو المختلفة، موزعة على أماكن متفرقة من السلسلة وتسمى البارافينات المتفرعة. وهـذه المجموعة من الهيدروكربونات تتخـذ الصيغة الجزيئية C_n H_2n+ 2 . وتتواجد البارافينات العادية في معظم الخامات البترولية، حتى الأسفلتية منها ولو بنسب صغيرة، وحتى في المخلفات Residues. وتتناقص نسبة البارافينات العادية كلما ازداد مدى غليان المنتجات البترولية.

كذلك تقل نسبة البارافينات المتفرعة مع ازدياد الوزن الجزئيي للمنتجات البترولية، وتزداد نسبة الأيزوبارافينات على نسبة المتفرعات الأخرى من السلسلة الخطية.

والبارافينات تتكون نتيجة ارتباط ذرات الكربون مع بعضها، ومع الهيدروجين بروابط تساهمية أحادية ذات طاقة تكوين عالية، في حدود 80 - 104 ألف سعر حراري، ولهذا تتميز البارافينات بدرجة ثبات حرارية عالية. والميثان CH4 هو أبسط البارافينات، ويتخذ في تركيبه الجزيئي الشكل الهرمي الرباعي، حيث يوجد الكربون في مركز الهرم الرباعي، وتتجه الروابط ناحية أركانه الأربعة. ويمكننا تمثيل الميثان والبارافينات بصفة عامة بصيغة الروابط " أ " أو الصيغة الإلكترونية "ب" أو الهرمية "جـ" أو الجزيئية " د " كالآتي:

وتوجد ثلاثة أنواع من البارافينات في شـكل تركيبي واحد وهي الميثان CH₄، والإيثان CH₃-CH₃ والبروبان CH₃-CH₂-CH₃، أما البيوتان C₄H₁₀ وButane فقد يتخذ شكل السلسلة المستقيمة وهو البيوتان العادي، أو الشكل المتفرع وهو الأيزوبيوتان كالآتي:

ومع زيادة المحتوى الكربوني للبارافينات تزداد الأشكال فنجد خمسة أشكال للهكسان C₆H₁₄، وتسعة للهبتان C₇H₁₆ وثمانية عشر شكلاً للأوكتان C₈H₁₈.

وتسمى البارافينات المستقيمة السلسلة المحتوية على خمس ذرات كربون فأكثر بإضافة المقطع ane إلى المقاطع الإغريقية الدالة على عدد ذرات الكربون مثل الهبتان CH₃-(CH₂)₅-CH₃ والدوديكان CH₃-(CH₂)₁₀-CH₃ والأوكتاديكان CH₃-(CH₂)₁₆-CH₃.

وفي البارافينات المتفرعة، يشتق اسم المجموعة الألكيلية من الألكان بحذف المقطع ane وإضافة المقطع yl مثل المـيثان --CH₃، والإيثان والإيثيل --CH₃-CH₂، والبروبان

وتتدرج الصفات الطبيعية للبارافينات بصورة شبه منظمة مع الزيادة في المحتوى الكربوني أو الوزن، فتزداد درجة الغليان والانصهار والكثافة مع زيادة عدد ذرات الكربون في الجزيئات البارافينية وباستثناء البارافينات الصغيرة تزداد درجة الغليان بمعدل 20-30 درجة مئوية لكل إضافة ذرة من ذرات الكربون. وتوجد البارافينات المحتوية على أربع ذرات من الكربون فأقل في شكل غاز، والمحتوية على خمس إلى سبع عشرة ذرة كربون كسوائل في شكل سائل، والمحتوية على أكثر من ثماني عشرة ذرة كربون جامدة عند درجات الحرارة والضغط في الأحوال الجوية العادية وهي 25°م، 760 ملليمتر زئبق. ويستفاد من ذلك في فصل الشموع البارافينية من المنتجات البترولية عن طريق تبريدها، أو إضافة بعض الهيدروكربونات الخفيفة إليها ثم تبريدها.

وتراوح كثافة البارافينات السائلة عند درجة الحرارة العادية من 0.6 إلى 0.8 جرام/ مللي لتر، كما تزداد بزيادة المحتوى الكربوني، وللكثافة دورها المهم في التعامل الحجمي والوزني للخامات البترولية ومنتجاتها. وتعد البارافينات من المذيبات العضوية غير المستقطبة، وهي تمتزج مع المذيبات العضوية مثل البنزين والإيثر، والكلوروفورم. وتزداد لزوجة البارافينات مع زيادة الوزن الجزيئي، ولزوجة البارافينات العادية أعلى نسبيا عن البارافينات المتفرعة، وهو عامل مهم يؤثر على سيولة المنتجات البترولية ودفعها وضخها.

وبالنسبة للخصائص الكيميائية للبارافينات فإن روابط سيجما تتميز بثباتها الحراري وقلة نشاطها الكيميائي. والبارافينات لا تتفاعل مع الأحماض غير العضوية مثل حامض الكبريتيك، أو الهيدروكلوريك، والنيتريك، ولكنها تتفاعل مع الأحماض فوق العالية مثل حمض الفلوروسلفونيك. وتتعرض البرافينات لبعض التفاعلات البيولوجية؛ حيث تتغذى عليها بعض الخمائر Yeasts حيث تنتج بعض الأحماض الدهنية والبروتينات.

ولا تتأكسد البارافينات بعوامل الأكسدة الشائعة مثل برمنجنات البوتاسيوم، أو ثنائي كرومات الصوديوم، بل تتأكسد بالهالوجينات تحت ظروف معينة من الضوء والحرارة. كما تتحد البارافينات مع الأكسجين في وجود شرارة لبدء التفاعل وبشرط تنظيم الاحتراق.

وأهم تفاعلات البارافينات هي تفاعلات الاحتراق والتكسير والهلجنة، وتؤدي تفاعلات الاحتراق إلى طرد الحرارة، ويتطلب استمرارها توفر الخامات البترولية أو منتجاتها في الحالة الغازية، والأكسجين متمثلا في الهواء، والشعلة سواء في بدء الاشتعال، أم الناتجة عن استمرار الاحتراق، والوصول إلى درجة الوميض التي تتكون عندها كمية مناسبة من الأبخرة فوق سطح السوائل الهيدروكربونية لبدء الاشتعال. وتبدأ تفاعلات الاحتراق بإنتزاع جذور حرة هيدروجينية من البارافينات بواسطة الأكسجين، لتكوين جزئ الهيدروبروكسيد HO-OH الذي يتكسر بدوره إلى OH₂، ويستمر انتزاع الجذور الهيدروجينية الحرة لتكوين الماء.

وقد أدى التحكم المنتظم في احتراق الهيدروكربونات إلى اختراع آلات الاحتراق الداخلي، المستخدمة في معظم وسائل النقل. وقد أمكن تحسين أداء السيارات الحديثة باستعمال نسبة تضاغطية عالية من الهواء إلى الوقود في المحركات، ولكن بقيت حل مشكلة الاحتراق غير المنتظم وغير الكامل لبعض المكونات البارافينية للجازولين، ما يتطلب الاختيار الانتقائي للبارافينات ذات المحتوى الكربوني المنخفض في مقطر الجازولين، واستخدام الإضافات المحسنة للاحتراق مثل رابع ايثيلات الرصاص.

وفي تفاعلات التكسير الحراري ينتج عن تكسير البارافينات هيدروكربونات أقل في الوزن الجزيئي من المتفاعلات، وتتميز نواتج التكسير باحتوائها على روابط مضاعفة حتى في النواتج الغازية، كما تتحد الجذور الحرة الناتجة بالهيدروجين مكونة بارافينات مشبعة. وأحيانا تستخدم الحفازات الحمضية لتكسير البارافينات عند درجات حرارة أقل نسبيا، كما تتم عمليات التكسير الحفزي في وجود الهيدروجين للحصول على نواتج تكسير مشبعة. وتكسر البارافينات في الحالة السائلة أو البخارية، وقد يستخدم بخار الماء المسخن بدرجة عالية لتكسير النافثا.

وتعد تفاعلات الهلجنة، وبخاصة الكلورة، من أهم طرق الحصول على الكيماويات البترولية الوسيطة والنهائية. وفي هذا النوع من التفاعلات العضوية تستبدل ذرة الهيدروجين البارافينية بإحدى ذرات الهالوجينات كالآتي:

وقد تستمر تفاعلات الهلجنة لتعطي بارافينات متعددة الهلجنة مثل كلورة الميثان، وتتم هذه التفاعلات تحت تأثير الضوء فوق البنفسجي، أو عند درجات حرارة 250-400 درجة مئوية في الحالة الغازية أو السائلة. وبالنسبة لنوعية الفلورين أكثر الهالوجينات نشاطاً، يليه الكلورين ثم البرومين والأيودين.

ويسهل تحضير البارافينات المهلجنة في الصناعة، وتستخدم البارافينات المكلورة في نطاق مدى غليان النافثا، والغازات المسالة في التنظيف الجاف، كما تستخدم مذيبات عضوية وفي تفاعلات التخليق العضوي، وتحضير البتروكيماويات الوسيطة والنهائية.

2. النافثينات Naphthenes

هي الهيدروكربونات المشبعة المكونة بفعل ارتباط مجموعات الميثيلين ـ CH₂ ـ في حلقة أو أكثر، وتحوي الحلقة الواحدة 3 - 9 ذرات كربون، وتندرج هذه الهيدروكربونات ضمن الهيدروكربونات الأليفاتية الحلقية. والصيغة الجزيئية العامة للنافثينات البسيطة هي C_n H₂n أي أن نسبة الهيدروجين إلى الكربون تعادل 2 : 1، أما في النافثينات متعددة الحلقات فإن الهيدروجين يقل بما يعادل ذرتين منه لكل حلقة مضافة إلى الحلقة الأصلية، والصيغة الجزيئية العامة للنافثينات متعددة الحلقات هي C_n H_2n-2x حيث n تمثل عدد ذرات الكربون، X تمثل عدد الحلقات المضافة إلى الحلقة النافثينية الأصلية. وتسمى النافثينات بإضافة المقطع Cyclo إلى الألكان مستقيم السلسلة المماثل في عدد ذرات الكربون مثل السيكلوبوتان

والبترول لا يحتوي إلا على النافثينات التي تشمل خمس أو ست ذرات من الكربون، وتوجد النافثينات في الخامات البترولية بنسب متفاوتة حسب نوع الخام ومصدر إنتاجه، كما توجد في جميع المقطرات والمخلفات البترولية بكميات معقولة. وتوجد النافثينات البسيطة ومشتقاتها الميثيلية في مدى غليان الجازولين، بينما توجد مشتقات النافثينات الألكيلية والأروماتية في المقطرات الوسطى والثقيلة. وتوجد النافثينات متعددة الحلقات في مقطرات النافثا الثقيلة. وتتقارب الصفات الكيميائية والطبيعية للنافثينات مع البارافينات، وتتأثر مثلها بزيادة المحتوى الكربوني، وإن تميزت النافثينات بانخفاض معدل لزوجتها، وبارتفاع أرقامها الأوكتينية، كما تتميز النافثينات بارتفاع حرارة الاحتراق.

3. الهيدروكربونات الأليفاتية غير المشبعة

تتخذ الصيغة الجزئية العامة C_n H_2n، وتسمى كذلك بالأوليفينات Olefins، وتسمى مركباتها بإضافة المقطع "ene" إلى المقطع الدال على عدد ذرات البرافين المماثل أو إلى المجموعة الألكيلية. وتوجد الهيدروكربونات غير المشبعة في بعض الخامات البترولية بنسب قد تصل إلى 3% من وزن الخام، كما توجد بنسب بسيطة في بعض المنتجات البترولية نتيجة للتكسير الحراري في أثناء عملية التقطير. وتتماثل الأوليفينات في خواصها الطبيعية مع البارافينات، والنافثينات المماثلة في الوزن الجزئي والشكل التركيبي، وتزداد درجة الغليان بحوالي 20 - 30 درجة مئوية لكل إضافة من مجموعات الميثيلين، وكذلك تقل درجة الحرارة بالزيادة في درجة التفرع، كما تتميز الأوليفينات بأرقام أوكتينية عالية نسبيا عن البارافينات. والنشاط الكيميائي للأوليفينات يشمل تفاعلات الإضافة الإلكتروفيلية، والبلمرة، وتفاعلات الألكلة الأليفاتية والأروماتية وتفاعلات الأكسدة.

والهدرجة من أهم تفاعلات الإضافة الإلكتروفيلية المستخدمة في مجال التكرير لإنتاج مواد بترولية تقاوم الأكسدة مثل الجازولين وزيوت التزييت، ومن تفاعلات الإضافة المعروفة إضافة الماء في وجود وسط حمضي لإنتاج الكحولات المختلفة. وتستخدم تفاعلات الألكلة Alkylation في تحضير الأيزوأوكتان الذي يتميز بارتفاع رقمه الأوكتاني، وفي إنتاج بعض البتروكيماويات الوسيطة والنهائية، كتحضير الأستيرين من البنزين والإيثيلين كالآتي:

وتتفاعل الأوليفينات مع العوامل المؤكسدة مثل برمنجنات البوتاسيوم، وثنائي كرومات الصوديوم والأوزون لإنتاج مشتقات أكسجينية مثل الجليكولات والأحماض العضوية والألدهيدات على التوالي. وبسبب الأكسجين الجوي تتعرض الأوليفينات إلى البلمرة الأكسجينية، وتنتج بلمرات راتيجية تعطى للمنتجات البترولية المحتوية على الأوليفينات لونا أصفر عند تعرضها للهواء في أثناء التخزين، لذلك تجري هدرجة الجازولين وزيوت التزييت لرفع معدل ثباتها ضد الأكسدة في أثناء التداول والتخزين.

4. الهيدروكربونات الأروماتية AROMATIC HYDROCARBONS

لها دور أساسي في تقويم جودة المنتجات البترولية، وتعرف بأنها الهيدروكربونات المحتوية على حلقة أو أكثر من حلقات البنزين. والبنزين هو أبسط الهيدروكربونات الأروماتية، وتتميز حلقته بتماثلها وثباتها الحراري والكيميائي. وتنقسم الهيدروكربونات الأروماتية إلى البنزين ومشتقاته الألكيلية، وإلى الأروماتيات المتكافئة مثل النافثالين، والأنثراسين والبيرين Pyrene، ثم إلى الأروماتيات عالية التكثيف. وتندرج الحلقات الأروماتية تحت الصيغة الجزيئية العامة C_nH_n-2x حيث تمثل n عدد ذرات الكربون، وتمثل x عدد الحلقات المضافة إلى الحلقة الأصلية.

وتسمى المشتقات الأروماتية بمشتقات البنزين، وكما يمثل البنزين أبسط الحلقات الأروماتية فإن التولوين Toluene هو أبسط المشتقات الألكيلية. وقد تلتحم الحلقات الأروماتية عبر ذرتين من الكربون مكونة الأروماتيات المتكاثفة التي تبدأ بالنافثالين ذي الصيغة الجزيئية C₁₀H₈ ثم الأنثراسين C₁₄H₁₀ فالبيرين C₁₆H₁₀.

وتوجد الأروماتيات بنسب متفاوتة في الخامات البترولية، وتتراوح بين 10% فأقل في الخامات البارافينية، وحتى 50% فأكثر في الخامات الأسفلتية، وفي الغالب يتزايد المحتوى الأروماتي في المنتجات البترولية بزيادة مدى غليان هذه المنتجات، وعادة توجد الأروماتيات البسيطة ـ التي لا تحتوي على سلاسل بارافينية أو حلقات نافثينية ـ بصورة متزايدة في المقطرات الخفيفة، بينما تتركز الأروماتيات المتكاثفة في المخلفات البترولية الأسفلتية، وتزداد نسبة الأروماتيات المحتوية على حلقات نافثينية في زيوت التزييت، ويتميز البنزين بارتفاع درجة تجمده وكثافته النسبية، وانخفاض درجة غليانه عن التولوين والزايليين، أو رابع ميثيل البنزين.

ومن الخصائص الكيميائية للحلقات الأروماتية ثباتها الكيميائي، ومقاومتها للأكسدة، وتتم هدرجتها عند ظروف أعلى من درجات الحرارة بالمقارنة بالأوليفينات. وتعطي تفاعلات هدرجة واحتراق البنزين حرارة أقل من الكمية المحسوبة للشبيه النظري سيكلوهكساترابين بمقدار 36 كيلو سعر حراري، ويستفاد من ذلك في معالجة المنتجات البترولية - وخصوصيا الجازولين - بالهيدروجين للتخلص من الهيدروكربونات غير المشبعة والتي تؤدي إلى عدم ثبات هذه المنتجات ضد الأكسدة مع الاحتفاظ بنسبة الأروماتيات ذات الرقم الأوكتاني العالي والثبات الحراري.

ثالثاً: المكونات غير الهيدروكربونية:

تحتوي الخامات البترولية على العديد من المشتقات الهيدروكربونية المحتوية على الكبريت والنيتروجين والأكسجين بكميات تختلف حسب تنوع مصادر إنتاجها، كما تحتوي هذه الخامات على كميات صغيرة من المركبات العضوية الفلزية الذائبة في الخليط الهيدروكربوني والأملاح غير العضوية المعلقة في الغرويات المائية. وتوجد المكونات غير الهيدروكربونية حسب مدى غليانها في كل المقطرات البترولية، وتتركز في المنتجات الثقيلة والمخلفات البترولية.

ومن الضروري التخلص من هذه المكونات التي تؤثر على جودة المنتجات البترولية، نتيجة تأثير حامض الهيدروكلوريك الناتج عن التحلل الحراري للكلوريدات غير العضوية في تآكل المنشآت المعدنية، وكذا المركبات الكبريتية الحامضية. وتسبب المركبات الكبريتية والنيتروجينية والمشتقات المعدنية ـ وخاصة مشتقات النيكل والفاناديوم ـ تسمم الحفازات Catalyst Poisoning في أثناء عمليات التكرير والتصنيع، كما تتعرض معظم المركبات الكبريتية والنيتروجينية للأكسدة في أثناء النقل والتخزين، مثلما تساعد على أكسدة وبلمرة بعض الهيدروكربونات، فتؤدي إلى إنتاج الراتنجات في المقطرات الخفيفة، ما يخفض كفاءة تشغيل هذه المنتجات وأداءها.

كذلك يجري التخلص من المركبات الكبريتية أو تحويلها إلى مشتقات ثابتة حراريا ومقاومة للأكسدة مثل الداي سلفيد Di-Sulphide بوسائل عدة، فيتم التخلص من المركبات الحمضية منها عن طريق المعالجة بالقلويات، أو إحدى طرق التحلية للتخلص من المركبتانات في الجازولين، أو استخدام حامض الكبريتيك المركز، أو التخلص من المحتوى الكبريتي للمنتجات البترولية عن طريق نزع الكبريت بالهيدروجين.

ويقتصر تأثير المشتقات الأكسجينية في الخامات البترولية ومنتجاتها على ارتفاع الحموضة الكلية عند وجود الأحماض النافثينية، وعلى العكس فإن وجود الفينولات في زيوت التزييت يزيد فترة المقاومة للأكسدة، عن طريق امتصاصها للجذور الحرة الأكسجينية، حيث تتكون جذور الفينوكسيدات الثابتة.

أما المركبات النيتروجينية في البترول فهي إما قاعدية تشمل البيريدين Pyridine، والكينولين Quinoline والأيزوكينولين، ومشتقاتها، أو غير قاعدية ومنها البيرول، والإندول، والكاربازول ومشتقاتها. وتبلغ نسب المركبات النيتروجينية في الخامات البترولية 0.1 -1% في المتوسط، وقد تصل إلى 2% في بعض الخامات. وتتركز المركبات النيتروجينية في المقطرات الوسطى والثقيلة والمخلفات البترولية، وتتزايد نسبتها بازدياد درجة غليان المنتجات البترولية. وتؤثر هذه المركبات تأثيراً ضاراً على كفاءة الحفازات المستخدمة في تكرير البترول، وذلك لامتزازها الكيميائي Chemisorption على المواضع الحمضية Acid Sites للحفازات، كما أن سهولة أكسدة المركبات النيتروجينية تؤدي إلى تغير ألوان المنتجات البترولية عند تخزينها، وهي معرضة للهواء.

وتفصل المركبات النيتروجينية القاعدية عن طريق استخلاصها بالأحماض غير العضوية، كما يمكن التخلص من المحتوى النيتروجيني للمنتجات البترولية بواسطة المعالجة بالهيدروجين وبخاصة الجازولين. وغالبا يجري إحلال الهيدروجين النيتروجيني بأحد المعادن الثقيلة مثل الفاناديوم أو النيكل أو الحديد.

رابعاً: المحتويات الفلزية:

توجد آثار من الفلزات في الخامات البترولية وتتركز في المخلفات الثقيلة، وتأخذ صورة مشتقات عضوية فلزية ذائبة أو أملاح صابونية أو معلقات، ولها تأثير ضار على الحفازات في صناعة البترول. ومن أهم هذه الفلزات النحاس والكالسيوم والمغنسيوم والزنك والألومينوم والسيليكون والنيكل والحديد والفاناديوم.

خامساً: التصنيف النوعي لمنتجات البترول

البترول هو المعدن العضوي الوحيد الموجود في باطن الأرض، والمعروف حتى الآن، وتتفاوت نسب مكوناته، وتختلف في خواصها الطبيعية والكيميائية، ما يتطلب تقطير البترول وتجزئة منتجاته وتطوير خواصها، إذ هو المصدر الأساسي للطاقة والبتروكيماويات. وبفضل تطور طرق فصل المكونات، وطرق التجزئة الحرارية، والمذيبات، والفصل الكروماتوجرافي، والتجزئة بالكيماويات أمكن فصل المنتجات الرئيسية التالية من خام البترول:

· الغازات والغازات المسالة.

· المقطرات الخفيفة: الجازولين والنافثا.

· المقطرات الوسطى: الكيروسين، السولار، وقود النفاثات، زيت التدفئة.

· المقطرات الثقيلة: المقطرات الشمعية، زيوت التزييت، زيت الديزل، الشحوم.

· منتجات بترولية أخرى: زيت الوقود، الإسفلت، الفحم البترولي.

1. الغازات والغازات المسالة

توجد الغازات البترولية مع البترول الخام في مكامنه، أو منفردة في حقول الغاز الطبيعي. وكان المعتاد فصل الغازات عن البترول الخام عند استخراجه وحرقها بواسطة أنابيب عالية تسمى بمشاعل الغاز. ومع تطور أساليب الإسالة، والنقل تحت الضغط العالي، وتصنيع الضواغط، والاحتياج إلى الغازات البترولية وقوداً، أو لإنتاج عديد من الكيماويات البترولية، فقد تنوعت أساليب الاستفادة من الغاز الطبيعي أو الغازات الناتجة من عملية التقطير، أو عمليات التكسير الحراري والحفزي لزيت الوقود والمنتجات الثقيلة والمتوسطة.

وتتكون الغازات البترولية من الهيدروكربونات الخفيفة والمحتوية على 1-4 ذرات كربون. ويحتوي الغاز الطبيعي على أكثر من 95% من الميثان. وجميع مكونات الغازات البترولية توجد في الحالة الغازية عند درجات الحرارة العادية والضغط العادي، وقد اصطلح على تسمية غازي الميثان والإيثان بالغازات البترولية، واطلاق اسم الغازات البترولية المسالة على غازي البروبان والبيوتان. وتنقسم الهيدروكربونات الغازية إلى مكونات مشبعة بارافينية، ومكونات أوليفينية غير مشبعة. ويتكون الغاز الطبيعي في الغالب من البارافينات، وتحتوي غازات التكرير على كميات متزايدة من الأوليفينات. وتصنف الغازات البترولية إلى الغاز الطبيعي وغازات التكرير والغازات المسالة.

ويكون الغاز الطبيعي بمفرده في حقول خاصة به، أو مصاحبا للخامات البترولية في حقول النفط. وفي حقول الغاز يتكون الغاز الطبيعي أساسا من الميثان، ثم الإيثان بكميات صغيرة والهيدروكربونات العليا بكميات ضئيلة. وإذا زادت كمية الهيدروكربونات العليا في الغاز الطبيعي سمي بالغاز الرطب، وبضغط هذا النوع من الغازات تفصل السوائل الهيدروكربونية منه وأهمها الجازولين الطبيعي. وقد يحتوي الغاز الطبيعي على نسب مختلفة من المكونات غير الهيدروكربونية مثل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون، وثاني كبريتيد الهيدروجين والهيليوم.

ويستخدم الغاز الطبيعي وقوداً في معامل التكرير، وفي صناعات أخرى، ووقوداً منزلياً، ثم مصدراً لتحضير بتروكيماويات عديدة، مثلما يمكن استخدامه في الإنتاج الثانوي للزيت. وقد استُخدِم النار الطبيعي حديثاً بنجاح وقوداً لمحركات آلات الاحتراق الداخلي. ويمكن عن طريق الأكسدة إنتاج الكحول الميثيلي والفلورمالدهايد من الغاز الطبيعي، وعن طريق الكلورة إنتاج الميثيل كلوريد، والميثيلين كلوريد، والكلوروفورم، ورابع كلوريد الميثان، وعن طريق المعالجة الحرارية يمكن إنتاج الهيدروجين ثم تثبيته لتكوين الأمونيا اللازمة لصناعة الأسمدة.

أما غازات التكرير فيمكن أن تنتج من الخامات البترولية عند تعرضها للتقطير الجوي كمنتج قمة من برج التقطير الرئيسي مع النافثا الخفيفة أو الجازولين، ثم تفصل بعملية "تثبيت الجازولين". ويتم فصل الغازات، والغازات المسالة ونزع ثاني كبريتيد الهيدروجين بعملية "معالجة الغازات"، ثم ينتج الكبريت العنصري من غاز ثاني كبريتيد الهيدروجين، ويمكن أيضاً إنتاج غازات التكرير خلال عمليات تكسير النافثا في وجود بخار الماء.

وتستخدم غازات التكرير وقوداً عندما تكون محدودة الكمية، أما إذا تكونت بكميات ضخمة فإنها تدخل في صناعة البتروكيماويات، فتفصل الغازات من الغازات المسالة، وتضاف الأخيرة إلى مجمع الجازولين لزيادة حجمه، وتحسين رقمه الأوكتاني، وزيادة ضغطه البخاري، أو تعبأ للاستخدام المنزلي. كما تستخدم غازات التكرير في تحضير الكيماويات البترولية، وتستعمل الهيدروكربونات غير المشبعة في تحضير الجليسرين والمطاط الصناعي والبلاستيك، والمنظفات الصناعية، والعديد من المذيبات العضوية. وتسهل إسالة غازي البروبان والبيوتان، ويستخدمان وقوداً منزلياً، كما يمكن استخدامهما في الصناعة في لحام المعادن، وقطع الفولاذ، وإسالة الرصاص، وتلدين السبائك، وحرق الحراريات، وفي الصناعات الغذائية، وتجفيف المحاصيل، ثم في إنتاج الطاقة في المحركات.

2. المقطرات الخفيفة LIGHT DISTILLATES

أهمها الجازولين، وهو خليط من الهيدروكربونات يغلي في درجات حرارة 40 - 205 درجة مئوية، وتختلف مكوناته حسب مطالب الاستخدام. ويتركب من خمس إلى عشر ذرات من الكربون، وتصنف الهيدروكربونات في الجازولين إلى البارافينات، وهي هيدروكربونات مشبعة تحتوي على سلاسل مستقيمة ومتفرعة وحلقية، والأروماتيات، وهي حلقات سداسية ذات ثلاث روابط ثنائية متبادلة، ثم الأوليفينات، وهي هيدروكربونات غير مشبعة تحتوي على سلاسل مستقيمة ومتفرعة وحلقية.

ويلاحظ أن البارافينات العادية تكون بنسبة 2 : 1 إلى البارافينات المتفرعة في جازولين التقطير الجوي، ويرتفع الرقم الأوكتاني بازدياد التفرع. وقد أختير الأيزو أوكتان ليكون معياراً للرقم الأوكتاني 100. وتختلف نسبة الهيدروكربونات الأروماتية في الجازولين حسب نوع الخام البترولي فتنخفض في الجازولين المستخرج من الخامات البارافينية، وتزداد نسبتها في الجازولين المنتج من خامات أسفلتية.

ويجب إزالة المركبات الكبريتية من الجازولين، فهي تقلل من كفاءة رابع إيثيلات الرصاص الذي يضاف إلى الجازولين لتحسين الرقم الأوكتاني، وينتج عن احتراقها أبخرة حامضية تؤدي لتآكل الأجزاء المعدنية في المحركات. وقد أصبح يسيراً اليوم الحصول على جازولين رقمه الأوكتاني 90 - 150 عن طريق إعادة التشكيل الحراري والحفزي للمقطرات الخفيفة.

ويمكن أيضاً الحصول على الجازولين بالمعالجة الحرارية للمنتجات البترولية الثقيلة والمتوسطة، من خلال عمليات التكسير الحراري والحفزي وعمليات التكسير في وجود بخار الماء. كما يسهل الحصول على الجازولين من خلال عمليات البناء لهيدروكربونات الغازات المسالة، والتي تشمل عمليات الألكلة والدايمرة. وتضاف إلى أنواع الجازولين المذكورة عدة إضافات بترولية مؤخرة للأكسدة، ولتحسين الاحتراق، ورفع الرقم الأوكتاني، واللون المميز لكل رقم أوكتاني. أما جازولين الطائرات فمدى غليانه في حدود 38 - 170°م، ما يسمح بتوزيع أفضل لأبخرة الجازولين في محركات الطائرات، ولا يحتوي على البيوتان، ويتميز بدرجة ثبات عالية ضد الأكسدة، وبثبات كيميائي عال خلال التخزين. ويمتاز الجازولين بخاصية عدم الخبط Antiknock.

ويتم تحسين مواصفات الجازولين من حيث مقاومته للأكسدة بإضافة موانع الأكسدة من الفينولات مثل الأيونول، أو أشباهه من ألكيلات الفينول.

أما النافثا فهي مقطر بترولي خفيف مدى غليانه 60 - 240 درجة مئوية، وتستخدم مذيباً عضوياً قوياً وغير سام وثابتاً حرارياً وواسع الاستخدام، ويسهل الحصول عليه في عمليات التقطير أو التكرير المختلفة. لابد عند استخدامها في هذه الحال إزالة المحتوى الكبريتي فيها، باستخدام المعالجة بالهيدروجين أساساً، كما قد يفصل الهيدروكربونات الأروماتية من النافثا عن طريق المعالجة بالمذيبات.

وتستخدم النافثا لإذابة البويات أو تجفيفها، وكذلك البقع في التنظيف الجاف، أو تخفيف الأسفلت، كما تستخدم مذيباً في عمليات صناعة المطاط والاستخلاص الصناعي. وقد اثبتت النافثا كفاءتها في استخلاص بعض الزيوت الطبيعية، مثل زيت بذرة القطن وزيت الخروع وزيت فول الصويا، وزيت القمح الجنيني، كما تستخدم لاستخلاص النفايات الدهنية للعظم ومخلفات اللحوم الدهنية، التي تستخدم في تصنيع الصابون، كما تستعمل النافثا كمذيب أيضا في صناعات أحبار الطباعة، وطلاء الجلود والأخشاب، والصبغات، والورنيش، والشموع البارافينية والمبيدات الحشرية.

3. المقطرات الوسطى

يراوح مدى غليانها بين 175°م، 400°م، ومحتواها الكربوني بين عشر وثماني عشرة إلى عشرين ذرة كربون، وتشمل الكيروسين، ووقود النفاثات، وزيت التدفئة، والمقطرات الشمعية الخفيفة.

وقد تطور تركيب الكيروسين بإزالة المقطرات الخفيفة سريعة الاشتعال منه، ومعالجته بحامض الكبريتيك المركز للتخلص من اللون الذي سببته بعض المخلفات الثقيلة، والرائحة بسبب المركبات الكبريتية. والكيروسين هو المقطر البترولي الذي يتراوح مدى غليانه بين 175°م، 325°م، ويشمل 10 - 18 ذرة كربون. ويحتوي الكيروسين على البارافينات مستقيمة السلسلة، والمتفرعة، وعلى النافثينات، وبعض الهيدروكربونات الأروماتية مثل ألكيل البنزين والنافثالين . ويعد التقطير الجوي للخامات البارافينية أساس تصنيع الكيروسين، ويمكن استخراج الكيروسين من الخامات الأسفلتية على أن يعالج بحامض الكبريتيك لفصل الأروماتيات عنه.

ويستخدم الكيروسين أساساً وقوداً للإضاءة والتدفئة والتسخين المنزلي في مختلف الأجواء وبخاصة الباردة، وينتج طاقة حرارية عالية، وتراعى إزالة المركبات الكبريتية منه بالمعالجة بحامض الكبريتيك، ثم معادلة الكيروسين، بعد المعالجة بالحامض، بمحلول قاعدي ثم غسله بالماء وتجفيف الناتج.

أما بالنسبة لوقود الطائرات النفاثة فإن المحركات التوربينية تصمم لتستوعب أي مقطر بترولي في الحالة السائلة، خلال مدى حراري واسع مناسب لظروف التشغيل من درجات حرارة من - 40°م إلى 40°م، وضغط 0.1 - 1 ضغط جو، ولهذا يعتبر الكيروسين من أنسب المنتجات البترولية للاستخدام في محركات الطائرات النفاثة، على أن تستبعد منه النهايات الثقيلة للكيروسين التي تتجمد عند درجات حرارة منخفضة، والأفضل استخدام الجازولين على أن يستبعد منه النهايات الخفيفة التي تتبخر عند ضغوط منخفضة. ويجب ألا تتعدى نسبة الأروماتيات 25% من وقود الطيران النفاث، وأن تضبط درجة لزوجة الجازولين بإضافة 2-3% من زيت تزييت خفيف إليه، أو تزييت المضخات في دورة الوقود بنظام داخلي. ويجب إزالة الكبريت ومركباته من وقود الطيران النفاث، حرصا على عدم تآكل السبائك المعدنية في المحركات وأنابيب الوقود. وهناك إضافات مانعة للأكسدة تستخدم في وقود الطائرات النفاثة مثل الأيونول.

أما زيت وقود التدفئة، وهو أحد المقطرات الوسطى، فتبلغ درجة غليانه 205 - 290 درجة مئوية، ويحتوي على 12 - 16 ذرة كربون، ويستخدم في التدفئة المركزية للمباني، ويستخدم الماء سائلاً يحمل الحرارة، أو يسخن ويتحول إلى بخار يدفع في شبكة أنابيب المبنى مع إمكانية التحكم في معدل التدفئة. وينتج زيت التدفئة من الخامات الأسفلتية أو من عمليات المعالجة الحرارية.

ويبقى السولار من المقطرات الوسطى، ويستخدم في محركات الديزل، أو محركات حقن الوقود المستخدمة في سيارات النقل، ومحركات السفن، ومولدات الكهرباء الصناعية. ويتراوح مدى غليانه بين 260°م، 425°م، ويراعى خفض نسبة الكربون فيه عن 0.1% بالوزن، والكبريت عن 1.5%.

4. المقطرات الثقيلة

خلال تقطير زيت الوقود لإنتاج زيوت التزييت والأسفلت تنتج مقطرات بترولية ثقيلة ذات درجة غليان 425 - 600 درجة مئوية، تسمى بوقود زيت الديزل الذي يستخدم في إدارة المولدات الكهربية الضخمة، وفي قاطرات الديزل. ويمكن أن ينتج وقود الديزل بخلط المقطرات الشمعية ومنتجات المعالجة الحرارية الثقيلة، ومخلفات عمليات التكرير مع زيوت التزييت غير المطابقة للمواصفات في "مجمع الديزل". وتتميز محركات الديزل بارتفاع كفاءتها الحرارية، مقارنة بمحركات الجازولين، وبانخفاض معدل استهلاكها من الوقود، وبخاصة إذا تم الوصول إلى أفضل تصميمات الوقود، من حيث ظروف حقنه واشتعاله واحتراقه.

أما زيوت التزييت الثقيلة والمتوسطة والخفيفة فتتميز باحتوائها على هيدروكربونات تغلي عند 400°م تقريباً، وتحتوي على 20-40 ذرة كربون. ويفضل في إنتاجها الابتعاد عن الخامات البارافينية، التي تحتوي على نسبة عالية من الشموع البارافينية. ويحصل عليها في عملية التقطير الجوي للخامات لإنتاج النافثا والمقطرات الأخف ثم الكيروسين، ويتبقى المتخلف من زيت الوقود الذي يتعرض للتكسير الحراري، ثم تجزئة نواتج التكسير لتبقى مخلفات كربونية تسمى بالقار، وتحتوي المخلفات بعد نزع الكيروسين والمنتجات الأكثر تطايراً على زيوت التزييت والشموع. ثم بعملية تقطير ثانية يفصل السولار، والمقطر البرافيني من زيوت وشموع، ويتخلف زيت وقود ثقيل نسبياً. ثم يبرد المقطر البارافيني لفصل الشموع عن زيوت التزييت. وتقطر هذه الزيوت وتعالج بالحامض وتعادل بالقلويات ثم تغسل بالماء قبل ترشيحها.

وتصنف الخامات البترولية المستخدمة في إنتاج زيوت التزييت إلى نوع بارافيني ينتج زيوتا ذات لزوجة عالية، بعد نزع الشموع منها، ونوع أروماتي ينتج زيوت تزييت أقل لزوجة، وأقل في محتواها الشمعي. ويمكن إنتاج زيوت ذات لزوجة عالية بتقطير الخامات النافثينية عند درجات حرارة أقل من درجات حرارة تقطير الخامات البارافينية، وتفضل الزيوت المنتجة من الخامات النافثينية أو الأسفلتية؛ لأنها تترك مخلفات كربونية بنسبة أقل عند استخدامها في آلات الاحتراق الداخلي.

وزيوت التزييت تعمل في ظروف التشغيل المتقطع كما السيارات، أو المتصل كما في محركات التوربين، وفي الحالة الأولى ينبغي أن تتميز بلزوجة عالية، وأن تغير باستمرار وبصفة دورية عندما تتجمع فيها الرواسب، ونواتج الأكسدة، أو تفقد لزوجتها مع استمرار التشغيل، وفي الحالة الثانية يجب ان تمتاز بدرجة ثبات حرارية عالية.

وتضاف إلى زيوت التزييت إضافات تمنع الأكسدة أو تؤخرها، وإضافات تمنع التآكل، وإضافات مستحلبة تبقى نواتج الأكسدة على هيئة معلقات، حتى يجري التخلص منها في أثناء تغيير الزيت، كما ينزع منها الأسفلت والشموع. أما الزيوت البيضاء فتحضر من الخامات النافثينية والبارافينية، والمختلطة على السواء، وهي نوعان، أولهما الزيوت البيضاء الفنية المستخدمة في تحضير مستحضرات التجميل، وصناعة النسيج، وبعض المبيدات الحشرية، والثاني هو الزيوت البيضاء الصيدلية التي تستخدم في تحضير بعض الأدوية مثل الملينات والمراهم الطبية، وزيوت ماكينات تصنيع الأغذية. وقد أزيلت من هذه الزيوت محتوياتها من الكبريت، والنيتروجين، والهيدروكربونات النشطة والقابلة للتأكسد، كما أزيلت ألوانها بعمليات الإدمصاص والتخلل.

وتستخدم الزيوت العازلة في العزل الكهربائي، ومنها نوع يستخدم في المحولات الكهربائية، وهو زيوت المحولات، والآخر لتغطية الورق المغلف للكابلات الكهربية، وتتميز بالثبات ضد الأكسدة. كذلك تستخدم بعض الزيوت البارافينية والنافثنية ذات مدى الغليان من 240°م إلى 350°م لإبادة بعض الحشرات النباتية والحيوانية والمنزلية، أو تستعمل مذيبات لبعض مبيدات الآفات الزراعية، كما قد ترش هذه الزيوت على المستنقعات، وقد تضاف إليها الأحماض الدهنية والصابون لتحسين انتشارها.

والشحوم البترولية زيوت تزييت أضيفت إليها عوامل تحفظ تماسكها والتصاقها بالأسطح، كأنواع معينة من الصابون المشتق من الأحماض الدهنية وهيدروكسيد الفلزات مثل الكالسيوم والباريوم أو الصوديوم أو الليثيوم.

وتحتوي الشحوم كذلك على إضافات لتحسين قدرتها على مقاومة الضغط الناتج من التحميل، ولتعمل على منع الصَّدأ، والأكسدة. ومن أنواع الشحوم المستخدمة في الأسواق شحوم صابون الجير، وشحوم صابون الصودا، وشحوم صابون الليثيوم والباريوم المستخدمة في الطائرات والسيارات، وشحوم صابون الألومنيوم، وشحوم التماسك البارد التي تحتوي على صابون الكالسيوم المحضر من الزيوت المستخرجة من أشجار الصنوبر.

ويمكن تمييز نوعين من الشموع البترولية، أحدهما الشموع البارافينية الموجودة في المقطرات البترولية، والآخر الشموع دقيقة البللورات الموجودة بالمخلفات البترولية. وتتكون الشموع البارافينية من خليط من السلاسل المستقيمة الهيدروكربونية التي يبلغ محتواها الكربوني 20 - 30 ذرة كربون أو أكثر، وهي صلبة عند درجة الحرارة العادية 25°م، أما الجيلاتين البترولي فهو عبارة عن شموع ذات بللورات دقيقة قابلة للمط وينصهر في درجات حرارة منخفضة نسبياً. وتنزع الشموع بالمذيبات أو تفصل بالبلورة. ويمكن فصل الشموع البارافينية باستخدام اليوريا التي تضاف إلى المقطرات الشمعية، ثم الترشيح والتكسير بالماء الساخن ويبلغ مدى انصهار الشموع البترولية 1°م - 2°م، وتستخدم في تحضير بعض الكيميائيات الدوائية ومستحضرات التجميل وصناعات المطاط والنسيج.

أما الأسفلت فيتخلف عن عمليات التكرير المختلفة للخامات المختلطة والخامات الأسفلتية، وأهم أنواعه طبقاً لطريقة الاستخراج هي أسفلت التقطير، وأسفلت التكسير، والانتزاع، والأسفلت الطبيعي، والمنفوخ. ويتكون من خليط من الهيدروكربونات الحلقية المتكاثفة العالية في أوزانها الجزيئية، والتي توجد بها نسبة عالية من الكربون إلى الهيدروجين، كما تحتوي حلقات الأسفلت على ذرات أخرى من الكبريت والنيتروجين والأكسجين وبعض المحتويات المعدنية للخامات البترولية. ويمكن القول أن الأسفلت خليط من مركبات صلبة غير متبلورة منتشرة في سوائل هيدروكربونية عالية اللزوجة، وذات مدى غليان عال جداً، وتنتشر فيها بلمرات عالية تسمى بالراتنجات Resins. ويمكن تجزئة الأسفلتيات حسب درجة ذوبانها في المذيبات العضوية مثل رابع كلوريد الكربون أو ثاني كبريتيد الكربون. وغالبا ما يبلغ مدى ليونة الأسفلت 25°م - 55°م. كما ينتج الأسفلت من عمليات نزع الأسفلت لزيوت التزييت والمقطرات الثقيلة باستخدام البروبان لترسيب الأسفلت، وعندئذ ترتفع درجة ليونته إلى 95°م.

والأسفلت المنفوخ هو أسفلت مرن، تحول إلى أسفلت صلب بالأكسدة أو النفخ بالهواء عند درجة حرارة 260°م، وتصل ليونته إلى 180°م، أما أسفلت المذيبات فينتج باستخلاص الزيوت والراتنجات باستخدام الهيدروكربونات الخفيفة، وقد تضاف إلى الأسفلت مذيبات هيدروكربونية لتكوين الأسفلت السائل أو المخفف الذي يخلط بمكونات الرصف، وبعده تتطاير المذيبات. ويستخدم الأسفلت مادة لاصقة وعازلة وحافظة للأخشاب، وفي علاج الحيوانات من بعض الأمراض الجلدية، وفي رصف الشوارع وعزل حوائط وأسقف المباني، كما يستخدم في صناعة البطاريات والمطاط الصناعي.

5. منتجات بترولية أخرى

أهمها زيت الوقود، وهو منتج لزج يتخلف من عمليات التكرير المختلفة، ويستخدم لإنتاج الطاقة الحرارية في أفران ومعامل التكرير، أو مصدراً للطاقة في الأفران الصناعية ومحطات التحلية، ويوجد به الأسفلت وبعض المواد الصلبة، وقد يعالج لإنتاج مقطرات بترولية أو فحم بترولي.

والفحم البترولي هو المنتج الأخير من عمليات المعالجة الحرارية للمخلفات البترولية والمنتجات الطبيعية الثقيلة، وعادة ما تختلط به كميات مختلفة من الهيدروكربونات المحتوية على نسب متفاوتة من الكبريت والنيتروجين. وينتج الفحم البترولي في معامل التكرير بطرق عدة منها التفحيم المتأخر والسائل، وعند الضغط المنخفض، وفي درجات الحرارة العالية، وبنزع الكربون.

ويستخدم الفحم البترولي في صناعة الورنيش والطلاء، وقد يخلط مع زيت الوقود لتكوين الكربون السائل الذي يستخدم وقوداً في أفران خاصة، كما يستعمل في اختزال بعض أكاسيد الفلزات في الصناعات المعدنية، وفي صناعة بعض أجزاء المولدات الكهربية.

ومن خلال استخدام حامض الكبريتيك في معالجة المقطرات البترولية لإزالة المركبات غير المشبعة والأروماتية والكبريتية، ولتحسين ثبات المقطرات ضد الأكسدة تنتج مخلفات شتى منها الأحماض السلفونية التي تستخدم في تحضير المنظفات الصناعية، ما يؤكد أن الصناعة البترولية قد استطاعت اليوم الاستفادة المثلى من كافة النفايات البترولية وتنويع أوجه استخدامها.

سادساً: رؤية مستقبلية:

سيظل البترول أهم مصادر الطاقة الطبيعية، وفي مقدمة مقومات الحضارة، وبخاصة مع تزايد الطلب، عاما بعد آخر، على الطاقة في شتى مجالات الزراعة والصناعة والخدمات، وصعوبات تطوير موارد الطاقة الجديدة والمتجددة، وبطء التطور في مجال مفاعلات الاندماج النووي البارد التي يمكن - ربما بعد عام 2020م - أن تسهم في علاج مشكلات الأمان النووي، وتقلل من مخاطر التلوث الاشعاعي، وتزيد في إسهام الطاقة النووية بحيث تصبح مصدراً من المصادر الرئيسية للطاقة.

يتطلب الأمر، إذن، تنمية الإنتاج العالمي من البترول بصورة مضطردة سواء من المناطق المبشرة باحتياطيات بترولية كبيرة لم تستغل بعد، كبحر قزوين وخليج غينيا، ومياه الخليج العربي والبحر المتوسط، أو بتطوير تقنيات البحث والتنقيب لتنمية الحقول البترولية المنتجة حالياً.

الدول العربية في حاجة لزيادة طاقة إنتاجها البترولي، وحصتها في سوق البترول الدولية، وطاقات تكرير البترول وإنتاج البتروكيماويات، يخدم الحقوق والسياسات العربية في حوار المنتجين والمستهلكين حول حجم إنتاج البترول وأسعاره.

ينبغي في الجانب العلمي والتكنولوجي تطوير أجهزة المسح الجيوفيزيقي وطرقه، ونشير هنا إلى مثالين محددين، أولهما استخدام نظام VIBRIOSIS الحديث في المسح السيزمي الذي يمكنه توليد موجات سيزمية ذات تردد عال للغاية يصل حتى 1000 هيرتز دون أي تأثير ضار بالآبار الاستكشافية أو التركيب الجيولوجي. والثاني هو استخدام النيوترونات وأشعة جاما في تحديد مسامية الصخور الخازنة .

كذلك فإن تقويم المصائد والحقول البترولية يجب أن يتم من خلال القياسات التي تجري من خلال تجاويف آبار الاستكشاف، وتتيح التعرف على الأبعاد الثلاثة للخزان البترولي، وتحديد الاختلافات الأفقية والعرضية والرأسية في الخواص الجيوفيزيقية للتراكيب الصخرية، وهي أمور حاسمة في تحديد جدوى الحفر والإنتاج، ثم في تنمية الحقول والآبار بالاستغلال الأمثل لطرق الإنتاج الثانوي والثلثي للبترول، وينبغي أن يكتسب العرب خبراتها، وأن يقيموا شركاتهم القادرة على المسح الجيولوجي الجيوفيزيقي، وتسجيل الآبار الذي يتم حاليا بطريقة آلية تماماً وبدقة متناهية. إن الاعتماد سيظل أساسياً في مجال استكشاف البترول في العقدين القادمين على الطاقة السيزمية بالأساليب الحديثة، لرسم الأبعاد الثلاثة للتراكيب الجيولوجية من خلال تطبيقات التوموجرافيا Tomography، التي تضع مصادر الموجات والإشعاع والمستقبلات معا تحت سطح الأرض.

إن البترول هو المجال الرئيسي لتطوير القدرة الاقتصادية للدول العربية المنتجة للبترول، وبخاصة في الخليج العربي، وهو مجال لتقل التكنولوجيا المتقدمة في مجال الطاقة وتوطينها، ثم هو أداة كبرى لخدمة بناء القوة الشاملة والمؤثرة لدول عربية عديدة، في عصر تتصارع فيه القوى الدولية والإقليمية على مصادر الطاقة بصورة لا تقل عن صراعها على موارد المياه، وربما فاقت صراعات الغذاء والسلاح. وإذا قدر للأمة العربية أن تكون القوة الخامسة أو السادسة في العالم، فإن الفضل في ذلك لن يقتصر على تكامل إراداتها السياسية، وتنسيقها الاقتصادي، فحسب، بل سيكون البترول عامل أساسي في بناء هذه القوة العربية.

  الرابطة من نوع باي TT Pi هي رابطة تساهمية تكون فيها الكثافة الإلكترونية مركزة فوق وتحت الخط الذي يصل بين ذرات الرابطة.

1.   ينصهر الميثان عند درجة حرارة (-183°م) والبيوتان عند (138°م)، ويغلى الإيثان عند (-88.5°م) والبنتان عند (36°م)، وتبلغ كثافة الهكسان 0.659جم/ مللي لتر عند 20°م بينما كثافة الأوكتان إلى 0.703جم/ مللي لتر.
2.   يغلى الإيثيلين عند درجة حرارة ( - 102) درجة مئوية، والبروبيلين عند (- 48) درجة مئوية، والأيزوبيوتيلين عند (-7) درجة مئوية.
3.   يراعى ألا يعطي كيروسين الطائرات النفاثة ضغطا بخاريا أعلى من 8 ملليمتر زئبق عند درجة حرارة التداول لتجنب خطر الاشتعال.
4.   قدرت وكالة الطاقة الدولية احتياطيات البترول في بداية عام 2000م بنحو 2.3 - 2.55 تريليون برميل، وبإضافة المصادر غير التقليدية مثل الرمال والصخور القطرانية يقترب رقم الاحتياطيات العالمية المرجحة من 4 تريليون برميل.
5.   التوموجرافيا علم حديث يعتمد على ما يسمى بعملية النموذج العكسي باختيار نموذج مناسب على أساس المعلومات المبدئية، وتغيير أبعاده ومعالمه ليلائم البيانات التي يتم قياسها وتسجيلها في العمل الميداني. ويكون النموذج الذي يتم الحصول عليه باستخدام أشعة X أو النيترونات وأشعة جاما أو الموجات فوق الصوتية ذا ثلاثة أبعاد، ويعطي صورا دقيقة لمقاطع متتابعة لطبقات الصخور في مناطق المسح والاستكشاف البترولي. وهناك نموذج معروف للتوموجرافيا الطبية Cat - Scan الذي يستخدم في رسم المخ. أما التوموجرافيا السيزمية فهي تقنية حديثة في الاستكشاف البترولي وتحديد نوعيات وأحجام مكامن الخامات البترولية، وتعرف خصائصها البتروفيزيائية، ويستخدم الأمريكيون هذه التكنولوجيا على نطاق واسع، ويكادون يحتكرون تطبيقاتها في منطقة الشرق الأوسط.