Download
1 / 73
780 likes | 1.15k Views
بنام خدا. ژئوشیمی آلی نفت. ژئوشیمی آلی نفت. دانش بین رشته ای که منشا، تحول مواد آلی، ارزیابی سنگ منشا، انالیز و تعیین سیستم های نفتی را با استفاده از ژئوشیمی مخزن و استفاده از بیومارکرها و ... را مورد بررسی قرار می دهد.
E N D
بنام خدا ژئوشیمی آلی نفت دکتر میرزایی
ژئوشیمی آلی نفت • دانش بین رشته ای که منشا، تحول مواد آلی، ارزیابی سنگ منشا، انالیز و تعیین سیستم های نفتی را با استفاده از ژئوشیمی مخزن و استفاده از بیومارکرها و ... را مورد بررسی قرار می دهد. • کاربرد: 1- مدیریت مخازن نفتی 2- بررسی منشا، مهاجرت و توسعه مخازن 3- تعیین درصد شانس موفقیت 4- جداسازی نفت میدان هایی که توسط یک خط لوله به جداکننده ها انتقال داده می شوند 5- بازیافت نفت های غیرقابل استحصال و ... دکتر میرزایی
فهرست • تعریف ژئوشیمی آلی نفت • کاربردها • بیومس • رسوبات و تجمع مواد آلی • شیمی آلی نفت و گاز دکتر میرزایی
ضرورت کاربرد ژئوشیمی آلی در اکتشاف تجارب چند دهه اخیر نشان داده است که ژئوشیمیست ها به اعتبار ژئوشیمی آلی قادرند به پرشس ها و مشکلات زیر پاسخ دهند. این توانمندی به کمک سایر شاخه های علوم و تلفیق با آنها می تواند در اکتشاف ذخایر جدید مؤثر باشد. • کدام واحد یا طبقه در یک توالی زمین شناسی را می توان به عنوان سنگ منشاء در نظر گرفت؟ • آیا این سنگ منشاء توانسته است در ادوار گذشته زمین شناسی، نفت و یا گاز تولید کند و یا این که هیچ گونه هیدروکربوری تولید نکرده است؟ دکتر میرزایی
سنگ منشاء یادشده در کدام مرحله از ”زایش هیدروکربور“ قرار دارد؟ آیا به اصطلاح ژئوشیمیست ها، چنین سنگی نابالغ است، بالغ است و یا حتی فوق بالغ؟ • اگر این سنگ منشاء، نفت و یا گاز تولید کرده است، مقدار آن چقدر است؟ • آیا این مقدار با محاسبه زمین شناسان و کارشناسان مخزن یکسان است یا خیر و علت اختلاف احتمالی چیست؟ • گسترش این سنگ منشاء و Paleogeography ناحیه در بر دارنده سنگ منشاء چگونه است؟ دکتر میرزایی
کاربرد ژئوشیمی آلی در اکتشاف کاربرد اصلی ژئوشیمی آلی (در کنار سایر علوم)، کاهش ریسک عملیات اکتشافی است. تعیین اهداف اکتشافی و حفاری با احتمال بالا برای دستیابی به ذخایر نفتی. بر این اساس، ژئوشیمی آلی این قابلیت ها را دارد: • با انجام آزمایش های فراوان بر روی آن دسته از سنگ های رسوبی که از پتانسیل سنگ منشاء بالاتری برخوردارند، می تواند مشخص کند که سازند مورد نظر در ناحیه گسترش خود توانسته است نفت و گاز تولید کند یا خیر؟ دکتر میرزایی
در صورت مثبت بودن سؤال قبلی، نفت یا گاز تولید شده چه میزان باید باشد؟ آیا این مقدار مقرون به صرفه است یا خیر؟ • آیا میزان ذخیره محاسبه شده، با ذخیره تعیین شده با محاسبات سایر بخش ها (مهندسی نفت و زمین شناسی) همخوانی دارد یا خیر؟ • سنگ منشاء مورد نظر در چه محیطی تشکیل شده است (دریایی، دریاچه ای، دلتایی و یا خشکی)؟ برای این منظور از نشانه های زیستی (biomarker) استفاده می شود (فسیل های ژئوشیمیایی). • با توجه به ویژگی های مواد آلی موجود در سنگ منشاء با ترکیبات آلی نفت یا گاز همان ناحیه، می توان نفت یک مخزن را با مخزن دیگر در ناحیه دوردست انطباق داد و مشخص کرد که سنگ منشاء این دو مخزن یکی بوده است یا خیر؟ (تطابق نفت با نفت و تطابق نفت با سنگ منشاء) دکتر میرزایی
تطابق نفت با نفت و تطابق نفت با سنگ منشاء به کمک بیومارکرها و در صورت نبود آنها (که به ندرت پیش می آید)، از ایزوتوپ های کربن استفاده می شود. در مورد گاز همیشه باید از روش ایزوتوپی کربن استفاده کرد. • ژئوشیمی آلی می تواند دگرگونی یا آنومالی های ساختاری زمین شناسی از قبیل گسل، ناهمسازی لایه ها، دگرشیبی و حتی وجود توده های مذاب و آتشفشانی را نشان دهد. دکتر میرزایی
نکته دیگری که ژئوشیمی آلی می تواند آن را روشن کند، مطالعه و بررسی مخازن کشف شده است. بررسی آسیب های احتمالی که می تواند به یک مخزن وارد شود (شامل تخریب میکروبی، آبشوئی مخازن و اکسیداسیون) به عهده ژئوشیمیست هاست. • تشخیص ماهیت یا کیفیت سنگ منشاء و به عبارت دیگر کیفیت کروژن سنگ منشاء به کمک ژئوشیمی آلی امکان پذیر است. تعیین درجه بلوغ مواد آلی (نابالغ، بالغ و فوق بالغ) سنگ منشاء به عهده ژئوشیمی است. دکتر میرزایی
چگونگی تکامل بیوسفر • تکامل بیوسفر و تشکیل دهندگان نفت (کروژن و بیتومن) از زمان پرکامبرین اتفاق افتاده است (شیل نانسوچ در میشیگان). • در طول کامبرین تا بالاتر از دونین، پلانکتون ها، باکتری ها، بعضی از جلبک ها و زئوپلانکتون های کف زی، به عنوان منشاء برای نفت و گاز عمل کرده اند. • بعد از این زمان، مواد آلی مشتق از گیاهان عالی خشکی به عنوان منشاء مهم دیگری برای نفت و گاز مطرح شده اند. دکتر میرزایی
پلانکتون ها و باکتری ها • تقریباً دو میلیارد سال قبل، تشکیل دهندگان اصلی کربن آلی، جلبک های سبز- آبی بوده اند. • در طول کامبرین، اردوویسین و سیلورین، جانداران پلانکتونی گوناگون، باکتری ها و جلبک های سبز- آبی منشاء غالب کربن آلی بوده اند. • در دونین میانی، گیاهان خشکی زی به مقدار کافی توسعه یافته اند. • موجودات پلانکتونی و باکتری ها امروزه نیز 50 تا 60 درصد کربن آلی را تولید می کنند. • باکتری ها بعد از گیاهان پلانکتونی، دومین موجوداتی هستند که در تولید مواد آلی رسوبات نقش داشته اند. دکتر میرزایی
بعد از گیاهان پلانکتونی و باکتری ها، گیاهان عالی از نظر تولید ماده آلی در رده سوم قرار دارند. این گروه از سیلورین میانی به سمت حال وفور یافته اند. به نظر می رسد که گیاهان عالی نیز رابطه ژنتیکی با انواع پست تر داشته باشند. دکتر میرزایی
سرگذشت ماده آلی • مواد آلی در یک چرخه اساسی به شرح زیر تولید و متحول می شوند: - فتوسنتز فیتوپلانکتون ها (تولید کننده های مهم و اصلی ماده آلی)، - مصرف به وسیله زئوپلانکتون ها و سایر موجودات زنده، - مرگ موجودات زنده و ورود ماده آلی به رسوبات، - تحولات فیزیکوشیمیایی و حرارتی ماده آلی و تبدیل به هیدروکربن، - سوختن هیدروکربن ها و تولید CO2 و ورود مجدد به چرخه فتوسنتز. دکتر میرزایی
سرگذشت ماده آلی • تولید ماده آلی (Biomass) به وسیله انواع موجودات زنده • مرگ موجودات زنده و ورود ماده آلی به داخل رسوبات • تحول ماده آلی در حوضه رسوبی: • بخشی از ماده آلی در آب محلول می شود • بخشی دیگر به هیدروکربن (گاز مرداب) تبدیل می شود • باقیمانده نیز به صورت ذرات جامد غیرقابل حل وارد رسوبات می شود. دکتر میرزایی
حفظ ماده آلی در رسوبات برای تشکیل ترکیبات هیدروکربن ضروری است. این مسئله به موارد زیر بستگی دارد: • میزان انرژی محیط رسوبی - محیط خیلی پرانرژی: فساد کامل ماده آلی - محیط خیلی کم انرژی: عدم پوشیده شدن مواد آلی و در نهایت اکسیده شدن و از بین رفتن این مواد - انرژی متوسط مطلوب تر است. دکتر میرزایی
نوع رسوب: - رسوبات ریزدانه امکان تجمع و تراکم ماده آلی بیشتر است (رس ها به طور نسبی از مواد آلی غنی ترند) Siltstone (15-60µ): 1.75% OM Claystone (2-4µ): 2.08% OM Clay (<2µ): 6.5% OM دکتر میرزایی
رس ها جذب کننده های مهم ماده آلی محسوب می شوند. جذب ماده آلی تا 80 درصد گاهی جذب انتخابی دارند: - برخی جذب کننده اسیدهای آمینه محلول در آب هستند - برخی دیگر جذب کننده گروه فنولی می باشند جذب ماده آلی به وسیله رس ها سبب کاهش وزن مخصوص رسوب می شود. دکتر میرزایی
میزان اکسیژن موجود و عمق حوضه رسوبی - از سطح دریا به سمت عمق میزان اکسیژن کاهش می یابد - از سطح دریا به سمت عمق میزان H2S افزایش می یابد عمق کم به خاطر اکسیژن بالا و انرژی بالا سبب فساد بیشتر ماده آلی می شود. در عمق زیاد به خاطر اکسیژن کم و تراکم H2S امکان حفظ ماده آلی بیشتر است. دکتر میرزایی
تحول ماده آلی در رسوبات (خلاصه) تخریب مواد آلی (جانوری و گیاهی) در رسوبات به این شرح انجام می شود: • فرسایش جداره سلولی • انحلال ترکیبات قابل حل در آب - ویتامین ها، اسیدهای آمینه، پاره ای از کاروتنوئیدها و به ویژه قندها و ترکیبات پلیمری آن مانند سلولز، لیگنین و کیتین • تولید اسید فولویک • تولید اسید هومیک محصول نهایی این تحولات: کروژنKEROGEN دکتر میرزایی
تحول ماده آلی در رسوبات (جزئیات عمل) • مواد آلی یک حوضه رسوبی: BIOMASS تولید شده در حوضه به علاوه مواد آلی که از خشکی به حوضه وارد می شود. این مواد از سطح به طرف عمق تحولات زیر را دنبال می کنند. • تجزیه بیوشیمیایی (دیاژنتیک) • در عمق یک متری (به تقریب) زیر رسوبات در مدت 500 تا 1000 سال (طی عمل دیاژنز): - فعالیت باکتری های هوازی AEROBIC و قاچ ها زیاد است، - باکتری های هوازی و کمتر بی هوازی ANAEROBIC کار تجزیه ماده آلی را انجام می دهند. دکتر میرزایی
با افزایش عمق از مقدار موجودات ذره بینی کاسته می شود. • باکتری ها برای تجزیه ماده آلی آنزیم ترشح می کنند. • باکتری ها به دو دسته هوازی و بی هوازی تقسیم می شوند. • باکتری های هوازی وظیفه تبدیل هیدرات های کربن و پروتئین ها به اسیدهای آمینه، گلوکز و قند را به عهده دارند. • باکتری های بی هوازی نیز اکسیژن را از ساختمان ملکولی مواد مختلف خارج می سازند و به کمک این اکسیژن، ضمن تنفس، ماده آلی را به CO2 و H2O تبدیل می کنند (اکسیداسیون). دکتر میرزایی
ترکیبات کربن • هیدروکربن ها • الکل ها • اسیدهای آلی • چربی ها، روغن ها، لیپیدها • کربوهیدرات ها • پروتئین ها دکتر میرزایی
هیدروکربن ها • ساده ترین مواد آلی که فقط از دو عنصر کربن و هیدروژن تشکیل شده اند. • مثال معروف: متان (CH4): جزء تشکیل دهنده گازطبیعی و محصول فساد جزیی مواد آلی در آب های راکد (گاز مرداب) • هیدروکربن ها بر مبنای درجه اشباع از هیدروژن، به چند دسته تقسیم می شوند. (آلکان ها، آلکن ها، آلکین ها و آروماتیک ها) دکتر میرزایی
1- آلکان ها • آلکان ها یا پارافین ها با فرمول عمومی CnH2n+2 یا ترکیبات سیر شده از هیدروژن این گروه اجزاء تشکیل دهنده مهمی از نفت و گاز طبیعی بوده و به مقدار قابل ملاحظه ای از تقطیر زغال سنگ به دست می آید. • ترکیباتی با n از 1 تا 4، بخش مهمی از گاز طبیعی • ترکیباتی با n از 6 تا 10، اجزاء اصلی تشکیل دهنده بنزین • ترکیباتی با n از 14 تا 18، اجزاء سوخت دیزل • ترکیباتی با n از 26 تا 40، اجزاء اصلی روغن های لیزاننده با افزایش وزن مولکولی ترکیبات پارافینی، نقطه ذوب، نقطه جوش و چگالی افزایش می یابد. دکتر میرزایی
در ساده ترین هیدروکربن ها که آلکان معمولی normal alkanes (n-alkanes) نامیده می شود، اتم های کربن به صورت زنجیره خطی آرایش یافته است. مثلاً در بوتان: در این شکل، هر خط نشانه یک پیوند کووالانسی و به عبارت دیگر یک زوج الکترون اشتراکی بین دو اتم است. دکتر میرزایی
H H H HC C C H H H HCH H • ایزومر: دو ترکیب یکسان با ساختار مولکولی متفاوت. برای مثال، C4H10 می تواند به دو شکل نشان داده شود: n-butane (Straight chains) isobutane (2- methyl propane) (Aliphatic Chains) H H H H HCCCCH H H H H دکتر میرزایی
علاوه بر آلکان های زنجیره ای، این دسته می توانند به صورت حلقوی نیز تشکیل شوند.در این صورت، فرمول ساختاری آنها به صورت CnH2n خواهد بود. برای مثال: • سیکلو پنتان C5H10 • سیکلوهگزان C6H12 • این دو ترکیب اجزاء اصلی تشکیل دهنده برخی از نفت های خام بوده و به نام نفتن یا سیکلوپارافین نامیده می شوند. دکتر میرزایی
2- آلکن ها • آلکن ها هیدروکربن های دارای یک پیوند دوگانه کربن- کربن هستند. این ترکیبات به فراوانی در طبیعت یافت می شوند و ممکن است نقش زیست شناختی مهمی داشته باشند. برای مثال، اتیلن یک هورمون گیاهی است که رسیدن میوه ها را سبب می شود و آلفا- پینن ماده اصلی تربانتین را تشکیل می دهد. • درجه سیر شدن این گروه پایین تر از آلکان ها بوده و فرمول عمومی آنها CnH2n است. • پیوند دوگانه بین اتم های کربن در این ترکیبات، دو زوج الکترون اشتراکی را نشان می دهد. • ترکیبات این گروه (سیر نشده) در مقایسه با آلکان ها واکنش پذیر ترند. برای مثال، واکنش اتیلن با اسید کلریدریک به صورت زیر انجام می شود: C2H4 + HCl C2H5Cl در حالی که اتان به این صورت واکنش پذیر نیست. دکتر میرزایی
نامگذاری آلکن ها • قواعد نامگذاری آلکن ها مشابه آلکان هاست. با این تفاوت که به جای –ane از پسوند –ene استفاده می شود. برای مثال، آلکان دو کربنی معمولی، اتان (ethane) نام داشته و آلکن دو کربنی اتیلن یا اتن (ethylene or ethene) نامگذاری می شود. اتان اتیلن دکتر میرزایی
آلکن ها و آلکین ها دکتر میرزایی
ترکیبات آروماتیک • واژه آروماتیک در ابتدا برای توصیف مواد خوشبویی مانند بنزالدهید (موجود در گیلاس، هلو و بادام)، تولوئن (موجود در برخی روغن های گیاهی) و بنزن (حاصل از تقطیر زغال سنگ) بکار می رفت. اما امروزه این واژه برای اشاره به ترکیبات دارای حلقه های شش تایی بنزن گونه شامل پیوند دوگانه به کار می رود. • بسیاری از ترکیبات مهم، نظیر هورمون استروئیدی استرون (و تستوسترون) و داروی ضد درد ایبوپروفن دارای بخش های آروماتیک هستند. دکتر میرزایی
ترکیبات آروماتیک نیز از اجزاء نفت خام محسوب میشوند. دکتر میرزایی
الکل ها • ترکیباتی که علاوه بر کربن و هیدروژن، اکسیژن نیز دارند. • ساختار آنها شبیه هیدروکربن هاست، اما در آنها یک یا چند گروه OH جانشین اتم های هیدروژن می شود. • این ترکیبات با یک پسوند –اُل (ol)نامگذاری می شوند. • دو مورد از ساده ترین و معروف ترین الکل ها، متانول و اتانول (متیل الکل یا الکل غلّات) است: دکتر میرزایی
الکل های ساده در طبیعت به طور بسیار گذرا و در نتیجه برخی انواع فساد مواد آلی به وجود می آیند. • با این وجود، بسیاری از ترکیبات دیگر که دارای گروه عاملی OH متصل به ساختار هیدروکربنی هستند، به صورت مستقل یا به عنوان بخشی از یک ساختار مولکولی بزرگتر، پایدار می باشند که دو مثال آنها عبارت است از: فنول (که یک واحد ساختاری در لیگنین و کیتین است) C6H5OH گلیسرین یا تری هیدریک الکل گلیسرول (که واحد ساختاری چربی ها و روغن هاست)C3H4OH3 دکتر میرزایی
CO(g) + 2 H2(g) → CH3OH(g) 350°C 200 atmZnO, Cr2O3 تولید الکل دکتر میرزایی
اسیدهای آلی • بیشتر ترکیبات آلی که به عنوان اسید عمل می کنند، در ترکیب خود دارای گروه عاملی -COOH هستند. • این گروه عاملی، گروه کربوکسیل نامیده می شود. دکتر میرزایی
دو مثال ساده از اسیدهای کربوکسیل عبارت است از: اسید استیک CH3COOH بوتیریک اسید C3H7COOH دکتر میرزایی
