نفت خام یا پترولیوم (petroleum) یک مایع طبیعی با رنگ زرد مایل به تیره است که در سازندهای زمین شناسی زیر سطح زمین یافت میشود. بزرگترین کاربرد نفت خام برای تولید سوخت است. سوخت حاصل از آن جزء سوختهای فسیلی و تجدیدناپذیر به شمار میرود. در این مطلب به بررسی خواص فیزیکی نفت خام که توسط ساختمان شیمیایی آن کنترل میشود، میپردازیم.
رنگ نفت خام
نفت خام به رنگهای مختلف از جمله زرد، سبز، قهوهای، قهوهای تیره و یا سیاه دیده میشود. نفتهای پارافینی معمولاً دارای رنگ روشن تا قهوهای در نور عبوری و به رنگ سبز در نور انعکاسی هستند. نفتهای آسفالتیک غالباً قهوهای تا سیاه هستند که به عنوان نفت سیاه (black oil) شناخته میشوند.
هیدروکربنها وقتی در معرض تابش اشعه ماوراء بنفش قرار گیرند تحریک میشوند و از خود خاصیت فلورسانس نشان میدهند. رنگ فلورسانس ساطع شده با نوع نفت تغییر میکند.
گرانروی نفت خام
ویسکوزیته یا گرانروی (viscosity)، اصطکاک درونی یک سیال است که در مقابل جریان یافتن آن سیال مقاومت میکند. گرانروی پارامتر مهمی است که برای پیشبینی جریان سیال در مخزن و در سطح نیاز است. گرانروی نفت به دانسیته یا تعداد اتمهای کربن و همچنین به گازهای حل شده در آن بستگی دارد. هرچه تعداد اتمهای کربن نفت زیادتر شود، گرانروی آن بالاتر میرود و هرچه میزان گاز حل شده در نفت بیشتر شود، گرانروی آن کمتر میشود.
گرانروی نفت خام دامنهی بسیار وسیعی دارد و به طور معمول بین ۰٫۲ تا ۵۰ سانتی پوآز است. بعضی از نفتهای خام با گرانروی بسیار بالا قادر نیستند که در خطوط لوله پمپاژ شوند (به عنوان مثال نفت خام Boscan در ونزوئلا). نفت خام در سطح زمین گرانروی بالاتری نسبت به وقتی که در زیر زمین است، نشان میدهد.
بر خلاف گازها، گرانروی مایعات با افزایش حرارت، کاهش مییابد؛ به صورتی که مولکلولها بیشتر به صورت مجزا حرکت میکنند و اصطکاک درونیشان کاهش مییابد. همانند گازهای، گرانروی نفت با افزایش فشار تا رسیدن به نقطه جوش، افزایش مییابد. زیر نقطه جوش، هنگامی که گاز محلول آزاد شود، گرانروی نفت افزایش مییابد، چون گاز از نفت جدا میشود.
نقطه ریزش نفت خام
نقطه ریزش (pour point) یک راهنمای خوب برای تعیین گرانروی است. نقطه ریزش کمترین دمایی است که نفت میتواند تحت شرایط معیار جریان پیدا کند. نقطه ریزش برای نفت خام با محتویات واکسی پارافینیک بالا در حدود ۴۰ درجه سانتیگراد است. نقطه ریزش برای نفتهای سبک خاورمیانه و آفریقا به ۲۶- درجه سانتیگراد هم میرسد که پمپاژ آن را حتی در شرایط سرد قطبی نیز امکان پذیر میکند.
نفتهای خام با نقطه ریزش بالا به علت محتوای واکس زیاد ظاهری درخشنده دارند. این نوع نفتها ممکن است محتوای واکس خود را در طی مهاجرت رسوب دهند و به تدریج سبکتر شوند.
چگالی نفت خام
چگالی (density) نفت خام در سطح، به وسیلۀ قرار دادن نمونه در یک استوانه با استفاده از یک هیدرومتر اندازه گرفته میشود.
چگالی نفت معمولاً در واحد API که به وسیلۀ موسسه نفت آمریکا تعریف شده، بیان میگردد. API نمونه خام تحت تأثیر درجه حرارت است. چون انبساط حرارتی مایعات هیدروکربنی، بخصوص برای بیشتر نفتهای فرّار مهم میباشد، بنابراین ثبت درجه حرارت در نمونهای که اندازه گرفته میشود، مهم است.
قابل ذکر است که درجه API با چگالی نسبت معکوس دارد. نفتهای سبک درجه API بالا تا حدود ۴۰ دارند که معادل با وزن مخصوص ۰٫۸۳ است؛ در حالی که نفتهای سنگین دارای API پایین هستند. معمولاً نفتهای سنگین، دارای API کمتر از ۲۵ هستند که معادل با وزن مخصوص ۰٫۹ است.
وقتی که درجه API نفت به ۱۰ برسد، دارای وزن مخصوص یک است، که همان چگالی آب شیرین میباشد. بنابراین نفت سنگینتر از ۱۰ درجه API چگالتر از آب است؛ هرچند که اغلب نفتها از آب سبکترند.
به طور کلی، نفتهای با API بیشتر از ۳۰ درجه به عنوان نفت سبک، با API بین ۲۲ تا ۳۰ درجه به عنوان نفت متوسط و با API کمتر از ۲۲ درجه به عنوان نفت سنگین درنظر گرفته میشوند. بهترین نفتها دارای API در حدود ۳۷ درجه هستند که در خاورمیانه، آپالاچین، آلبرتا، لیبی و دریای شمال یافت میشوند. نفتها خام خیلی سبک در الجزایر، استرالیا و اندونزی وجود دارند. نفتهای خام سنگین در کالیفرنیا، مکزیک و ونزوئلا یافت میشوند.
برخی نفتهای خام نظیر نفت سنگین (heavy) و خیلی سنگین (ultra heavy) کوه موند ایران و میوسن کالیفرنیا دارای درجه API کمتر از ۸ درجه میباشند و بنابراین بایستی برای بهرهبرداری رقیق شوند.
نفت میعانی
نفت خام لزوماً فقط هیدروکربن مایعی که ممکن است از یک مخزن زیرزمینی تولید شود، نیست. غالباً همراه با تولید گاز طبیعی، یک هیدروکربن سبک و روشن با API بالا به دست میآید که نفت میعانی (condensate) نامیده میشود.
نفت میعانی، شامل گازهای هیدروکربنی سنگین است که در شرایط فشار و دمای مخزن به صورت فاز گازی وجود دارند. هنگامی که این گازها به سطح میرسند، میعان یافته و به شکل فاز مایع در میآیند. به همین دلیل آن را نفت میعانی مینامند. تولید از برخی مخازن گاز طبیعی میتواند قابل توجه باشد و حتی مقدار آن به چندصد بشکه در روز برسد.
قابلیت تراکم پذیری نفت خام
قابلیت تراکم پذیری نفت (compressibility) به مقدار گاز حل شده در آن بستگی دارد. تراکم پذیری نفت در حدود ۱۰×۱۰-۶ psi-1 میباشد و برای آب و گاز به ترتیب ۴×۱۰-۶ psi-1 و ۵۰۰×۱۰-۶ psi-1 است. نفتهای با قابلیت تراکم کم که مقدار گاز محلول کمی دارند، در هنگام تولید فشار آنها به سرعت پایین میآید. اگر انبساط نفت، تنها عامل رانش نفت از مخزن به چاه باشد، تولید در سطح احتمالاً به کمتر از ۵% نفت اولیه خواهد رسید.
