هیدروکربن ها

خلاصه ای از مقاله:

How Oil Refining Works,
by Craig Freudenrich, Ph.D.

http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/oil-refining.htm/printable

ترجمه: اصغر ناصری

نفت خام (crude oil) واژه ای است که برای توصیف نفت فرآوری نشده بکار می رود، یعنی ماده ای که از دل زمین بیرون می زند. معادل دیگر آن پترولیوم (petroleum) است. نفت خام یک سوخت فسیلی است که بطور طبیعی از تلاشی گیاهان و حیوااتی که میلیونها سال پیش در دریاهای ماقبل تاریخ می زیسته اند، بدست آمده است. بیشتر مکانهایی که نفت خام در آنجا یافت می شود در گذشته بستر دریا بوده اند. نفت خام که از مکانهای مختلف بدست می آید دارای رنگهای متنوعی از شفاف تا به سیاهی قیر و گرانروی (ویسکوزیته) متفاوت از روانی آب تا سختی سنگ است.

نفت خام ماده اولیه بسیاری از هیدروکربن هاست. هیدروکربن ها مولکولهایی هستند که از دوعنصر اصلی هیدروژن و کربن در آرایش هایی از زنجیره‌های مستقیم تا زنجیرهای شاخه دار و انواع حلقوی تشکیل شده اند.

دو خاصیت اصلی هیدروکربن ها باعث شده است کاربردهای زیادی در زندگی روزمره انسان پیدا کنند:

• هیدروکربنها محتوی مقدار زیادی انرژی هستند. بیشتر مواد استخراج شده از نفت مانند بنزین، سوخت دیزل، موم پارافین و غیره از این انرژی سود می برند.
• هیدروکربنها می توانند اشکال بسیار متنوعی به خود بگیرند. کوچکترین هیدروکربن متان (CH₄) است که گازی سبکتر از هواست. زنجیرهای طولانی تر با بیشتر از 5 اتم کربن حالت مایع دارند. زنجیرهای بسیار طولانی جامداتی مانند موم یا قیر هستند. با ایجاد پیوندهای عرضی بین زنجیره ها به روش شیمیایی می توان هرچیز از لاستیک گرفته تا نایلون را ساخت. زنجیرهای هیدروکربن بسیار انعطاف پذیرند.

رده‌های اصلی هیدروکربنهای نفت خام عبارتند از:

• پارافین ها: با فرمول عمومی C_nH_2n+2 که در آن n یک عدد طبیعی بین 1 تا 20 است. این مولکولها دارای زنجیرهای مستقیم یا شاخه دار بوده و در دمای اتاق بسته به وزن مولکولی خود حالت گاز یا مایع دارند. مانند متان، اتان، پروپان، بوتان، ایزوبوتان، پنتان، هگزان.

• آروماتیک ها با فرمول عمومی C₆H₅-Y  : که Y یک مولکول طولانی تر و مستقیم است که به حلقه های بنزن (benzene) وصل می شود. ساختارهایی حلقوی با یک یا چند حلقه هستند. هر حلقه شامل شش اتم کربن با پیوندهای متناوب یک گانه و دوگانه بین کربن هاست. مثال: بنزن و نفتالین.

• ناپتن ها یا سیکلوآلکان ها با فرمول عمومی C_nH_2n: n در این جا عددی طبیعی بین 1 تا 20 است. ساختارهای حلقوی با یک یا چند حلقه. بین اتمهای کربن حلقه ها تنها پیوندهای یک گانه وجود دارد. در دمای اتاق معمولا به صورت مایع هستند. مثال: سیکلوهگزان، متیل سیکلوپنتان.

• آلکان ها با فرمول عمومی C_nH_2n: n در این جا عددی طبیعی بین 1 تا 20 است. مولکولهای خطی یا شاخه دار شامل یک پیوند دوگانه کربن – کربن که می تواند در دمای اتاق مایع یا گاز باشد. مانند اتیلن، بوتن، ایزوبوتن
• آلکین ها با فرمول عمومی C_nH_2n-2 که در آن n یک عدد طبیعی بین 1 تا 20 است. مولکولهای زنجیره ای خطی یا شاخه دار که حاوی دو پیوند دوگانه کربن-کربن است و در دمای اتاق می توانند گاز یا مایع باشند. مثال استیلن و بوتادی ین.

آویز لوله مغزی یا Tubing Hanger

تالیف: اصغر ناصری


یک آویز لوله مغزی یا Tubing Hanger، قطعه‌ای است که در عملیات تکمیلی چاه‌های تولید نفت و گاز بکار می‌رود. این قطعه به بالاترین اتصال لوله‌ای در سرچاه نصب می‌شود تا رشته لوله هایی که به درون چاه میرود را نگهداری کند. آویز لوله مغزی نوعا در سر یک رشته لوله قرار داده می‌شود و هر دو قطعه یعنی آویز و لوله‌ای که به آن متصل شده است، یک سیستم آب بندی را تشکیل می‌دهند که عایق‌بندی هیدرولیکی مجرای لوله‌ها و حلقه‌های سرچاهی را تضمین می‌نماید.

آویز لوله مغزی معمولا در چهار پیکربندی مختلف ساخته می‌شود:

1. Wrap-around که متداول‌ترین نوع ممکن است و در شکل بالا نمونه‌ای از کاربرد آن دیده می‌شود. این نوع آویز لوله مغزی داریا خاصیت خود-آب‌بندی است. این نوع آب بند می‌تواند به عنوان یک پیشگیری کننده از انفجار (BOP) نیز بکار می رود.

2. Polished-joint hangers که در بالای رشته لوله نصب شده و دارای یک آب بند داخلی قابل تنظیم است.

3. Boll-Weevil Hangers که نوعی آویز مندرل مانند است که به بالای لوله مغزی وصل شده و در قسمت سر لوله نگه داشته می‌شود. برای آب بندی از او-رینگ یا آب بند هیدرولیکی بین سر لوله مغزی و آویز استفاده می‌شود.

4. Stripper Rubber که یک آب بند عمل کننده بوسیله فشار اعمالی است که برای کنترل فشار حلقه چاه در هنگاو ورود لوله مغزی به داخل یک چاه کم فشار استفاده می‌شود.

استاندارد مرجع آویز لوله مغزی در صنایع نفت و گاز، API 6A است که دربردارنده الزامات عملکردی، شرایط لازم برای قابلیت تعویض‌پذیری از نظر ابعادی و کارکردی، طراحی، مواد، آزمون، بازرسی، جوشکاری، علامت گذاری، حمل و نقل، ذخیره، خرید، تعمیر و ساخت و تولید تجهیزات سرچاهی و درخت کریسمس مورد استفاده در صنایع نفت و گاز می‌باشد. این استاندارد معادل ISO 10423 است.

آویز لوله مغزی در شرایط محیطی بسیار بحرانی مانند دما و فشار بالا و نیز تماس مداوم با موارد خورنده عمل می‌کند. بدین لحاظ در ساخت آن از آلیاژهای خاصی با قابلیت‌های زیر استفاده می‌شود:

·         مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی

·         استحکام تنشی بالا

·         مقاومت بالا در برابر خمانش و خزش

·         مقاومت بالا در برابر خستگی حرارتی

بدین منظور از موادی تحت عنوان سوپر آلیاژ یا آلیاژهای با عملکرد بالا استفاده می‌شود که می‌توانند حتی در دماهای بالا خواص مکانیکی عالی خود را حفظ کنند. این ابرآلیاژها معمولا دارای ساختار بلوری ماتریسی آستنیتی از نوع FCC بوده و عناصر افزودنی آنها عبارتند از نیکل و کبالت. برخی از مواد بکار رفته در تولید آویزه لوله مغزی عبارتند از:

·         فولاد SAE 4130

·         Inconel 625 روکش دار

·         Inconel 716 صلب

در این میان آلیاژ اینکونل به علت خواص مکانیکی عالی بیشترین کاربرد را در صنعت نفت یافته است. لیکن این مزایای عالی، مشکلات فراوانی را در ساخت و تولید قطعات با استفاده از این آلیاژها فراهم می‌سازد که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

·         نیاز به ابزار ویژه با سختی بالا برای ماشینکاری اینکونل

·         نیاز به ابزارگیرهای صلب و مستحکم

·         ارتعاش زیاد تولید شده در هنگام ماشینکاری

·         کاهش عمر تیغچه برش

حفاری به روش لوله مارپیچ

گردآوری و تالیف: اصغر ناصری

حفاری به روش لوله مارپیچ (Coiled Tubing) یا CT روش نوآورانه‌ای در حفاری چاه نفت است که از یک رشته لوله پیوسته انعطاف پذیر که از دور یک قرقره باز می‌شود به عنوان میله حفاری استفاده می‌کند. لوله قبل از ورود به چاه به شکل مستقیم درآمده و پس از خروج از چاه و برگشتن به سرجای اصلی خود مجددا به دور قرقره تابیده می‌شود. قطر لوله بطور اسمی از 0.75 in تا 4 in تغییر می‌کند و طول رشته لوله نیز ممکن است تا 30000 فوت برسد. فولاد بکار رفته در ساخت لوله ها استحکامی از 55000 psi تا 120000 psi دارد.

اجزای اصلی یک واحد حفاری لوله مارپیچ

یک واحد استاندارد حفاری لوله مارپیچ از چهار جزء اصلی تشکیل شده است:

• قرقره (Reel) – برای نگهداری و حمل و نقل CT
• اینجکتور هد (Injector Head) – برای تامین نیروی محرک سطحی جهت راندن لوله به درون چاه و بیرون کشیدن آن
• اتاقک کنترل (Control Cabin) – که اپراتور تجهیزات از درون آن بر عملیات CT نظارت و کنترل دارد.
• منبع تغذیه (Power Pack) – که توان هیدرولیکی و پنوماتیکی لازم برای بره انداختن واحد CT را تامین می‌کند.

 

فناوری CT در عملیاتی که به اصطلاح عملیات مداخله‌ای حفاری (Well Intervention) نامیده می شود نقشی اصلی دارد. عملیات مداخله‌ای به هرگونه عملیاتی گفته می‌شود که در انتها یا در طی عمر مفید یک چاه نفت یا گاز انجام شده و وضعیت یا شکل هندسی آنرا تغییر می‌دهد با این هدف که بر بهره‌وری چاه افزوده شود.

شیوه کار CT بسیار ساده است: موتورهای هیدرولیکی موجود در اینجکتور هد دو حلقه زنجیر را که در جهت مخالف حرکت می کنند بطور پیوسته به حرکت در می‌آورند. به هر لینک زنجیر سیستمی بنام گیرنده (گریپر) نصب شده که لوله را از دو طرف گرفته و با اعمال نیروی گیرشی آنرا به درون یا بیرون چاه می‌کشد.  

فناوری CT کاربردهای متعددی در تعمیر و نگهداری چاه های نفت پیدا کرده است. از آنجا که به انتهای لوله تزریق شده به درون چاه ابزارهای متعددی می توان بست، عملیات متنوعی از تمیزکاری چاه تا عملیات حفاری تکمیلی را می توان توسط این فناوری به انجام رساند.

منبع اصلی:

An Introduction to Coiled Tubing, History, Applications, and Benefits, International Coiled Tubing Association, www.icota.com

فناوری حفاری چاه‌ نفت

نویسندگان: دکتر کریگ فردریش و جوناتان استریک لند

ترجمه: اصغر ناصری [e-mail] 

منبع: 

http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/oil-drilling.htm/printable 

اسفندماه 1390 

نفت چگونه شکل می‌گیرد؟

 نفت از بقایای گیاهان و حیوانات بسیار ریزی به نام پلانکتون بدست می آید که در دریاهای کهن بین 10 تا 600 میلیون سال قبل می زیستند. پس از مردن این موجودات، بدن آنها به داخل شن و ماسه ته دریا می‌افتد.

در طول سالیان دراز، ارگانیسم‌های موجود در لایه‌های رسوبی می‌پوسند و تجزیه می‌شوند. در این لایه‌ها مقدار اکسیژن بسیار ناچیز است. در نتیجه میکروارگانیسم‌ها بقایای پلانکتون‌ها را به ترکیبات غنی از کربنی تبدیل می‌کنند که لایه‌های آلی می‌سازند. ماده آلی با رسوبات به هم آمیخته و سنگ رستی (شیل) ریزدانه یا سنگ منشا (source rock) می‌سازند. با ته نشین شدن لایه‌های رسوبی بیشتر فشار بر لایه های پایینی به مقادیر عظیمی بالغ شده و دمای سنگ های رستی بالا می‌‌شود. گرما و فشار ماده آلی را به نفت خام و گاز طبیعی تبدیل می‌کند. نفت از سنگ های رستی جریان یافته و در سنگ‌های آهکی یا ماسه سنگ ضخیم‌تر که سنگ مخزن (reservoir rock) خوانده می‌شوند جمع می شود. جابجایی های رخ داده در پوسته زمین نفت و گاز موجود در سنگ مخزن را بین لایه‌های سنگی مانند گرانیت یا سنگ مرمر غیرقابل نفوذ (که پوش سنگ cap rock خوانده می‌شود) بدام می‌اندازد. ..

متن کامل مقاله با فرمت PDF 

تفاوت بین بنزین، کروزین، گازوئیل و سایر مشتقات نفتی چیست؟

ترجمه: اصغر ناصری ([e-mail]) 

نفت خامی که از زمین استخراج می شود، مایع سیاه رنگی است که پترولیوم (petroleum) خوانده می‌شود. این مایع شامل هیدروکربن‌های آلیفاتیک یا به عبارتی هیدروکربن‌هایی است که فقط شامل هیدروژن و کربن هستند. اتم‌های کربن در زنجیره‌هایی با طول‌های مختلف به یکدیگر پیوند خورده‌اند. 

امروزه می‌دانیم که مولکولهای هیدروکربن با طولهای مختلف دارای خواص و رفتار متفاوت هستند. برای مثال زنجیره ای با فقط یک اتم کربن (CH₄) سبکترین زنجیره هیدروکربنی به نام متان را می سازد. متان گازی چنان سبک است که مانند هیدروژن شناور می شود. با طویلتر شدن زنجیره، مولکول نیز سنگین تر می شود. 

چهار زنجیره نخست - ‍‍CH₄ (متان)، C₂H₆ (اتان)، C₃H₈ (پروپان) و C₄H₁₀ (بوتان) - حالت گازی دارند و نقطه جوش آنها به ترتیب -107، -67، -43 و -18 درجه سانتی گراد است. زنجیره ای بالاتر از C₁₈H₃₂ تماما در دمای اتاق مایع هستند و زنجیره های بالاتر از C₁₉ در دمای اتاق جامدند. 

تمام تفاوت میان سوخت‌ها و روغن های هیدروکربنی مختلف از درجه جوش آنها ناشی می‌شود. 

زنجیره های موجود در C₅، C₆ و ‍C₇ بسیار سبک بوده و براحتی تبخیر می شوند. به این هیدروکربنهای مایع  نفتاس گفته می شود. این مایعات به عنوان حلال استفاده می‌شوند. از آنها برای ساختن حلال رنگ و سایر محصولات سریع خشک شونده نیز استفاده می‌شود. 

زنجیرهای هیدروکربنی از C₇H₁₆ تا C₁₁H₂₄ با یکدیگر آمیخته می‌شوند و برای تولید بنزین بکار می‌روند. تمام آنها در دمایی پایین تر از نقطه جوش آب بخار می شوند. به همین دلیل است که اگر بنزین را روی زمین بریزید بسرعت تبخیر می شود. 

در ردیف بعدی کروزین یا نفت چراغ قرار می گیرد که گستره  C₁₂ تا C₁₅ را پوشش می دهد. بدنبال اینها سوخت دیزل و روغنهای سوختی سنگین تر قرار می‌گیرند. 

سپس نوبت به روغن های روانکاری می رسد که در دمای عادی بهیچ وجه تبخیر نمی شوند. برای مثال روغن موتور می تواند تا 250 درجه گرم شود بدون اینکه ذره ای از آن تبخیر شود. 

زنجیره های سنگین تر از C₂₀ به شکل جامد هستند، از موم پارافین گرفته تا قیر معدنی که برای ساختن آسفالت جاده ها بکار می رود

منبع: 

http://auto.howstuffworks.com/fuel-efficiency/alternative-fuels/question105.htm/printable