الجيوكيمياء البترولية

تعرف على الجيوكيمياء البترولية

الكيمياء الجيولوجية للبترول هي إحدى أحدث الطرق المستخدمة في استكشاف البترول أو الغاز الطبيعي أو البترول بشكل عام.

وازدهرت هذه الطريقة وتطورت بشكل ملحوظ فقط في السنوات الأخيرة. لقد أثبتت الدراسات والمسوحات بشكل قاطع الأصل العضوي للبترول.

وتهدف الكيمياء الجيولوجية للبترول المستخدمة في الاستكشاف إلى:

تحديد الطبقات القادرة على توليد النفط في القسم الجيولوجي.

ب- تقدير كميات النفط المتولدة من الصخور الغنية بالمواد العضوية والكميات التي يحتمل أن تتكون عند اكتمال النضوج.

ج- تحديد أنواع المحروقات المتولدة (نفط أو غاز أو مكثفات) من الصخور القادرة على توليدها.

د- تحديد الصخور المنتجة (الأم) للترسبات النفطية المكتشفة.

2- مراحل تحول المادة العضوية الى زيت:

حتى وقت قريب ، سادت نظريتان رئيسيتان حول أصل البترول: الأولى تحدثت عن الأصل العضوي للبترول ، تسمى "النظرية العضوية" ، بينما تحدثت الثانية عن الأصل المعدني للبترول ، المسماة "النظرية غير العضوية". 

وكان الدليل واضحًا بالإضافة إلى النظرية الأولى ، لكن لم يكن من الممكن حتى الستينيات من هذا القرن توضيح الطريقة أو العمليات التي تخضع لها المادة العضوية حتى تتحول إلى بترول. أخيرًا ، تمكن العلماء من إيجاد طرق متقدمة لتحديد المادة العضوية اللازمة لتوليد الزيت ، والعمليات الكيميائية الحيوية والكيميائية والظروف الطبيعية المؤدية إلى نضجه ، والتي تتلخص فيما يلي:

تأتي المادة العضوية التي ينتج منها الزيت بشكل أساسي من النباتات والطحالب وبعض الحيوانات الدقيقة بعد دفنها مع الرواسب.

وتحتوي النباتات والكائنات الحية على العديد من المركبات العضوية التي يمكن تصنيفها إلى أربع مجموعات كيميائية: البروتينات والكربوهيدرات (النشويات) والليغنيت والدهون. باستثناء البروتينات ، تتكون هذه المواد من ثلاثة عناصر: الكربون والهيدروجين والأكسجين ، بينما تحتوي البروتينات أيضًا على النيتروجين والكبريت. يحتوي كل من الكلوروفيل والهيمين على آثار طفيفة لبعض المعادن مثل الحديد والمغنيسيوم وغيرها.

وتعتبر الدهون من أهم المواد العضوية التي يتكون منها البترول ، حيث تتكون كيميائيًا من سلاسل كربون طويلة أو حلقات دائرية مشبعة غالبًا ما ترتبط ببعضها البعض.

ولكي تتحلل المادة العضوية وتتحول إلى مواد مكونة للزيت ، يجب عزلها عن الهواء (الأكسجين) ، لأنه إذا تعرضت للهواء فإنها تحترق أو تتحلل وتستهلك تحت تأثير البكتيريا الهوائية. قد يكون لها وسائط معزولة عن الهواء في قاع الأحواض التي يتم فيها تقييد حركة الماء ، أو في السطح السفلي للرواسب الملامسة للماء أو البحر أو البحيرات أعلاه ، لأن البكتيريا الهوائية تستهلك الأكسجين المتبقي بسرعة ، وتحويل الوسط إلى وسط غير مؤكسد معزول عن الهواء.

وبذلك تتعرض المادة العضوية للبكتيريا اللاهوائية التي تبدأ في التحلل والتحليل من أجل الحصول على الأكسجين ، وخاصة من السليلوز والنشا ، وإنتاج ثاني أكسيد الكربون وبعض المركبات العضوية. الميثان "أو غاز المستنقعات.

وبالإضافة إلى ذلك ، تدمر هذه البكتيريا البنية الفيزيائية للمادة العضوية وتحولها إلى مادة هلامية تسمى سابروبيل.

وتتوقف العمليات الكيميائية الحيوية مع زيادة سمك الرواسب الموضوعة فوق المادة العضوية ، وهي تكاد لا تتواجد على عمق متر واحد من الطين الموضوعة في وسط معزول عن الهواء ، وبعد ذلك تخضع المادة العضوية لتفاعلات فقط قم بتحويله إلى مادة مستقرة تعرف باسم kerogen ، وتستغرق عملية التحول هذه فترة زمنية طويلة ، ولكنها تنتهي على عمق يتراوح بين 300 و 1000 متر.

والكيروجين مادة مستقرة غير قابلة للذوبان في الأحماض والقلويات والماء والمذيبات العضوية البسيطة مثل الكلوروفورم والبنزين. كما أنه مقاوم للبكتيريا ، لكنه يتأكسد تحت تأثير بعض المواد الكيميائية أو نتيجة التعرض الطويل للهواء. يميز ثلاثة أنواع تسمى kerogen I و II و III ، والتي تختلف عن بعضها البعض في المواصفات التي تعتمد على المادة العضوية الأصلية وكيفية تحويلها إلى مادة الكيروجين. وبالتالي ، فإن قدرة كل نوع من هذه الأنواع على توليد النفط و / أو الغاز تختلف.

ويصاحب الكيروجين كميات صغيرة من مادة قابلة للذوبان في مذيبات عضوية تسمى "البيتومين" ، وتتكون من الأسفلت والراتنج (الراتنج) والهيدروكربونات الثقيلة الأصغر من ذرات الكيروجين.

وتسمى الهيدروكربونات الثقيلة "الحفريات الجيوكيميائية" لأنها تتكون من هيدروكربونات من مادة حية أو جزيئات حيوية تتأثر بعمليات التحويل المبكرة. تستخدم هذه الهيدروكربونات ، على الرغم من كمياتها الصغيرة ، لتحديد نوع النباتات التي كانت المصدر الرئيسي للمادة العضوية ، وكذلك لمقارنتها بالصخور المتولدة التي تم إنتاج النفط منها لاحقًا.

ومع زيادة عمق الدفن (زيادة سمك الرواسب التي تغطيها) ، يتعرض الكيروجين لتأثير الحرارة والضغط ، حيث تتراوح درجة الحرارة في المتوسط ​​بين 50 و 175 درجة مئوية ، ويتراوح الضغط من 1200-100 رطل لكل بوصة مربعة. تعطي الزيادة في درجة الحرارة قوة للتفاعلات الكيميائية ، فعندما تكون درجة الحرارة بين 50 و 75 درجة مئوية ، تبدأ ذرات الكيروجين في التحلل إلى هيدروكربونات ، نتيجة تحول ذراته إلى ذرات أصغر ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة كمية البيتومين ، حيث تتأثر ذراته أيضًا بارتفاع درجة الحرارة وتتحول إلى ذرات أبسط. ، بدورها ، تتحول إلى ذرات أبسط وأصغر ، حتى الوصول إلى إنتاج الهيدروكربونات التي يتكون منها النفط.

ومع ارتفاع درجة الحرارة ، يزداد إنتاج الهيدروكربونات الخفيفة والغاز حتى يصل إلى مرحلة يهيمن فيها الميثان على المنتجات الأخرى. يمر هذا بمرحلة انتقالية من الهيدروكربونات السائلة إلى الهيدروكربونات الغازية ، تسمى مرحلة الغاز الرطب.

وفي نهاية مرحلة الغاز الرطب ، تصبح قدرة الكيروجين على إنتاج الهيدروكربونات محدودة للغاية ولا تتجاوز إنتاج القليل من الميثان ، وبعد ذلك تصل إلى مرحلة "الشحن" التي يتحول فيها الكيروجين إلى (بقايا الفحم) ، بينما يتحول الزيت الناتج إلى ميثان وبروبيتومين.

ولا يمكن تحديد عمق كل طابق بدقة ، لأنه يعتمد على عامل التدرج في درجة الحرارة ، والذي يتراوح عادة بين 1.5 و 5 درجات مئوية لكل (100 م) ، ويقدر متوسط ​​قيمته بـ 2.5 درجة مئوية لكل 100 متر. في هذه الحالة يمكن القول أن النفط والغاز يتشكلان على عمق يتراوح بين 1500 و 4000 م ، وتبدأ مرحلة الكربنة بعد (4000 م). ومع ذلك ، فإن هذه الأرقام نسبية ويجب اعتبارها قيمًا متوسطة تختلف من حوض إلى آخر.

ويتراوح الوقت اللازم لتحويل المادة العضوية إلى بترول من 5 إلى 100 مليون سنة ويمكن أن يبدأ بملايين السنين بعد ترسب المادة العضوية ، لأن هذا مرتبط بحركات الحوض الرسوبي.