المقدمة
لقد تغيرت نمط الحياةعلى الارض واصبحت البشرية تعتمد على البترول ومشتقاته في سبيل الحياة حتى في توفير الغذاء مما جلب مع هذا التغير مخاطر كثيرة تهدد صحة الانسان والبيئة ومصادر الحياه( الماء، الهوا والتربة) بفعل تعمق مخاطر تلوث البيثة نتيجة الاستخدام المفرط لمصادر الطاقة ومنها البترول ، وفي نفس الوقت يتواجد تحديات خطير قد تؤدي ذلك الى تراجع الاقتصاد العالمي وبالتالي تراجع مسيرة تطور الحياة البشرية ، وهذا ما يدعونا جميعا وخاصة المهتمين بأهمية ومخاطر وتحديات البترول في الوقوف عليه بجدية من أجل استغلال البترول بشكل يؤمن ضمان تطور التنمية المستدامة وهذا هو فحوى الدافع الذي دفعني في أعداد هذا الكتاب ليستلح شعبنا بهذا العلم والذي بواسطته يمكن إتخاذ الاجراءات الفعالة في تسخير البترول لخدمة الانسان ولتلافي مخاطر وتحديات البترول .
الــتعريـــــف::
النفط أو البترول (كلمة مشتقة من الأصل اللاتيني بيترا والذي يعني صخر، "أوليوم" والتي تعني زيت)، ويطلق عليه أيضا الزيت الخام، كما أن له اسم دارج "الذهب الأسود"، وهو عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليا من القشرةالأرضية. وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة الألكانات، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية (إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيماوية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات، اللدائن.
::منشأ البترول::
المنشأ الحيوي
ينظر معظم الجيولوجيين إلى الزيت الخام، مثل الفحم والغاز الطبيعي، أنه ناتج من تأثير الضغط والحرارة على النباتات القديمة على مر العصور الجيولوجية. وطبقا لهذه النظرية، فقد تكون البترول من تحلل بقايا الحيوانات البحرية ونباتات ما قبل التاريخ. وبمرور قرون عديدة فإن هذه المادة العضوية، إختلطت بالطين، ودفنت تحت طبقات رسوبية من المواد. وأدت الحرارة والضغط الشديدين ألى تحول هذه الحيوانات والنباتات إلى مادة شمعية تسمى كيروجين، وإلى هيدروكربونات سائلة وغازية في عملية تعرف بالتطور التدهوري. وانتقلت هذه المادة خلال طبقات الصخور المجاورة حتى تم إحتجازها تحت الأرض في صخور مسامية تسمي المستودعات، مكونة حقل زيت، والتي يمكن استخلاص السائل منها بالحفر ثم الضخ.
المنشأ غير الحيوي
توماس جولد كان أكثر العلماء الغربيين تأييدا للنظرية الروسية-الأوكرانية المنشأ الغير حيوي للبترول. وهذه النظرية تفترض ان كميات ضخمة من الكربون الموجود طبيعيا على الأرض، بعضه في شكل هيدروكربونات. ونظرا لأن الهيدروكربونات أقل كثافة من الموائع المسامية، فإنه يتجه للأعلى. وتحوله أشكال الكائنات الدقيقة إلى ترسبات هيدروكربونية عديدة. وأثبتت حسابات الديناميكا الحرارية والدراسات العملية أن "إن-ألكانات" (المكون الرئيسي للبترول) لا تنتج تلقائيا من الميثان في الضغوط الموجودة في الأحواض الرسوبية، وعلى هذا فإن نظرية المنشأ الغيرحيوي للهيدروكربونات تفترض التكون العميق.
::تركيب البترول::
أثناء عمليات التصفية، يتم فصل الكيماويات المكونة للبترول عن طريق التقطير التجزيئي، وهو عملية فصل تعتمد على نقط الغليان النسبية (أو قابلية التطاير النسبية). المنتجات المختلفة (بالترتيب طبقا لنقطة غليانها) بما فيها الغازت الخفيفة (مثل: الميثان، الإيثان، البروبان) كالتالي: البنزين، وقود المحركات النفاثة، الكيروسين، الديزل، الجازولين، شموع البرافين، الأسفلت، وهكذا. والتقنيات الحديثة مثل فصل الألوان الغازي، Hplc، فصل ألوان غازي-مطياف كتلة، يمكن أن تفصل بعض الأجزاء من البترول إلى مركبات فردية، وهذه طريقة من طرقالكيمياء التحليلية، تستخدم غالبا في أقسام التحكم في الجودة في مصافي البترول.
ولمزيد من الدقة، فإن البترول يتكون منالهيدروكربونات، وهذه بدورها تتكون منالهيدروجين، والكربون، وبعض الأجزاء غير الكربونية والتي يمكن أن تحتوي على النيتروجين، الكبريت، الأكلاجين، وبعض الكميات الضئيلة من الفلزات مثل الفاناديوم أو الجميلل، ومثل هذه العناصر لا تتعدى 1% من تركيب البترول.
وأخف أربعة ألكانات هم: ميثان Ch4، إيثان C2h6، بروبان C3h8، بيوتان C4h10. وهم جميعا غازات. ونقطة غليانهم -161.6 C° و -88 C° و -42 C° و -0.5 C°، بالترتيب (-258.9، -127.5، -43.6، -31.1 F°)
مدى السلاسل C5-7 كلها خفيفة، وتتطاير بسهولة، نافثا نقية. ويتم استخدامهم كمذيبات، سوائل التنظيف الجاف، ومنتجات التجفيف السريع الأخرى. أما السلاسل من C6h14 إلى C12h26 تكون مختلطة ببعض وتستخدم في الجازولين. ويتم صنع الكيروسين من السلاسل C10 إلى C15، ثم وقود الديزل/زيت التسخين في المدى من C10 إلى C20، و يتم استخدم زيوت الوقود الأثقل من ذلك في محركات السفن. وجميع هذه المركبات البترولية سائلة في درجة حرارة الغرفة.
زيوت التشحيم والشحم شبه الصلب (بما فيه الفزلين) تتراوح من C16 إلى C20.
السلاسل الأعلى من C20 تكون صلبة، بداية من شمع البرافين، ثم بعد ذلك القطران، القار، الأسفلت.
مدى درجات الغليان لمكونات البترول تحت تأثير الضغط الجوي في التقطير التجزيئي بالدرجة المئوية:
إثير بترول: 40 – 70 C° يستخدم كمذيب
بنزين خفيف: 60 – 100 C° يستخدم كوقود للسيارات
بنزين ثقيل: 100- 150 C° يستخدم كوقود للسيارات
كيروسين خفيف: 120 – 150 C° يستخدم كمذيب ووقود للمنازل
كيروسين: 150 – 300 C° يستخدم كوقود للمحركات النفاثة
زيت الغاز: 250 – 350 C° يستخدم كوقود للديزل / للتسخين
زيت تشحيم: > 300 C° يستخدم زيت محركات
الأجزاء التبقية: قار، أسفلت، وقود متبقي.
::استخلاص البترول::
بصفة عامة فإن المرحلة الأولى في استخلاص الزيت الخام هي حفر بئر ليصل لمستودعات البترول تحت الأرض. وغالبا ما يتم حفر عديد من الآبار لنفس المستودع، للحصول على معدل استخراج اقتصادي. وفي بعض الآبار يتم ضخ الماء، البخار، مخلوط الغازات المختلفة للمستودع لإبقاء معدلات الاستخراج الاقتصادية مستمرة.
وفي حالة أن الضغط تحت الأرض في مستودع الغاز كافي، عندها سيجبر الزيت على الخروج للسطح تحت تأثير هذا الضغط. الوقود الغازي أو الغاز الطبيعي غالبا ما يكون متواجد، مما يزيد من الضغط الموجود تحت الأرض. وفي هذه الحالة فإن الضغط يكون كافي لوضع كمية كافة من الصمامات على رأس البئر لتوصيل البئر بشبكة الأنابيب للتخزين، وعمليات التشغيل. ويسمى هذا استخلاص الزيت المبدئى. وتقريبا 20% فقط من الزيت في المستودع يمكن استخراجه بهذه الطريقة.
وخلال فترة حياة البئر يقل الضغط، وعند حدود معينة لا يكون كافيا لدفع الزيت للسطح. وعندها، لو أن المتبقى قى البئر كافي اقتصاديا، وغالبا ما يكون كذلك، يتم استخراج الزيت المتبقي في البئر بطريقة استخراج الزيت الإضافية. شاهد إتزان الطاقة، وصافي الطاقة. ويتم استخدام تقنيات مختلفة في طريقة استخراج الزيت الإضافية، لاستخراج الزيت من المستودعات التي نفذ ضغطها أو قل. يستخدم أحيانا الضخ بالطلمبات مثل الطلمبات المستمرة، وطلمبة الأعماق الكهربية (electrical submersible pumps ESPs) لرفع الزيت إلى السطح. وتستخدم تقنية مساعدة لزيادة ضغط المستودع عن طريق حقن الماء، إعادة حقن الغاز الطبيعي، رفع الغاز وهذا يقوم بحقن الهواء، ثاني أكلايد الكربون أو غازات أخرى للمستودع. وتعمل الطريقتان معا المبدئية والإضافية على استخراج ما يقرب من 25 إلى 35% من المستودع
.
المرحلة الثالثة في استخراج الزيت تعتمد على تقليل كثافة الزيت لتعمل على زيادة الإنتاج. وتبدأ هذه المرحلة عندما لا تستطيع كل من الطريقة المبدئة، والطريقة الإضافية على استخراج الزيت، ولكن بعد التأكد من جدوى استخدام هذه الطريقة اقتصاديا، وما إذا كان الزيت الناتج سيغطي تكاليف الإنتاج والأرباح المتوقعة من البئر. كما يعتمد أيضا على أسعار البترول وقتها، حيث يتم إعادة تشغيل الآبار التي قد تكون توقفت عن العمل في حالة ارتفاع أسعار الزيت. طرق استخراج الزيت المحسن حراريا (Thermally-enhanced oil recovery methods TEOR) هي الطريقة الثالثة في ترتيب استخراج الزيت، والتي تعتمد على تسخين الزيت وجعله أسهل للاستخراج. حقن البخار هي أكثر التقنيات استخداما في هذه الطريقة، وغالبا مع تتم (TEOR) عن طريق التوليد المزدوج. وفكرة عمل التوليد المزدوج هي استخدم تربينة (توربينة) غاز لإنتاج الكهرباء واستخدام الحرارة المفقودة الناتجة عنها لإنتاج البخار، الذي يتم حقنه للمستودع. وهناك تقنية أخرى تستخدم في طريقة (TEOR)، وهي الحرق في-الموضع، وفيها يتم إحراق الزيت لتسخين الزيت المحيط به. وأحيانا يتم استخدام المنظفات لتقليل كثافة الزيت. ويتم استخراج ما يقرب من 5 إلى 15% من الزيت في هذه المرحلة
,,؛؛طرق أخرى لإنتاج الزيت؛؛,,
نظرا للزيادة المستمرة في أسعار البترول، أصبحت الطرق الأخرى لإنتاج الزيت محل إهتمام. وأصلح هذه الأفكار هو تحويل الفحم إلى زيت والتي تهدف إلى تحويل الفحم إلى زيت خام.وكانت تعرف "إيرساتز" ("الاستبدال" ). وقد تم توقف هذه الطريقة بعد ذلك نظرا لأن تكاليف إنتاج البترول الطبيعي أقل منها. ولكن بالنظر إلى ارتفاع أسعار البترول المستمر، فإن تحويل الفحم إلى بترول قد يكون محل تفكير.
وتتضمن الطريقة تحويل رماد الفحم إلى زيت في عملية متعددة المراحل. ونظريا فإن طن من الفحم ينتج نقريبا 200 لتر من الخام، بمنتجات تتراوح من القار إلى الكيماويات النادرة.
::تاريخ البترول::
تم حفر أول بئر للبترول في الصين في القرن الرابع الميلادي أوقبل ذلك. وكان يتم إحراق الزيت لتبخير الماء المالح لإنتاج الملح. وبحلول القرن العاشر، تم استخدام أنابيبالخيرزان لتوصيل الأنابيب لمنابع المياه المالحة.
في القرن الثامن الميلادي، كان يتم رصف الطرق الجديدة فيبغداد باستخدامالقار، الذي كان يتم إحضاره من من ترشحات البترول في هذه المنطقة. في القرن التاسع الميلادي، بدأت حقول البترول في باكو، أذربيجان بإنتاج البترول بطريقة اقتصادية لأول مرة. وكان يتم حفر هذه الحقول للحصول على النفط، وتم وصف ذلك بمعرفة الجغرافي ماسودي في القرن العاشر الميلادي، وأيضا ماركو بولو في القرن الثالث عشر الميلادي، الذي وصف البترول الخارج من هذه الآبار بقوله أنها مثل حمولة مئات السفن. شاهد أيضا الحضارة الإسلامية.
ويبدأ التاريخ الحديث للبترول في عام 1853، باكتشاف عملية تقطير البترول. فقد تم تقطير البترول والحصول منه على الكيروسين بمعرفة إجناسى لوكاسفيز، وهو عالم بولندي. وكان أول منجم زيت صخري يتم إنشائه في بوربكا، بالقرب منكروسنو في جنوب بولندا، وفي العام التالي لذلك تم بناء أول معمل تكرير (في الحقيقة تقطير) في يولازوفايز، وكان أيضا عن طريق لوكاسفيز. وإنتشرت هذه الاكتشافات سريعا في العالم، وقام ميرزوف ببناء أول معمل تقطير في روسيا في حقل الزيت الطبيعي في باكو في عام 1861
بئر بترول في كاليفرونيا، 1938
وبدأت صناعة البترول الأمريكية باكتشافإيدوين راك للزيت في عام 1859، بالقرب م تيتوسفيل - بنسلفانيا. وكان نمو هذه الصناعة بطيء نوعا ما في القرن الثامن عشر الميلادي، وكانت محكومة بالمتطلبات المحدودةللكيروسين ومصابيح الزيت. وأصبحت مسألة إهتمام قومية في بدايات القرن العشرين، عند بداية استخدام محركات الإحتراق الداخلية مما أدى لزيادة طلب الصناعة بصفة عامة على البترول. وقد أستنفذت الاكتشافات الأولى في أمريكا في بنسفانياوأونتاريو، مما أدى إلى "أزمة زيت" فيتكلااسا، أوكلاهوما، كاليفورنيا.
وحاليا فإنه تقريبا 90% من إحتياجات السيارات للوقود يتم الوفاء بها عن طريق البترول. ويشكل البترول تقريبا 40% من الاستهلاك الكلي للطاقة في الولايات المتحدة، ولكنه يشكل تقريبا 2% فقط في توليد الكهرباء. وقيمة البترول تكمن في إمكانية نقله، كمية الطاقة الكبيرة الموجودة فيه، والتي تكون مصدر لمعظم المركبات، وكمادة أساسية في لعديد من الصناعات الكيمياوية، مما يجعله من أهم البضائع في العالم. وكان الوصول للبترول سببا في كثير من التشابكات العسكرية، بما فيها الحرب العالمية الثانيةحرب العراق وإيران. وتقريبا 80% من مخزون العالم للبترول يتواجد</nowiki> == في الشرق الأوسط، وتقريبا 62.5 % منه في الخمس دول: المملكة العربية السعودية، الإمارات العربية المتحدة، العراق، الكويت،إيران. بينما تمتلك أمريكا تقريبا 3%.
::التأثيرات البيئية للبترول::
للبترول تأثير ملحوظ على الناحية البيئية والإجتماعية، وذلك من الحوادث والنشاطات الروتينية التي تصاحب إنتاجه وتشغيله، مثل الإنفجارات الزلزالية أثناء إنتاجه، الحفر، تولد النفايات الملوثة. كما أن استخراج البترول عملية مكلفة وأحيانا ضارة بالبيئة، بالرغم من أن (جون هنت من وودز هول) أشار في عام 1981 إلى أن أكثر من 70% من الإحتياطي العالمي يصاحبه ترشحات كبيرة أي أنه لا يستلزم الإضرار بالبيئة لاستخراجه، وعديد من حقول البترول تم العثور على العديد منها نتيجة للتسريب الطبيعي. كما أن استخراج البترول بالقرب من الشواطيء يزعج الكائنات البحرية ويؤثر على بيئتها. كما أن استخراج البترول قد يتضمن الكلاح، الذي يحرك قاع البحر، مما يقتل النباتات البحرية التي تحتاجها الكائنات البحرية للحياة. كما أن نفايات الزيت الخام والوقود المقطر التي تتناثر من حوادث ناقلات البترول أثرت على العلاقة التبادلية بين الكائنات الحية (بموت أحد هذه الكائنات) فيألاسكا، جزر جالاباجوس،أسبانيا، وعديد من الاماكن الأخرى.
أحد الأرصفة البحرية لإنتاج البترول
ومثل أنواع الوقود الحفري الأخرى، يتسبب حرق البترول في إنبعاث ثاني أكلايد الكربون للغلاف الجوي، وهو ما يعتقد أنه يساهم في ظاهرة السخونة العالمية. وبوحدات الطاقة فإن البترول ينتج كميات CO 2 أقل من الفحم، ولكن أكثر من الغاز الطبيعي. ونظرا لدور البترول المتفرد في عمليات النقل، فإن تقليل إنبعاثات CO 2 تعتبر من المسائل الشائكه في استخدامه. وتجرى محاولات لتحسين هذه الإنبعثات عن طريق إحتجازها في المصانع الكبيرة.
البدائل هي مصادر الطاقة المتجددة وهي موجودة بالفعل، وإن كانت نسبة هذا الاستبدال لاتزال صغيرة. الشمس، الرياح والمصادر المتجددة الأخرى تأثرياتها على البيئة أقل من البترول. ويمكن لهذه المصادر استبدال البترول في الاستخدامات التي لا تتطلب كميات طاقة ضخمة، مثل السيارات، ويجب تصميم المعدات الاخرى لتعمل باستخدام الكهرباء (المخزونة في البطاريات)، أو الهيدروجين (عن طريق خلايا الوقود، أو الحتراق الداخلي) والذي يمكن إنتاجه من مصادر متجددة. كما أن هناك خيارات أخرى تتضمن استخدام الوقود السائل الذي له أصل حيوي (إيثانول ، الديزل الحيوي). وهناك توجه عالمي للترحيب بأي أفكار جديدة تساهم في استبدال البترول كوقود لعمليات النقل.
::توصيــــــــــــات::
ان موارد العـالم من الزيت محدودة وستنضب في نهايـة المطـاف. ويرى بعض الخبراء أنه لو استمر استهلاك الزيت بالمعدلات الحاليـة، فستنفد احتياطيات النفـط الموجـودة في أواسـط القـرن الحـادي والعشرين. لذا أصبح الحفـاظ والاقتصاد في استعمال الزيت أمرًا ملحًا لجميع الأمم وبالأخص تلك التي تستخدم الطاقة بصورة كبيرة.
الاقتصاد في صناعة الزيت. لقد طوَّرت صناعة الزيت نفسها عددًا من طرق الاقتصاد في استعماله. وتُصنف معظمها تحت: 1- الاقتصاد في حقول الزيت، أو 2- الاقتصاد في المصفاة.
الاقتصاد في حقول الزيت. يتكون بصورة رئيسية من طرق لزيادة كمية النفط المُستخرج. ومن إحدى الوسائل الشائعة جدًا للاقتصاد في حقول الزيت نظام يُسمى التَوَحُّد. ففي هذا النظام، تقوم شركتان، أو أكثر، عاملتان في الحقل نفسه بالعمل وحدة واحدة. ويمكّن التوحد، الشركات من استخدام الطاقة الطبيعية، أو الاصطناعية بصورة أكفأ لاستخراج الزيت.
الاقتصاد في المصفاة يهدف أساسًا إلى تقليص الطاقة الحرارية المستخدمة في التكرير.ولدى معظم المصافي أجهزة تدعى مبادلات الحرارة تعيد استخدام الحرارة الزائدة من عمليات، كالتقطير التجزيئي، والتكلاير الحراري. كما يجري تطوير عوامل حفازة جديدة لتخفيض متطلبات الطاقة للتفاعلات الكيميائية. وتستخدم معامل كثيرة الحواسيب للحفاظ على الأفران والسخانات عند أكثر درجات الحرارة كفاءة. كما تقتصد الطاقة الحرارية عن طريق عزل الأنابيب والصهاريج ومعدات المصفاة الأخرى.
الاقتصاد في الاستهلاك. لقد تم تبني بعضٍ أكثر برامج الاقتصاد شمولاً من قبل المستهلكين التجاريين للنفط. فقد قام كثير من المُصنِّعين بتركيب معدات لتخزين الطاقة وتقليص استهلاك الوقود في معاملهم. ويُعَاد استعمال مواد كالألومنيوم والورق في بعض المصانع؛ لأن إعادة استخدام منتجات النفايات تتطلب طاقة أقل من تصنيع منتجات جديدة.
أصبحت تدابير معينة للاقتصاد، تبنتها أصلاً بعض مؤسسات الأعمال والمصانع، مفروضة بالقانون في بعض البلدان في الوقت الحاضر. ففي الولايات المتحدة مثلاً، يجب ألا تخفض درجة الحرارة إلى أقل من 26°م صيفًا في معظم أماكن العمل، وألا ترتفع فوق 18°م شتاء.
وفي البيت، يكون الحس السليم غالبًا هو أفضل مرشد لتوفير الطاقة. ففي الشهور الباردة، مثلاً، يستطيع الناس استغلال الطاقة الشمسية بكل بساطة وذلك بفتح الستائر أثناء النهار. كما يستطيعون تقليص استهلاك الوقود أكثر عن طريق إغلاق الستائر ليلاً، وإطفاء دفّايات الغرف التي لا تُستخدم. ويستطيع سكان المناطق الباردة الاقتصاد في الحرارة عن طريق تركيب شبابيك مزدوجة الزجاج. والوقاية من التيارات الهوائية، وصور أخرى للعزل.
ويستطيع معظم المستهلكين أيضًا الاقتصاد في الوقود الذي يستخدمونه خارج البيت. فبالحفاظ على محركات السيارات مضبوطة، وبالقيادة في حدود السرعة المسموح بها، يستطيع السائقون تقليل استهلاك البترول إلى الحد الأدنى، وبإمكانهم توفير وقود أكثر، عن طريق اقتناء سيارات أكثر كفاءة في الوقود، أو بالمشاركة في الانتقال بالسيارات، أو التحول إلى مركبات النقل العام.
الخاتمة..
مستقبل صناعة النفط :
يتوقع معظم الخبراء بأن الطلب العالمي على النفط سيستمر في الزيادة في السنوات المقبلة. كما يتنبأون بأن اعتماد العالم على الزيت من الشرق الأوسط سيزداد. وإضافة إلى ذلك، يعتقد كثير من الخبراء أن النفط سيصبح شحيحًا في أواسط هذا القرن مالم يُعثر على تراكمات جديدة ضخمة.
والحل بعيد المدى الوحيد لأزمة الطاقة، هو إدخال مصادر بديلة للوقود. وقد طور العلماء أساليب لتحويل الفحم الحجري إلى زيت وغاز، ولإنتاج الزيت من الرمال القارية وطَفْل الزيت. ومازالت أنواع الوقود الاصطناعي مكلفة بشكل يحول دون إنتاجها تجاريًا على نطاق واسع. أما إذا استمرت أسعار الزيت في الازدياد، فقد تتمكن أنواع الوقود الاصطناعي أخيرًا من منافسة النفط في التكلفة.
وستمر سنوات عديدة على الأرجح قبل أن تمثل مصـادر الوقـود البديلـة إسهامًـا رئيسيًا لمــوارد العــالم من الطاقة. وحتى ذلك الحين، ستظل شركات الزيت، ومستهلكو الزيت بحاجة إلى المحافظة على الاحتياطيات الموجـودة باستخدام الطاقـة بأقصى كفـاءة وضآلـة ممكنتين.
لقد تغيرت نمط الحياةعلى الارض واصبحت البشرية تعتمد على البترول ومشتقاته في سبيل الحياة حتى في توفير الغذاء مما جلب مع هذا التغير مخاطر كثيرة تهدد صحة الانسان والبيئة ومصادر الحياه( الماء، الهوا والتربة) بفعل تعمق مخاطر تلوث البيثة نتيجة الاستخدام المفرط لمصادر الطاقة ومنها البترول ، وفي نفس الوقت يتواجد تحديات خطير قد تؤدي ذلك الى تراجع الاقتصاد العالمي وبالتالي تراجع مسيرة تطور الحياة البشرية ، وهذا ما يدعونا جميعا وخاصة المهتمين بأهمية ومخاطر وتحديات البترول في الوقوف عليه بجدية من أجل استغلال البترول بشكل يؤمن ضمان تطور التنمية المستدامة وهذا هو فحوى الدافع الذي دفعني في أعداد هذا الكتاب ليستلح شعبنا بهذا العلم والذي بواسطته يمكن إتخاذ الاجراءات الفعالة في تسخير البترول لخدمة الانسان ولتلافي مخاطر وتحديات البترول .
الــتعريـــــف::
النفط أو البترول (كلمة مشتقة من الأصل اللاتيني بيترا والذي يعني صخر، "أوليوم" والتي تعني زيت)، ويطلق عليه أيضا الزيت الخام، كما أن له اسم دارج "الذهب الأسود"، وهو عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليا من القشرةالأرضية. وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة الألكانات، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية (إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيماوية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات، اللدائن.
::منشأ البترول::
المنشأ الحيوي
ينظر معظم الجيولوجيين إلى الزيت الخام، مثل الفحم والغاز الطبيعي، أنه ناتج من تأثير الضغط والحرارة على النباتات القديمة على مر العصور الجيولوجية. وطبقا لهذه النظرية، فقد تكون البترول من تحلل بقايا الحيوانات البحرية ونباتات ما قبل التاريخ. وبمرور قرون عديدة فإن هذه المادة العضوية، إختلطت بالطين، ودفنت تحت طبقات رسوبية من المواد. وأدت الحرارة والضغط الشديدين ألى تحول هذه الحيوانات والنباتات إلى مادة شمعية تسمى كيروجين، وإلى هيدروكربونات سائلة وغازية في عملية تعرف بالتطور التدهوري. وانتقلت هذه المادة خلال طبقات الصخور المجاورة حتى تم إحتجازها تحت الأرض في صخور مسامية تسمي المستودعات، مكونة حقل زيت، والتي يمكن استخلاص السائل منها بالحفر ثم الضخ.
المنشأ غير الحيوي
توماس جولد كان أكثر العلماء الغربيين تأييدا للنظرية الروسية-الأوكرانية المنشأ الغير حيوي للبترول. وهذه النظرية تفترض ان كميات ضخمة من الكربون الموجود طبيعيا على الأرض، بعضه في شكل هيدروكربونات. ونظرا لأن الهيدروكربونات أقل كثافة من الموائع المسامية، فإنه يتجه للأعلى. وتحوله أشكال الكائنات الدقيقة إلى ترسبات هيدروكربونية عديدة. وأثبتت حسابات الديناميكا الحرارية والدراسات العملية أن "إن-ألكانات" (المكون الرئيسي للبترول) لا تنتج تلقائيا من الميثان في الضغوط الموجودة في الأحواض الرسوبية، وعلى هذا فإن نظرية المنشأ الغيرحيوي للهيدروكربونات تفترض التكون العميق.
::تركيب البترول::
أثناء عمليات التصفية، يتم فصل الكيماويات المكونة للبترول عن طريق التقطير التجزيئي، وهو عملية فصل تعتمد على نقط الغليان النسبية (أو قابلية التطاير النسبية). المنتجات المختلفة (بالترتيب طبقا لنقطة غليانها) بما فيها الغازت الخفيفة (مثل: الميثان، الإيثان، البروبان) كالتالي: البنزين، وقود المحركات النفاثة، الكيروسين، الديزل، الجازولين، شموع البرافين، الأسفلت، وهكذا. والتقنيات الحديثة مثل فصل الألوان الغازي، Hplc، فصل ألوان غازي-مطياف كتلة، يمكن أن تفصل بعض الأجزاء من البترول إلى مركبات فردية، وهذه طريقة من طرقالكيمياء التحليلية، تستخدم غالبا في أقسام التحكم في الجودة في مصافي البترول.
ولمزيد من الدقة، فإن البترول يتكون منالهيدروكربونات، وهذه بدورها تتكون منالهيدروجين، والكربون، وبعض الأجزاء غير الكربونية والتي يمكن أن تحتوي على النيتروجين، الكبريت، الأكلاجين، وبعض الكميات الضئيلة من الفلزات مثل الفاناديوم أو الجميلل، ومثل هذه العناصر لا تتعدى 1% من تركيب البترول.
وأخف أربعة ألكانات هم: ميثان Ch4، إيثان C2h6، بروبان C3h8، بيوتان C4h10. وهم جميعا غازات. ونقطة غليانهم -161.6 C° و -88 C° و -42 C° و -0.5 C°، بالترتيب (-258.9، -127.5، -43.6، -31.1 F°)
مدى السلاسل C5-7 كلها خفيفة، وتتطاير بسهولة، نافثا نقية. ويتم استخدامهم كمذيبات، سوائل التنظيف الجاف، ومنتجات التجفيف السريع الأخرى. أما السلاسل من C6h14 إلى C12h26 تكون مختلطة ببعض وتستخدم في الجازولين. ويتم صنع الكيروسين من السلاسل C10 إلى C15، ثم وقود الديزل/زيت التسخين في المدى من C10 إلى C20، و يتم استخدم زيوت الوقود الأثقل من ذلك في محركات السفن. وجميع هذه المركبات البترولية سائلة في درجة حرارة الغرفة.
زيوت التشحيم والشحم شبه الصلب (بما فيه الفزلين) تتراوح من C16 إلى C20.
السلاسل الأعلى من C20 تكون صلبة، بداية من شمع البرافين، ثم بعد ذلك القطران، القار، الأسفلت.
مدى درجات الغليان لمكونات البترول تحت تأثير الضغط الجوي في التقطير التجزيئي بالدرجة المئوية:
إثير بترول: 40 – 70 C° يستخدم كمذيب
بنزين خفيف: 60 – 100 C° يستخدم كوقود للسيارات
بنزين ثقيل: 100- 150 C° يستخدم كوقود للسيارات
كيروسين خفيف: 120 – 150 C° يستخدم كمذيب ووقود للمنازل
كيروسين: 150 – 300 C° يستخدم كوقود للمحركات النفاثة
زيت الغاز: 250 – 350 C° يستخدم كوقود للديزل / للتسخين
زيت تشحيم: > 300 C° يستخدم زيت محركات
الأجزاء التبقية: قار، أسفلت، وقود متبقي.
::استخلاص البترول::
بصفة عامة فإن المرحلة الأولى في استخلاص الزيت الخام هي حفر بئر ليصل لمستودعات البترول تحت الأرض. وغالبا ما يتم حفر عديد من الآبار لنفس المستودع، للحصول على معدل استخراج اقتصادي. وفي بعض الآبار يتم ضخ الماء، البخار، مخلوط الغازات المختلفة للمستودع لإبقاء معدلات الاستخراج الاقتصادية مستمرة.
وفي حالة أن الضغط تحت الأرض في مستودع الغاز كافي، عندها سيجبر الزيت على الخروج للسطح تحت تأثير هذا الضغط. الوقود الغازي أو الغاز الطبيعي غالبا ما يكون متواجد، مما يزيد من الضغط الموجود تحت الأرض. وفي هذه الحالة فإن الضغط يكون كافي لوضع كمية كافة من الصمامات على رأس البئر لتوصيل البئر بشبكة الأنابيب للتخزين، وعمليات التشغيل. ويسمى هذا استخلاص الزيت المبدئى. وتقريبا 20% فقط من الزيت في المستودع يمكن استخراجه بهذه الطريقة.
وخلال فترة حياة البئر يقل الضغط، وعند حدود معينة لا يكون كافيا لدفع الزيت للسطح. وعندها، لو أن المتبقى قى البئر كافي اقتصاديا، وغالبا ما يكون كذلك، يتم استخراج الزيت المتبقي في البئر بطريقة استخراج الزيت الإضافية. شاهد إتزان الطاقة، وصافي الطاقة. ويتم استخدام تقنيات مختلفة في طريقة استخراج الزيت الإضافية، لاستخراج الزيت من المستودعات التي نفذ ضغطها أو قل. يستخدم أحيانا الضخ بالطلمبات مثل الطلمبات المستمرة، وطلمبة الأعماق الكهربية (electrical submersible pumps ESPs) لرفع الزيت إلى السطح. وتستخدم تقنية مساعدة لزيادة ضغط المستودع عن طريق حقن الماء، إعادة حقن الغاز الطبيعي، رفع الغاز وهذا يقوم بحقن الهواء، ثاني أكلايد الكربون أو غازات أخرى للمستودع. وتعمل الطريقتان معا المبدئية والإضافية على استخراج ما يقرب من 25 إلى 35% من المستودع
.
المرحلة الثالثة في استخراج الزيت تعتمد على تقليل كثافة الزيت لتعمل على زيادة الإنتاج. وتبدأ هذه المرحلة عندما لا تستطيع كل من الطريقة المبدئة، والطريقة الإضافية على استخراج الزيت، ولكن بعد التأكد من جدوى استخدام هذه الطريقة اقتصاديا، وما إذا كان الزيت الناتج سيغطي تكاليف الإنتاج والأرباح المتوقعة من البئر. كما يعتمد أيضا على أسعار البترول وقتها، حيث يتم إعادة تشغيل الآبار التي قد تكون توقفت عن العمل في حالة ارتفاع أسعار الزيت. طرق استخراج الزيت المحسن حراريا (Thermally-enhanced oil recovery methods TEOR) هي الطريقة الثالثة في ترتيب استخراج الزيت، والتي تعتمد على تسخين الزيت وجعله أسهل للاستخراج. حقن البخار هي أكثر التقنيات استخداما في هذه الطريقة، وغالبا مع تتم (TEOR) عن طريق التوليد المزدوج. وفكرة عمل التوليد المزدوج هي استخدم تربينة (توربينة) غاز لإنتاج الكهرباء واستخدام الحرارة المفقودة الناتجة عنها لإنتاج البخار، الذي يتم حقنه للمستودع. وهناك تقنية أخرى تستخدم في طريقة (TEOR)، وهي الحرق في-الموضع، وفيها يتم إحراق الزيت لتسخين الزيت المحيط به. وأحيانا يتم استخدام المنظفات لتقليل كثافة الزيت. ويتم استخراج ما يقرب من 5 إلى 15% من الزيت في هذه المرحلة
,,؛؛طرق أخرى لإنتاج الزيت؛؛,,
نظرا للزيادة المستمرة في أسعار البترول، أصبحت الطرق الأخرى لإنتاج الزيت محل إهتمام. وأصلح هذه الأفكار هو تحويل الفحم إلى زيت والتي تهدف إلى تحويل الفحم إلى زيت خام.وكانت تعرف "إيرساتز" ("الاستبدال" ). وقد تم توقف هذه الطريقة بعد ذلك نظرا لأن تكاليف إنتاج البترول الطبيعي أقل منها. ولكن بالنظر إلى ارتفاع أسعار البترول المستمر، فإن تحويل الفحم إلى بترول قد يكون محل تفكير.
وتتضمن الطريقة تحويل رماد الفحم إلى زيت في عملية متعددة المراحل. ونظريا فإن طن من الفحم ينتج نقريبا 200 لتر من الخام، بمنتجات تتراوح من القار إلى الكيماويات النادرة.
::تاريخ البترول::
تم حفر أول بئر للبترول في الصين في القرن الرابع الميلادي أوقبل ذلك. وكان يتم إحراق الزيت لتبخير الماء المالح لإنتاج الملح. وبحلول القرن العاشر، تم استخدام أنابيبالخيرزان لتوصيل الأنابيب لمنابع المياه المالحة.
في القرن الثامن الميلادي، كان يتم رصف الطرق الجديدة فيبغداد باستخدامالقار، الذي كان يتم إحضاره من من ترشحات البترول في هذه المنطقة. في القرن التاسع الميلادي، بدأت حقول البترول في باكو، أذربيجان بإنتاج البترول بطريقة اقتصادية لأول مرة. وكان يتم حفر هذه الحقول للحصول على النفط، وتم وصف ذلك بمعرفة الجغرافي ماسودي في القرن العاشر الميلادي، وأيضا ماركو بولو في القرن الثالث عشر الميلادي، الذي وصف البترول الخارج من هذه الآبار بقوله أنها مثل حمولة مئات السفن. شاهد أيضا الحضارة الإسلامية.
ويبدأ التاريخ الحديث للبترول في عام 1853، باكتشاف عملية تقطير البترول. فقد تم تقطير البترول والحصول منه على الكيروسين بمعرفة إجناسى لوكاسفيز، وهو عالم بولندي. وكان أول منجم زيت صخري يتم إنشائه في بوربكا، بالقرب منكروسنو في جنوب بولندا، وفي العام التالي لذلك تم بناء أول معمل تكرير (في الحقيقة تقطير) في يولازوفايز، وكان أيضا عن طريق لوكاسفيز. وإنتشرت هذه الاكتشافات سريعا في العالم، وقام ميرزوف ببناء أول معمل تقطير في روسيا في حقل الزيت الطبيعي في باكو في عام 1861
بئر بترول في كاليفرونيا، 1938
وبدأت صناعة البترول الأمريكية باكتشافإيدوين راك للزيت في عام 1859، بالقرب م تيتوسفيل - بنسلفانيا. وكان نمو هذه الصناعة بطيء نوعا ما في القرن الثامن عشر الميلادي، وكانت محكومة بالمتطلبات المحدودةللكيروسين ومصابيح الزيت. وأصبحت مسألة إهتمام قومية في بدايات القرن العشرين، عند بداية استخدام محركات الإحتراق الداخلية مما أدى لزيادة طلب الصناعة بصفة عامة على البترول. وقد أستنفذت الاكتشافات الأولى في أمريكا في بنسفانياوأونتاريو، مما أدى إلى "أزمة زيت" فيتكلااسا، أوكلاهوما، كاليفورنيا.
وحاليا فإنه تقريبا 90% من إحتياجات السيارات للوقود يتم الوفاء بها عن طريق البترول. ويشكل البترول تقريبا 40% من الاستهلاك الكلي للطاقة في الولايات المتحدة، ولكنه يشكل تقريبا 2% فقط في توليد الكهرباء. وقيمة البترول تكمن في إمكانية نقله، كمية الطاقة الكبيرة الموجودة فيه، والتي تكون مصدر لمعظم المركبات، وكمادة أساسية في لعديد من الصناعات الكيمياوية، مما يجعله من أهم البضائع في العالم. وكان الوصول للبترول سببا في كثير من التشابكات العسكرية، بما فيها الحرب العالمية الثانيةحرب العراق وإيران. وتقريبا 80% من مخزون العالم للبترول يتواجد</nowiki> == في الشرق الأوسط، وتقريبا 62.5 % منه في الخمس دول: المملكة العربية السعودية، الإمارات العربية المتحدة، العراق، الكويت،إيران. بينما تمتلك أمريكا تقريبا 3%.
::التأثيرات البيئية للبترول::
للبترول تأثير ملحوظ على الناحية البيئية والإجتماعية، وذلك من الحوادث والنشاطات الروتينية التي تصاحب إنتاجه وتشغيله، مثل الإنفجارات الزلزالية أثناء إنتاجه، الحفر، تولد النفايات الملوثة. كما أن استخراج البترول عملية مكلفة وأحيانا ضارة بالبيئة، بالرغم من أن (جون هنت من وودز هول) أشار في عام 1981 إلى أن أكثر من 70% من الإحتياطي العالمي يصاحبه ترشحات كبيرة أي أنه لا يستلزم الإضرار بالبيئة لاستخراجه، وعديد من حقول البترول تم العثور على العديد منها نتيجة للتسريب الطبيعي. كما أن استخراج البترول بالقرب من الشواطيء يزعج الكائنات البحرية ويؤثر على بيئتها. كما أن استخراج البترول قد يتضمن الكلاح، الذي يحرك قاع البحر، مما يقتل النباتات البحرية التي تحتاجها الكائنات البحرية للحياة. كما أن نفايات الزيت الخام والوقود المقطر التي تتناثر من حوادث ناقلات البترول أثرت على العلاقة التبادلية بين الكائنات الحية (بموت أحد هذه الكائنات) فيألاسكا، جزر جالاباجوس،أسبانيا، وعديد من الاماكن الأخرى.
أحد الأرصفة البحرية لإنتاج البترول
ومثل أنواع الوقود الحفري الأخرى، يتسبب حرق البترول في إنبعاث ثاني أكلايد الكربون للغلاف الجوي، وهو ما يعتقد أنه يساهم في ظاهرة السخونة العالمية. وبوحدات الطاقة فإن البترول ينتج كميات CO 2 أقل من الفحم، ولكن أكثر من الغاز الطبيعي. ونظرا لدور البترول المتفرد في عمليات النقل، فإن تقليل إنبعاثات CO 2 تعتبر من المسائل الشائكه في استخدامه. وتجرى محاولات لتحسين هذه الإنبعثات عن طريق إحتجازها في المصانع الكبيرة.
البدائل هي مصادر الطاقة المتجددة وهي موجودة بالفعل، وإن كانت نسبة هذا الاستبدال لاتزال صغيرة. الشمس، الرياح والمصادر المتجددة الأخرى تأثرياتها على البيئة أقل من البترول. ويمكن لهذه المصادر استبدال البترول في الاستخدامات التي لا تتطلب كميات طاقة ضخمة، مثل السيارات، ويجب تصميم المعدات الاخرى لتعمل باستخدام الكهرباء (المخزونة في البطاريات)، أو الهيدروجين (عن طريق خلايا الوقود، أو الحتراق الداخلي) والذي يمكن إنتاجه من مصادر متجددة. كما أن هناك خيارات أخرى تتضمن استخدام الوقود السائل الذي له أصل حيوي (إيثانول ، الديزل الحيوي). وهناك توجه عالمي للترحيب بأي أفكار جديدة تساهم في استبدال البترول كوقود لعمليات النقل.
::توصيــــــــــــات::
ان موارد العـالم من الزيت محدودة وستنضب في نهايـة المطـاف. ويرى بعض الخبراء أنه لو استمر استهلاك الزيت بالمعدلات الحاليـة، فستنفد احتياطيات النفـط الموجـودة في أواسـط القـرن الحـادي والعشرين. لذا أصبح الحفـاظ والاقتصاد في استعمال الزيت أمرًا ملحًا لجميع الأمم وبالأخص تلك التي تستخدم الطاقة بصورة كبيرة.
الاقتصاد في صناعة الزيت. لقد طوَّرت صناعة الزيت نفسها عددًا من طرق الاقتصاد في استعماله. وتُصنف معظمها تحت: 1- الاقتصاد في حقول الزيت، أو 2- الاقتصاد في المصفاة.
الاقتصاد في حقول الزيت. يتكون بصورة رئيسية من طرق لزيادة كمية النفط المُستخرج. ومن إحدى الوسائل الشائعة جدًا للاقتصاد في حقول الزيت نظام يُسمى التَوَحُّد. ففي هذا النظام، تقوم شركتان، أو أكثر، عاملتان في الحقل نفسه بالعمل وحدة واحدة. ويمكّن التوحد، الشركات من استخدام الطاقة الطبيعية، أو الاصطناعية بصورة أكفأ لاستخراج الزيت.
الاقتصاد في المصفاة يهدف أساسًا إلى تقليص الطاقة الحرارية المستخدمة في التكرير.ولدى معظم المصافي أجهزة تدعى مبادلات الحرارة تعيد استخدام الحرارة الزائدة من عمليات، كالتقطير التجزيئي، والتكلاير الحراري. كما يجري تطوير عوامل حفازة جديدة لتخفيض متطلبات الطاقة للتفاعلات الكيميائية. وتستخدم معامل كثيرة الحواسيب للحفاظ على الأفران والسخانات عند أكثر درجات الحرارة كفاءة. كما تقتصد الطاقة الحرارية عن طريق عزل الأنابيب والصهاريج ومعدات المصفاة الأخرى.
الاقتصاد في الاستهلاك. لقد تم تبني بعضٍ أكثر برامج الاقتصاد شمولاً من قبل المستهلكين التجاريين للنفط. فقد قام كثير من المُصنِّعين بتركيب معدات لتخزين الطاقة وتقليص استهلاك الوقود في معاملهم. ويُعَاد استعمال مواد كالألومنيوم والورق في بعض المصانع؛ لأن إعادة استخدام منتجات النفايات تتطلب طاقة أقل من تصنيع منتجات جديدة.
أصبحت تدابير معينة للاقتصاد، تبنتها أصلاً بعض مؤسسات الأعمال والمصانع، مفروضة بالقانون في بعض البلدان في الوقت الحاضر. ففي الولايات المتحدة مثلاً، يجب ألا تخفض درجة الحرارة إلى أقل من 26°م صيفًا في معظم أماكن العمل، وألا ترتفع فوق 18°م شتاء.
وفي البيت، يكون الحس السليم غالبًا هو أفضل مرشد لتوفير الطاقة. ففي الشهور الباردة، مثلاً، يستطيع الناس استغلال الطاقة الشمسية بكل بساطة وذلك بفتح الستائر أثناء النهار. كما يستطيعون تقليص استهلاك الوقود أكثر عن طريق إغلاق الستائر ليلاً، وإطفاء دفّايات الغرف التي لا تُستخدم. ويستطيع سكان المناطق الباردة الاقتصاد في الحرارة عن طريق تركيب شبابيك مزدوجة الزجاج. والوقاية من التيارات الهوائية، وصور أخرى للعزل.
ويستطيع معظم المستهلكين أيضًا الاقتصاد في الوقود الذي يستخدمونه خارج البيت. فبالحفاظ على محركات السيارات مضبوطة، وبالقيادة في حدود السرعة المسموح بها، يستطيع السائقون تقليل استهلاك البترول إلى الحد الأدنى، وبإمكانهم توفير وقود أكثر، عن طريق اقتناء سيارات أكثر كفاءة في الوقود، أو بالمشاركة في الانتقال بالسيارات، أو التحول إلى مركبات النقل العام.
الخاتمة..
مستقبل صناعة النفط :
يتوقع معظم الخبراء بأن الطلب العالمي على النفط سيستمر في الزيادة في السنوات المقبلة. كما يتنبأون بأن اعتماد العالم على الزيت من الشرق الأوسط سيزداد. وإضافة إلى ذلك، يعتقد كثير من الخبراء أن النفط سيصبح شحيحًا في أواسط هذا القرن مالم يُعثر على تراكمات جديدة ضخمة.
والحل بعيد المدى الوحيد لأزمة الطاقة، هو إدخال مصادر بديلة للوقود. وقد طور العلماء أساليب لتحويل الفحم الحجري إلى زيت وغاز، ولإنتاج الزيت من الرمال القارية وطَفْل الزيت. ومازالت أنواع الوقود الاصطناعي مكلفة بشكل يحول دون إنتاجها تجاريًا على نطاق واسع. أما إذا استمرت أسعار الزيت في الازدياد، فقد تتمكن أنواع الوقود الاصطناعي أخيرًا من منافسة النفط في التكلفة.
وستمر سنوات عديدة على الأرجح قبل أن تمثل مصـادر الوقـود البديلـة إسهامًـا رئيسيًا لمــوارد العــالم من الطاقة. وحتى ذلك الحين، ستظل شركات الزيت، ومستهلكو الزيت بحاجة إلى المحافظة على الاحتياطيات الموجـودة باستخدام الطاقـة بأقصى كفـاءة وضآلـة ممكنتين.
