اندازه گیری چگالی نفت

[The Idealist 1,526]

عنوان: اندازه گیری چگالی نفت

تئوری آزمایش:

نفت خام مایعی است غلیظ به رنگ سیاه یا قهوه ای تیره که اساساً از هیدروکربن ها تشکیل شده است . در مورد منشأ نفت و طرز تشکیل آن هر صاحب نظری به مقتضای تخصص و تجارب شخصی خود عقیده ای بیان نموده است که درنهایت به یکی از دو نظریه منشأ معدنی و یا منشأ آلی نفت منجر می شود.

الف – نظریه منشأ معدنی

نظریه منشأ معدنی نفت که در ابتدای قرن بیستم به وسیله اکثر شیمیدانها و زمین شناسان مورد قبول واقع شده بود، در حال حاضر رد شده است و صرفاً از نظر تاریخچه ای ، علل مطرح شدن آن ذکر می گردد

- در 1889 "مندلیف" براساس یک رشته آزمایش ها و با فرض حضور کربورهای فلزی در لایه های عمیق پوسته زمین، نظریه " برتلو" را تأیید کرد .

- در 1901 "ساباتیه و ساندرنس" استیلن را در دمای 200-3000c در حضور کاتالیزورهای نیکل و آهن احیا شده ، هیدروژن دار کردند و گستره نسبتاً کاملی از هیدروکربن های موجود در نفت خام را بدست آوردند .با آنکه نظریه معدنی بودن منشأ نفت در ابتدا به سهولت پذیرفته شده بود، طولی نکشید که با ایرادهای زیادی مواجه گشت که منجر به کنار گذاشتن آن شد . نقاظ ضعف این نظریه به قرار زیرمی باشند :

- فلزات قلیایی و کربورهای فلزی که در سنتز " برتلو" به کار رفته بودند ، عملاً در میان عناصر سازنده پوسته زمین شناسایی نشده اند .

- تجمع های هیدروکربنی اغلب در زمین های رسوبی و در اعماق نسبتاً اندک یافت می شوند و در این نقاط دما پائین تر از حد لازم برای سنتزهای مورد نظر است .

- در نفت خام ترکیبات نیتروژن دار و اجسام فعال نوری وجود دارند که نشان دهنده منشأ آلی آن می باشند .

ب – نظریه منشأ آلی نفت

امروزه می توان گفت که نظریه منشأ آلی برای نفت خام نسبت به هر نظریه دیگری قابل قبول تر است . این نظریه به دلایل زیر متکی است :

- نفت خام همیشه در لایه های رسوبی یافت می شود که همواره مقدار زیادی از مواد آلی نیز در این لایه وجود دارند . بقایای این مواد اعم از گیاهی و یا حیوانی محتوی مقدار زیادی کربن و هیدروژن (سازنده های اصلی نفت خام) می باشند .

- نفت های خام محتوی ماده ای به نام پورفیرین می باشند . این ماده فقط در عامل سرخی خون (همین) حیوانات و نیز در سبزینه گیاهان وجود دارد .

- اکثر نفت های خام خاصیت چرخش سطح پلاریزاسیون نور را دارند . این خاصیت مربوط به وجود کلسترون است که ماده ای است با منشأ حیوانی یا گیاهی .

با قبول نظریه آلی بودن منشأ نفت ، سوالات زیر مطرح می شوند :

- مواد آلی مولد نفت ، خود از کجا آمده اند ؟

- تحت چه شرایطی این مواد آلی با رسوب ها مخلوط و حفظ شده اند ؟

- روند تبدیل این مواد به هیدروکربن های نفتی چگونه بوده و چه مدت طول کشیده است ؟

در پاسخ به سوالات مطالب زیر ارائه شده اند :

الف – مواد آلی اولیه

به نظر می رسد که موجودات بسیار کوچک و بیشماری که در دریاها، دریاچه ها و مردابها زندگی می کنند و پلانکتون (فیتوپلانکتون و زئوپلانکتون) نامیده می شوند، منشأ مواد آلی مولد نفت باشند . توزیع پلانکتون ها در سطح دریاها یکنواخت نیست . این موجودات در قسمت بالای آب دریاها (عمق 50 تا 100 متری) که اشعه خورشید نفوذ می کند و نیز در مجاورت سواحل متمرکزند . تولید مثل این موجودات بسیار زیاد است و پس از نابودی در کف دریاها رسوب کرده، قسمت اعظم مواد آلی ای را تشکیل می دهند که بعداً با رسوبهای مختلف مخلوط می شوند . البته پلانکتون ها تنها منبع مواد آلی نیستند . آب رودخانه هایی که به دریا می ریزند حاوی مقداری مواد هیومیک است که ترکیبشان نزدیک به هیدروکربن هاست .

ب – شرایط رسوب کردن

تنها قسمت کوچکی از مواد آلی پلانکتونی می تواند به اعماق دریا رسیده با رسوبها مخلوط شود . بقیه اجساد پلانکتونی به هنگام سقوط به اعماق دریا به وسیله باکتری های هوازی از بین می روند و هر چه میزان اکسیژن محلول در آب بیشتر باشد ، حمله این باکتری ها شدیدتر است . مقدار مواد آلی که به اعماق آبهای فلات قاره می رسند 5-2% و در مورد اعماق اقیانوس ها 05/0 – 02/0% مقدار اولیه است. یکی از عوامل موثر در حفظ و نگهداری مواد آلی ته نشین شده در اعماق آبها، دانه بندی رسوبهای معدنی در این اعماق است . اگر این رسوبها درشت دانه بوده (شن و ماسه) و آبها نیز مقداری اکسیژن داشته باشند، مواد آلی از تأثیر مخرب باکتری های هوازی در امان نبوده، از بین می روند ولی اگر رسوبها ریزدانه باشند(رس یا آهک)، مواد آلی بسرعت مدفون شده، از اثر باکتریهای هوازی مصون می مانند .

ج – تبدیل مواد آلی به هیدروکربن ها

مواد آلی موجود در رسوبها حاوی 35-15% اکسیژن و 10-7% هیدروژن می باشند در حالی که مواد نفتی حداکثر4% اکسیژن و 15-11% هیدروژن دارند . بنابراین تبدیل مواد آلی به هیدروکربن ها یک پدیده احیاست که به کمک باکتری های غیرهوازی موجود دراعماق آبها صورت می گیرد . بدین ترتیب مواد آلی طی یک رشته واکنش های فساد و تجزیه میکروبی تراکم و پلیمری شدن ، به ماده هیدروکربنی بسیار غلیظی به نام کروژن تبدیل می شوند . مجموعه این تغییر و تبدیل ها را دگرگونی دیاژنتیک می نامند . این دگرگونی از لایه های یک متری آغاز شده، تا اعماق هزار متری ادامه می یابد و مدت آن نیز 5 تا 10 هزار سال است . با ادامه رسوب گذاری، عمق لایه ها نیز زیاد می شود و در نتیجه فشار و دما افزایش می یابند . تحت چنین شرایطی ( t > 1000c , P > 100 ) کروژن در اثر تجزیه حرارتی به هیدروکربن های مایع سبکتر تبدیل می گردد و با ادامه رسوب گذاری، مقداری از این هیدروکربن ها در اثر شکست تبدیل به هیدروکربن های سبک و گاز متان می شود . شکل I -1-1 روند دگرگونی مواد آلی را تا تشکیل نفت نشان می دهد .

تشکیل معادن نفتی

پس از آنکه نفت در سنگ مادر تشکیل شد ، در معرض نیروهای مختلفی نظیر وزن رسوبهای فوقانی، نیروهای مربوط به زمین شناسی ... قرار می گیرد . فشرده شدن رسوبها باعث می شود که آب و نفت از سنگ مادر خارج شده به طرف سنگ های نفوذپذیرتر(سنگ مخزن) جریان یابند . این جریان نفت معمولاً به طرف لایه های فوقانی که فشردگی کمتری دارند صورت می گیرد . حرکت نفت از سنگ مادر به سمت سنگ مخزن را هجرت اولیه می گویند . اگر در مسیر جریان نفت مانعی نباشد که آن را نگه دارد، سرانجام نفت به سطح زمین می رسد و از بین می رود . موانعی که نفت را از حرکت باز می دارند و باعث تجمع آن در یک محل می شوند ، تله یا نفتگیر نامیده می شوند .

چگالی نفت خام که معمولاً برحسب درجه API بیان می شود، یکی از معیارهای قیمت گذاری آنست . معمولاً چگالی نفتهای خام در محدوده 000/1 – 008/0 قرار دارد ولی نفتهایی نیز با چگالی پایین تر (787/0 در مورد نفت خام آلاسکا) و یا بالاتر (028/1 در مورد نفت خام کالیفرنیا) شناسایی شده اند .

معمولاً نفتهای خام با توجه به چهار دسته تقسیم می شوند :

نفت خام سبک

نفت خام متوسط

نفت خام سنگین

نفت خام خیلی سنگین

 

شرح آزمایش:

هیدرو متر را درون استوانه مدرجی که محتوی نفت است قرار داده وعدد مربوط به s.g نفت راقرائت می کنیم.دقت آن 0.001 است.در قسمت پایین جیوه قرار دارد که مقدار جیوه آن معادل عددی است که روی آن درج شده است.اگر هیدرومتر تا آخر در سیال فرو رفت یعنی هیدرومتر از سیال سنگینتر است و مناسب نیست.از مانومتر دارای رنج 0.9 تا 0.95 استفاده می کنیم .لذا s.g نفت ما 0.867 اندازه گیری شده وs.g آب دارای ناخالصی برابر 0.997 شد.