PETROLÜN FİZİKSEL ve KİMYASAL ÖZELLİKLERİ PETROL JEOLOJİSİ KONU-1 PETROLÜN FİZİKSEL ve KİMYASAL ÖZELLİKLERİ

PETROL, YERALTINDA KAYALARIN GÖZENEKLERİ İÇERİSİNDE BULUNUR. EKONOMİK PETROL BU GÖZENEKLERDEN SIZARAK KUYUYA AKAN VE BÖYLECE ELDE EDİLEBİLEN PETROLDÜR. PETROLÜN ELDE EDİLEBİLMESİ İÇİN PETROLÜN ve İÇERİSİNDE BULUNDUĞU KAYALARIN UYGUN FİZİKSEL ÖZELLİKLERDE OLMASI GEREKİR. EKONOMİK PETROL YATAKLARI HAM PETROL VE DOĞALGAZ YATAKLAIDIR. KATI PETROL BUGÜN İÇİN EKONOMİK AÇIDAN ÇOK ÖNEMLİ DEĞİLDİR.

PETROLÜN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ YOĞUNLUK HACİM VİSKOZİTE KIRILMA İNDİSİ FLÜORESANS RENK VE KOKU KALORİ DEĞERİ PARLAMA NOKTASI

YOĞUNLUK Bir maddenin YOĞUNLUĞU, belli hacimdeki maddenin ağırlığının aynı hacimdeki suyun ağırlığına oranıdır. Petrolün yoğunluğu 600F (15,50C) sıcaklık ve 1 atmosfer basınç altındaki petrolün yoğunluğu ile ifade edilir. Ham petrolün yoğunluğu kimyasal bileşiminine bağlıdır. Petrol içerisindeki hidrokarbon yüzdesi, gaz miktarı, reçine asfalt gibi ağır hidrokarbonların oranı, sülfür oranı, sıcaklık gibi faktörler petrolün yoğunluğunu etkiler. Petrolün fiyatı ve işletilme yöntemleri yoğunluğuna göre değişmektedir. Yoğunluk azaldıkça petrolün fiyatı artar.

PETROLÜN YOĞUNLUĞU Petrolün yoğunluğu 0,6-1.00 gr/cm3 arasında değişir. Yoğunluk Amerika’da API, Avrupa’da ise Baume derecesi ile ifade edilir. API= Baume= Dünya petrolleri genel olarak 270-350 API gravitesindedir. Kaliforniya’daki 50-70 API petrol sudan ağırdır. En yüksek 570 API petrol bulunmuştur 141,5 -131,5 Özgül ağırlık (600F) 140 -130 Özgül ağırlık (600F)

YOĞUNLUK ve ÖZGÜL AĞIRLIĞA GÖRE PETROL

PETROLÜN HACMİ Sıvı petrolün hacmi 600F (yaklaşık 16 0C) de ve 1 atmosfer basınçta ölçülür ve varil cinsinden ifade edilir. 1 varil=159 litredir. Doğal gazın hacmi aynı koşullarda ft3 veya m3 cinsinden ifade edilir. Hacmi denetleyen faktörler sıcaklık, basınç ve petrolün içerisinde çözünmüş olan maddelerdir. Rezervuardaki petrol hacmi, petrolün tank içerisinde dinlendirilmesi ile % 6-8 oranında azalır.

PETROLÜN VİSKOZİTESİ Viskozite bir sıvı veya gazın akmaya karşı direncini ifade eder. Yani akışkanlığın tersidir. Petrolün viskozitesi petrolün bileşimine bağlıdır. Yoğunluk ve ağır bileşen miktarı arttıkça viskozite de artar. Sıcaklık ve gaz miktarı arttıkça viskozite düşer. Viskozite birimi Poiz’dir. Bir sıvı 1 cm2 kesitindeki bir tüp içerisinde 1 dyn basınç altında 1 saniyede 1 cm ilerliyebiliyorsa viskozitesi 1 Poiz’dir. Poiz’in yüzde birine Santipoiz denir. Yüksek viskoziteli petrolün taşınması ve üretilmesinde güçlükler vardır, o nedenle daha ucuzdur

PETROLÜN KIRILMA İNDİSİ Kırılma indisi petrolün kimyasal bileşimine bağlı bir özelliktir. Petrolün yoğunluğuna göre 1,39 ile 1,49 arasında değişir, hafif petrollerin kırılma indisi de küçüktür.

PETROLÜN FLÜORESANS ÖZELLİĞİ Petrol ultraviyole ışık altında sarı-yeşil-mavi renklerde flüoresans gösterir. Bu özellik eser miktardaki petrolün kolayca belirlenmesini sağlar.

PETROLÜN RENK ve KOKUSU Petrolün rengi yansıyan ışıkta yeşilimsi, içinden geçen (kırılan) ışıkta ise açık sarı, kırmızı ve bazen de siyahtır. Özgül ağırlık arttıkça renk de koyulaşır. Hafif hidrokarbonlu petroller hoş kokulu; doymamış hidrokarbon, kükürt ve nitrojen içeren petroller ise kötü kokuludur.

PETROLÜN KALORİ DEĞERİ Petrolün kalori değeri özgül ağırlığı ile ters orantılıdır. Özgül ağırlığı 0,9 olan 17 API petrolün kalori değeri 10500 kal/g iken özgül ağırlığı 0,7 olan 70 API petrolün kalori değeri 11700 kal/g dir.

PETROLÜN PARLAMA NOKTASI Üzerine alev tutulduğunda petrol buharının ilk ateşlenme anı petrolün parlama noktasıdır. Bu nokta petrolün bileşimine göre değişir. Parlama noktası çeşitli ısı derecelerinde distile edilebilen ürün oranlarının belirlenmesinde kullanılır.

PETROLÜN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Petrol bir hidrokarbon bileşenidir. H ve C ana bileşenlerdir.

PETROLÜN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Petrol açısından en önemli hidrokarbonlar Parafin veya metan serisi (CnH2n+2) Olefin (Naften) serisi (CnH2n) Aromat (CnH2n-6) serisi (Aromatikler) Asetilen serisi (CnH2n-2)

PARAFİN SERİSİ (CnH2n+2) Bütün hidrokarbon atomları tek bağlarla birbirlerine bağlanmışlardır. Bu nedenle tüm hidrojen atomları doymuş olduğundan parafin serisine doymuş hidrokarbon grubu da denilir. 5 Karbona kadar olanlar doğal gaz 5-17 Karbonlu olanlar sıvı (benzin, gazyağı, mazot) 17-22 Karbonlu olanlar yarı katı (makina yağları, jölemsi petrol ürünleri) 23 ve daha fazla Karbonlu olanlar katıdır (parafin, asfalt, zift)

OLEFİN (NAFTEN) SERİSİ (CnH2n) Parafinlere göre iki hidrojen atomu eksiktir. Bu nedenle herhangi iki karbon atomu çift bağla birbirlerine bağlanmışlardır. Hidrojen eksikliği ve çift bağı bulunduğu için doymamış hidrokarbon grubuna dahildirler. Doymamış oldukları için kolayca kimyasal reaksiyonlara girerler, bu nedenle de petrol içerisinde seyrek bulunurlar.

AROMATLAR SERİSİ (CnH2n-6) Doymamış hidrokarbon grubuna dahildir. Çok ağır kokuları vardır Bazen renksiz ve uçucu sıvı halinde bulunurlar

ASETİLEN SERİSİ (C2H2n-2) Doymamış hidrokarbon grubuna dahildir. Doğada az bulunurlar. Petrol içerisinde sadece yüksek karbonlu olanları bulunur.

DOĞADA PETROLLE BİRLİKTE DOĞAL GAZ DA BULUNUR Bunlar Serbest gaz halinde Ham petrol içerisinde çözünmüş halde Suda çözünmüş halde Sıvılaşmış gaz halinde bulunabilir

DOĞAL GAZLAR Doğal gazlar hidrokarbon gazları ve nonhidrokarbon gazları olmak üzere ikiye ayrılır. Ayrıca içerdikleri buhar miktarına göre yaş ve kuru gaz olmak üzere de sınıflanırlar.

GAZLAR Helyum Argon İNORGANİK KÖKENLİ Kripton Asil gazlar Radon NONHİDROKARBON Helyum Argon Kripton Radon Nitrojen Karbondioksit Hidrojen sülfür Hidrojen İNORGANİK KÖKENLİ Asil gazlar KARIŞIK KÖKENLİ HİDROKARBON GENELLİKLE ORGANİK KÖKENLİ Metan Etan Propan Bütan

NON-HİDROKARBON GAZLAR HELYUM Doğal gazlar içerisinde aksesuar olarak bulunur. Eser miktarda Argon ve Radon’a da rastlanır. Amerika-Texas, Polonya, Avustralya ve Kanada’da helyumca zengin doğal gazlar bulunmuştur. Helyum gazı Uranyum, Toryum, Radyum gibi radyoaktif elementlerin bozunması sonucunda oluşur.

NON-HİDROKARBON GAZLAR NİTROJEN Hem asil gazlarla hem de hidrokarbon gazları ile birlikte bulunabilir. Volkanizma ile ya da nitratın bakteriyel bozunması sonucunda oluşur. Bitümlü karbonatların termal metamorfizması sonucunda karbondioksit ile birlikte nitrojen de oluşmaktadır.

NON-HİDROKARBON GAZLAR HİDROJEN Yeraltı koşullarında ender olarak bulunur. Organik maddelerin termal matürasyonu (ısıl olgunlaşma) sonucu meydana gelir.

NON-HİDROKARBON GAZLAR KARBONDİOKSİT Yeraltında en yaygın gazlardan birisidir. Bilhassa volkanik aktivite olan yerlerde yaygındır. Hem inorganik hem de organik olarak işlevler sonucunda oluşur. Volkanik intrüsiflerin karbonatları metamorfize etmesi ile, meteorik suların karbonat ve dolomitleri etkilemesi ile, Kerojen’in matürasyonu ile ya da organik maddelerin oksidasyonu ile oluşabilmektedir.

NON-HİDROKARBON GAZLAR HİDROJEN SÜLFÜR Yeraltında serbest veya petrol içerisinde erimiş halde bulunur. Zehirli, kötü kokulu ve çok aşındırıcıdır. Bu nedenle üretim tesislerinde istenmez. Bu gazı içeren petrol veya doğal gaza acı hidrokarbon denir.

HİDROKARBON GAZLARI METAN Parafin serisinin ilk üyesi olan metan, bataklık gazı adı ile de bilinir. Renksiz, yanıcı, parlayıcıdır. Normal sıcaklık ve basınç altında organik maddelerin bozunması ile oluşur. Derinlerde ise fazla sıcaklık altında bakteriyel işlevlerin azalmasına paralel olarak metan üretimi de durur. Çok derin rezervuarlarda ise organik maddenin olgunlaşması ile metan oluşabilir.

DİĞER HİDROKARBON GAZLARI Etan, Propan ve Bütan gibi diğer hidrokarbon gazları biyojenik işlevler sonucunda değil, organik maddenin olgunlaşması ile oluşurlar. Yeraltı çalışmalarında zengin petrol yataklarının habercisidirler.

DOĞADA PETROLLE BİRLİKTE BULUNAN DİĞER ORGANİK BİLEŞİKLER ALKOLLER ORGANİK ASİTLER YAĞLAR KARBONHİDRATLAR PROTEİNLER DİĞER ORGANİK MADDELER

ALKOLLER Hidrokarbonların H atomlarının yerine OH grubunun bağlanması ile oluşurlar. Doğada en bol bulunan türü GLİSERİN ALKOL (Gliserol) dür.

ORGANİK ASİTLER Hidrokarbonların bir H atomunun yerine karboksil (-COOH) grubunun bağlanması ile oluşurlar. Karboksil grubundaki H atomu iyonlaşabildiğinden toprak minerallerinin ayrışmasına yolaçar.

YAĞLAR Jeolojik açıdan en önemli yağlar esterlerdir. Bunlar organik veya inorganik bir asitin alkolle reaksiyonu sonucunda oluşurlar. Yağlara ve uzun zincirli esterlere lipidler denir.

KARBONHİDRATLAR C, H ve O atomlarından oluşurlar. Bir moleküldeki H sayısı O sayısının iki katıdır. En basit karbonhidrat glikozdur. Birkaç glikoz molekülünün birleşmesi ile şekerler, birçok glikoz molekülünün birleşmesi ile nişastalar, birkaçbin glikoz molekülünün birleşmesi ile de selülozlar oluşur.

PROTEİNLER Daima C, H, O ve N, bazen P, S içerirler. Karmaşık bir atom yapıları vardır. Aminoasitlerin canlılar tarafından birleştirilmesi ile oluşurlar.

DİĞER ORGANİK MADDELER Organik maddeler içerisinde eser miktarda bulunan Pb, Mg, Fe, V, Mo, Ni gibi elementler metal organik bileşikler halinde bazen de Çelat denilen karmaşık bir yapı içerisinde yeralırlar. Porfirin ve Klorofil petrol içerisinde yeralan önemli çelatlardır.

PORFİRİN’İN YAPISI

PETROL İLE İLGİLİ BAZI KİMYASAL REAKSİYONLAR FOTOSENTEZ AEROBİK BOZUNMA ANAEROBİK BOZUNMA HİDROJENASYON POLİMERİZASYON DEPOLİMERİZASYON İZOMERİZASYON ALKİLASYON

FOTOSENTEZ (ÖZÜMLEME) Yeşil bitkilerin güneş enerjisi ve klorofil katalizörlüğü ile H2O ve CO2 i birleştirerek karbonhidratlara dönüştürmesidir. 6CO2 + 6H2O = C6H1206 + 6O2

AEROBİK (oksijenli) BOZUNMA Fotosentez olayının tersidir. Karbonhidratların su ve karbondioksite dönüşümünü sağlar. C6H1206 + 6O2= 6CO2 + 6H2O

ANAEROBİK (oksijensiz) BOZUNMA Organik maddelerin oksijensiz bir ortamda yanmaları sonucunda madde içerisindeki oksijen CO şeklinde atılırken kalan C ve H karbonhidratlara ve organik bileşimlere dönüşür.

HİDROJENASYON Doymamış hidrokarbonların H2 ilave edilmesi ile doymuş hidrokarbonlara dönüştürülmesidir.

POLİMERİZASYON Küçük moleküllerin birleştirilmesi ile büyük moleküllerin oluşturulmasıdır. Glikozların birleşerek nişasta ve selüloz, aminoasitlerin birleşerek protein meydana getirmesi polimerizasyondur. Polimerizasyon esnasında daima hidrojen açığa çıkar

DEPOLİMERİZASYON Polimerizasyonun tersidir. Depolimerizasyon sonucunda ortam hidrojen açısından zengin ise doymuş hidrokarbonlar, ortam hidrojensiz ise doymamış hidrokarbonlar meydana gelir.

Bir organik bileşimden izomerlerin üretilmesidir. İZOMERİZASYON Bir organik bileşimden izomerlerin üretilmesidir.

ALKİLASYON Basit hidrokarbonlardan bir H kaybı ile oluşan gruba alkil, alkil köklerinin diğer organik bileşimlere eklenmesine de alkilasyon denir.

PETROLÜN SINIFLANMASI Petrolün sınıflaması farklı meslek grupları tarafından farklı kriterlere göre yapılır. Başlıca kriterler petrolün fiziksel özellikleri, kimyasal özellikleri, moleküler yapısı ve yaşıdır. Aşağıda birkaç örnek verilmiştir.