Petrol Jeolojisi (JFM- 435)
Petrolün Fiziksel ve Kimyasal
Özellikleri
Prof. Dr. Levent Gülen
[email protected]
Ofis: 1303
Tel: 0264 295-5711
Ders - 2
HİDROKARBONLAR
Petrol aramaları esas olarak petrol ve doğal gaz aramaya yönelik
olarak yapılır ve bu enerji kaynakları birlikte hidrokarbonlar
olarak tanımlanır. Çünkü Hidrojen ve Karbon ana kimyasal
içeriklerini oluşturur.
Fiziksel olarak hidrokarbonlar gaz, sıvı, plastik ve katı madde
özelliklerine sahip olabilirler. Örneğin hidrokarbon gazları
arasında kuru gaz (Metan gazı) ve yaş gazlar (etan, propan ve
bütan gazlarını) sayabiliriz. Yer altında gaz, ancak yeryüzüne
çıktıklarında sıvılaşan hidrokarbonlar ise kondanseler
(condensates) olarak adlandırılırlar. Sıvı hidrokarbonlar ise
petrol veya ham petrol olarak adlandırılırlar. Ham petrol
denmesinin nedeni rafine edilmiş, işlenmiş petrolden ayırt etmek
içindir. Plastik hidrokarbonlar asfalt ve benzeri maddeleri içerir.
Katı hidrokarbonlar arasında ise petrolü oluşturan ana madde
olan Kerojeni sayabiliriz
DOĞAL GAZ
Amerikan Petrol Enstitüsü (API), Amerikan Petrol Jeologları
Birliği (AAPG) ve Petrol Mühendisliği Birliği (SPE)’nin ortak
resmi tanımlamalarına göre doğal gaz: gaz fazı halinde veya
ham petrol içinde çözünmüş halde, doğal yeraltı
reservuarlarında bulunan hidrokarbon ve hidrokarbon olmayan
tüm gazların karışımına verilen isimdir.
Hidrokarbon olmayan gazlar arasında H, He, N, Ar, Rn, CO2
(Karbon Dioksit) ve H2S (Hidrojen Sülfit)’i sayabiliriz.
Doğal gazların ana bileşenleri Parafin serisi hidrokarbonlardır.
Metan en yaygın olarak bulunur. Metanın yanısıra etan, bütan
ve propan da yaygın olarak bulunan gaz türleridir. Parafin serisi
hidrokarbon gazlarının moleküler ağırlığı artıkça, doğal gaz
içindeki miktarları azalır.
Hidrokarbon Molekülleri
Parafin Serisinin Özellikleri
Doğal Gazların Moleküler Yapısı
METAN
Metan gazı (CH4) Parafin serisinin ilk üyesi olup, renksiz,
kolaylıkla alev alan, kimyasal olarak reaktif olmayan,
suda az çözünen ve özgül ağırlığı havadan daha az olan
bir hidrokarbon gazıdır.
Metan gazının doğada oluşumu üç ana yoldan gerçekleşebilir.
1- Mantodan itibaren oluşur.
2- Derinlere gömülen organik maddelerin termal olgunlaşması
sonucu oluşur.
3- Sığ derinliklerde organik maddelerin bakteriler tarafından
bozunması sonucu oluşur ki, buna “Bataklık Gazı” adı
da verilir. Bataklıkların yanısıra çöplüklerde,
kanalizasyonlarda ve hayvan gübresi depo alanlarında
bakteri faaliyetleri (biyojenik aktivite) sonucu metan
gazı oluşabilir.
Metan gazının aksine Parafin serisinin diğer üyeleri etan,
propan, bütan ve pentan biyojenik aktivite sonucu oluşamaz,
sadece organik maddelerin termal olgunlaşması sonucu
oluşurlar.
Bu nedenle sondaj sırasında bu gazların gaz detektörleri
tarafından saptanması petrol veya gaz rezervuarını veya petrol
kaynak kayasının varlığını gösterir.
Bu üç yolla oluşabilen Metan gazının orijini kimyasal analiz ve
Karbon izotopları analizleriyle saptanabilir.
Karbon İzotoplarının Kompozisyonu
14C
Yaş Tayini
Metanın doğal gaza mı, bataklık gazına mı ait olduğunu nasıl saptarsınız?
13C
Maddelerin δ13C İçerikleri
Manto ve biyojenik kökenli metan gazını nasıl ayırt edebilirsiniz?
HAM PETROL
Doğal yeraltı rezervuarlarında sıvı olarak bulunan ve yeryüzüne
çıkarıldığında ayrıştırma ünitelerinden geçtikten sonra, normal
atmosferik basınç altında da sıvı olarak kalan hidrokarbonlar
karışımı ham petrol olarak tanımlanır (API, AAPG ve SPE ortak
tanımlaması).
Ham petrolün rengi saman sarısı, yeşil, kahverengi, koyu
kahverengi ve hatta siyah bile olabilir.
Ham petrol yağlı bir özelliğe sahip olup, viskozitesi oldukça
değişken olabilir. Petrolün yeryüzündeki viskozitesi, yerin
derinliklerinde bulunan sıcak rezervuarlardaki viskozitesinden
daha fazladır. Yeryüzündeki viskozite değerleri 1.4 ile 19400
sentistokes arasında değişebilir.
Ham petrollerin çoğunluğunun özgül ağırlığı sudan daha azdır.
Ancak sudan daha yoğun ham petroller mevcut olup, bunlar ağır
petrol (heavy oil) olarak adlandırılırlar.
Petrolün yoğunluğu Amerikan Petrol Enstitüsü (API) tarafından
tanımlanmış olan API gravite derecesiyle ifade edilir ve aşağıda
verilen formülle hesaplanır.
Burada 60/60°F ham petrolün 60°F daki özgül ağırlığının, suyun
60°F daki özgül ağırlığına oranıdır.
API gravite dereceleri yoğunlukla ters orantılıdır. Bunun için hafif
petrollerin API gravite dereceleri 40 tan büyük (0.83 g/cm3 özgül
ağırlık), ağır petrollerin gravite dereceleri ise 10 dan küçüktür
(1.0 g/cm3 özgül ağırlık).
HAM PETROLÜN KİMYASI
Petrolün kimyasal kompozisyonu esas olarak Karbon ve
Hidrojendir. Bu iki elementin yanısıra eser miktarlarda
Vanadyum, Nikel ve bunun gibi ağır metaller de içerebilir.
Bu kadar basit bir kimyasal kompozisyona karşılık Petrolün
moleküler kompozisyonu oldukça karmaşıktır. Hatta
diyebiliz ki, moleküler kompozisyon açısından her petrol
farklıdır ve birbirine benzeyen iki petrol yoktur.
Örneğin Amerika’nın Oklahoma Eyaletinde bulunan ve
Conoco tarafından üretilen Ponca City ham petrolünde en
az 234 çeşit molekül tipi bulunmuştur.
Ham Petrolün Kimyasal Kompozisyonu
Kabaca petrolde bulunan moleküller iki ana guruba
ayrılabilirler. Bunlar:
1- Hidrokarbonlar
2- Hetero-bileşikler.
Petrolü oluşturan hidrokarbonlar da üç ana gurup altında
toplanırlar. Bunlar:
1- Parafinler,
2- Naftenler,
3- Aromatikler.
Hidrokarbon Molekülleri
PARAFİNLER
Parafinler doygun hidrokarbonlar olup, bunlara alkenler ismi de
verilir. Genel kimyasal formülleri CnH2n+2 dir.
n<5 için parafinler normal oda sıcaklık ve basıncında gaz
halindedirler. Bu gazlar (metan, etan, propan ve bütan) daha
önce bahsettiğimiz üzere doğal gazlardır.
n = 5-15 arasında (pentan’dan pentadekan’a kadar) parafinler sıvı
özelliğine sahiptirler.
n>15 için vizkoz sıvılardan, katı mumlara geçiş gösterirler.
Aynı kimyasal formüle sahip iki parafin farklı iki moleküler yapı
gösterebilir ki, bunlara izomerler ismi verilir. Örneğin bir parafin
düzgün zincir moleküllerden ibaret iken, aynı kimyasal formüle
sahip bir diğeri dallanmış zincir yapısı gösterebilir.Petrolde
düzgün zincir yapısı gösteren parafinler daha çok bulunur ve
bunların kaynama noktaları izomerlerine oranla daha yüksektir.
Bu güne kadar saptanan en büyük parafinin kimyasal formülü
C78H158 dir.
Parafin Serisinin Özellikleri
Doğal Gazların Moleküler Yapısı
NAFTENLER
Petrolde bulunan ikinci major gurup hidrokarbonlar Naftenler
veya Sikloalkenler olarak bilinirler.
Genel kimyasal formülleri CnH2n dir.
Bunlarda parafinler gibi homolog seriler oluşturup, beş veya
altı üyeli karbon halkalarından oluşanlara sırasıyla
Siklopentan veya Sikloheksan ismi verilir.
Tüm naftenler oda sıcaklığı ve basıncı altında sıvı haldedir.
Hidrokarbon Molekülleri
AROMATİKLER
Petrolde bulunan üçüncü major gurup hidrokarbonlar
aromatiklerdir. Bunların genel formülleri CnHn dir. Moleküler
yapıları esas olarak altı karbondan oluşan bir halkaya
dayanır. En basit aromatik hidrokarbon benzen (C6H6) dir.
Etil benzen, toluen, naftalin, antrasen ve asfalt aromatikler
serisine ait hidrokarbonlardır.
Asfaltlar da iki guruba ayrılırlar. Rezinler n-pentanda
çözünebilen, asfaltenler ise çözünemeyen asfaltlardır.
Aromatik hidrokarbonlar oda sıcaklığında sıvı halde
bulunurlar. Benzenin kaynama noktası 80.5°C dir.
Aromatikler hafif petrolde az miktarda ( 10%) bulunurlar,
fakat petrol ağırlaştıkça petrolün 30% sini oluşturabilirler.
Toluen (C6H5CH3) ham petrolde en yaygın olarak bulunan
aromatiktir ve bunu zaylin (C6H4(CH3)2) ve benzen izler.
Hidrokarbon Molekülleri
Ham Petrolde Bulunan
Aromatik Hidrokarbonların Moleküler Yapısı
HETERO-BİLEŞİKLER
Ham petrol hidrokarbonların dışında diğer elementleri de
içeren birçok hetero-bileşikleri de içerir. Bunların başlıcaları
Oksijen,Nitrojen, Sülfür, Nikel ve Vanadyumdur.
Oksijenli bileşikler ağırlık yüzdesi olarak ham petrolde %
0.06-0.4 oranında bulunurlar. Bu bileşikler asit, ester, keton,
fenol, ve alkolleri içerebilir.
Nitrojen bileşikleri ağırlık yüzdesi olarak %0.01-0.9 arasında
değişir. Bunlar amid, piridin, indol ve pirolleri ıçerirler.
Sülfür bileşikleri ise ham petrolde ağırlık yüzdesi olarak % 0.17.0 arasında bulunabilir.Alkan thioller, thio alkanlar, thiosikloalkanlar, dithio alkanlar ve siklik sülfidler bunlar arasında
sayılabilir.
Nikel ve Vanadyum organometalik bileşikler ve özellikle de
porfirin molekülu yapısı içinde yer alıp, ham petrolde yaygın
olarak bulunurlar.Ham petrolün ortalama Vanadyum ve Nikel
içeriği sırasıyla 63 ve 18 ppm dir.
Ham Petrolün Sınıflaması
Ham Petrolün Üçgen Diyagram Sınıflaması
Download

Stratigrafi-Ders-1