تركيب النفط والغاز: نظرة تفصيلية على الهيدروكربونات

الهيدروكربونات: اللبنات الأساسية للنفط والغاز الطبيعي

يتكون النفط الخام والغاز الطبيعي من مخاليط معقدة تضم عددًا كبيرًا من المركبات، وتختلف نسب هذه المركبات من مكمن إلى آخر. وتُعرف المركبات المكوّنة من عنصري الكربون والهيدروجين باسم الهيدروكربونات (Hydrocarbons)، وهي المكونات الأساسية للنفط والغاز الطبيعي. ويؤثر نوع المركبات الموجودة ونسبها في خصائص المائع، مثل الكثافة واللزوجة والتطاير وسلوك الطور.

لا تتطابق أنواع النفط الخام في تركيبها الكيميائي؛ إذ يختلف تركيبها بحسب مصدر النفط وتاريخ تكوينه وخصائص المكمن. وقد يختلف تركيب المائع كذلك داخل المكمن نفسه. ولهذا السبب، تُعد معرفة التركيب الكيميائي ضرورية لفهم خصائص النفط والغاز وتوقع سلوكهما خلال الإنتاج والمعالجة.

مكونات البترول

تُصنّف الهيدروكربونات الموجودة في النفط الخام إلى مجموعات رئيسية تختلف في بنائها الجزيئي وخصائصها الكيميائية والفيزيائية. ومن أهم هذه المجموعات:

• البارافينات (Paraffins): تُعرف كيميائيًا بالألكانات (Alkanes)، وهي هيدروكربونات مشبعة تتكون من سلاسل مستقيمة أو متفرعة من ذرات الكربون. وتشمل الميثان والإيثان والبروبان والبيوتان، إلى جانب مركبات أثقل.
• النفثينات (Naphthenes): تُعرف أيضًا بالهيدروكربونات الحلقية المشبعة (Cycloalkanes)، وتحتوي على حلقات من ذرات الكربون، وقد ترتبط بها سلاسل جانبية.
• المركبات العطرية (Aromatics): تحتوي على حلقة عطرية واحدة أو أكثر، مثل حلقة البنزين، وتختلف خصائصها باختلاف تركيبها وعدد الحلقات والمجموعات المرتبطة بها.

تختلف نسب هذه المجموعات بين أنواع النفط الخام. كما توجد في النفط مركبات غير هيدروكربونية تحتوي على عناصر مثل الكبريت والنيتروجين والأكسجين، وقد توجد معادن بتركيزات متفاوتة. لذلك، لا يُعد النفط الخام خليطًا من الهيدروكربونات النقية وحدها، بل مزيجًا كيميائيًا معقدًا تتفاوت مكوناته من مصدر إلى آخر.

وتساعد دراسة خواص موائع المكمن وسلوكها في فهم تأثير هذا الاختلاف في خصائص النفط والغاز. كما أن تركيب الخليط يؤثر في كيفية توزّع مكوناته بين السائل والبخار عند تغير ظروف الضغط ودرجة الحرارة، وهو ما توضحه دراسة مخاليط الهيدروكربونات ومخططات الطور.

اختلاف المركبات الهيدروكربونية

تختلف المركبات الهيدروكربونية في عدد ذرات الكربون والهيدروجين وفي طريقة ارتباط الذرات بعضها ببعض. وقد يؤدي اختلاف البنية الجزيئية إلى اختلاف درجات الغليان والتطاير والكثافة والخصائص الأخرى. وبوجه عام، تميل الألكانات ذات السلاسل الأطول إلى امتلاك درجات غليان أعلى من الألكانات الأقصر ضمن السلسلة المتجانسة نفسها، مع مراعاة تأثير التفرع والضغط والظروف الأخرى.

ويمكن تمثيل بعض الاختلافات في البنية الجزيئية بمقارنة مركبات لها العدد نفسه من ذرات الكربون، ولكن تختلف في ترتيب الروابط أو شكل السلسلة. يوضح الشكل التالي صيغًا هيكلية لأنواع مختلفة من الهيدروكربونات تحتوي على ست ذرات كربون، مما يساعد على ملاحظة الاختلاف في بنائها الجزيئي.

مقارنة بين أربعة أنواع تراكيب هيدروكربونية تحتوي على ست ذرات كربون

البارافينات وعلاقتها بالنفط والغاز الطبيعي

تُعد البارافينات من المجموعات المهمة في النفط والغاز الطبيعي. ويُعد الميثان المكوّن الرئيس للغاز الطبيعي في كثير من المكامن، بينما قد يحتوي الغاز الطبيعي أيضًا على الإيثان والبروبان والبيوتان ومكونات أخرى بنسب تختلف باختلاف المصدر. وقد توجد بعض هذه المركبات كذلك في النفط الخام، سواء مذابة في السائل أو متحررة منه تبعًا لظروف الضغط ودرجة الحرارة.

أما النفط الخام، فيضم عادةً طيفًا أوسع من المركبات الهيدروكربونية، بما في ذلك المركبات الأخف والأثقل، وتتفاوت نسبها حسب نوع النفط. لذلك، لا يتمثل الفرق بين النفط والغاز في أن كلًا منهما يتكون من مجموعة منفصلة تمامًا من المركبات، بل في اختلاف التركيب النسبي للمكونات والظروف التي تحدد الطور الذي توجد فيه.

وعند تحليل النفط الخام، يمكن استخدام التقطير وطرق التحليل الكيميائي لتحديد نطاقات الغليان وتوزيع المركبات وخصائصها. ولا يعتمد توصيف النفط على سلسلة البارافينات وحدها، بل يراعي مجموعات المركبات المختلفة وخصائص العينة. وتساعد هذه المعلومات في اختيار طرق المعالجة والتكرير المناسبة.

ويؤثر تركيب المائع كذلك في سلوكه أثناء الإنتاج؛ فعند تغير الضغط ودرجة الحرارة قد تنتقل بعض المكونات بين الطورين السائل والبخاري. ويمكن الاطلاع على تأثير الضغط ودرجة الحرارة في أطوار الهيدروكربونات لفهم هذه العلاقة بصورة أوسع.

آخر تحديث للمقال في نوفمبر 2026