نقش شکستگیها و درزها در تجمع نفت

سنگهای متراکم ، سخت و شکننده و تحتتاثیر فشارهای وارده شکسته و خود می‌شود. درزها و معابر ایجاد شده مکان مناسبی جهتعبور و جایگزینی نفت و گاز می‌باشد تاثیر شکستگی و درزها در تولید و بهره دهیمخازن نفتسازند آسماری کاملا معموس بودهاست. سازند آسماری که مخزن عظیم و بی‌نظیر نفت در دنیا می‌یاشد بطور عمده ازآهک دانه ریز و متراکم تشکیلشده سازند آسماری در حین و همزمان چین خوردگی‌های زاگرس دچار شکستگیهای فراوان شدهو شکستگیهای موجود عامل اصلی ذخیره سازی و تولید از این سازندمی‌باشد.

تولید غیر عادی و بیش از اندازه متعارف تعدادی محدود از چاههایی کهبه مخازن آسماری رخنه کرده‌اند در ارتباط مستقیم با بخشهای شکسته شده این سازنداست. لایه‌های غیر تراوا نقشپوش سنگرا ایفا کرده و لایه‌های تراوای قطعشده در دو طیفگسل امکان مهاجرتهیدروکربوررا متغیر می‌سازد. و تجمع نفت درتاقدیسهای خورده تا ساختارهای به شدت گسل خورده دیده شده است. هر ساختار ممکن استحاوی چند بستگی ساختمانی بوده و به منحنی‌های ساختمانی بسته بودن گسل خوردگی ،ناودیس ویا یک یا چند گسل خوردگی ، ناودیس و یا یک یا چند گسل محصور بشود.

مقدمه

بعضی از ترکیبهای آلی ، فقط شامل دو عنصرهیدروژن وکربن می‌باشند و درنتیجه آنها راهیدروکربن می‌نامند. با تکیه بر ساختار ، هیدروکربنها را به دو گروه و طبقه اصلی یعنیآلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌کنند. هیدروکربنهای آلیفاتیک خود به چند خانواده: آلکانها ، آکینها و همانندهای حلقوی آنها (سیکلوآلکانها و…) تقسیم می‌شوند.

متان ، ساده ترین عضو خانواده آلکانها

متان ،CH₄،ساده ترین عضو خانواده آلکانها و همچنین یکی از ساده ترین ترکیبهای آلی است.

ساختار متان

هر یک از چهار اتم هیدروژن بوسیلهپیوندکووالانسی ، یعنی با یک جفتالکترون اشتراکی بهاتم کربن متصل شده است. وقتیکربن به چهار اتم دیگر متصل باشد، اوربیتالهای پیوندی آن (اوربیتالهایsp³که از اختلاط یک اوربیتالsو سه اوربیتالpتشکیل شده‌اند) ، به سوی گوشه‌های چهار وجهی جهت گیری کرده‌اند.

این آرایشچهار وجهی ، آرایشی است که به اوربیتالها اجازه می‌دهد تا سر حد امکان از یکدیگرفاصله بگیرند. برای اینکه همپوشانی این اوربیتالها با اوربیتال کروی اتم هیدروژن بهگونه ای موثر صورت پذیرد و در نتیجه ، پیوند محکم‌تری تشکیل شود، هر هسته هیدروژنباید در یک گوشه این چهار وجهی قرار بگیرد.

ساختار چهار وجهی متان بوسیلهپراش الکترونی کهآرایشاتمها را در این نوع مولکولهای ساده به روشنی نشان می‌دهد، تایید شده است. بعدشواهدی که شیمیدانها را خیلی پیش از پیدایشمکانیککوانتومی REDIRECT (نام صفحه) یا پراش الکترونی d ، به پذیرش این ساختار چهاروجهی رهنمون شد، بررسی خواهیم کرد.

ما به طور معمول ، متان را با یک خطکوتاه برای نمایش هر جفت الکترون مشترک بین کربن و هیدروژن نشان خواهیم داد. برایآنکه توجه خود را بر روی الکترونها بطور انفرادی متمرکز کنیم، گاهی ممکن است یک جفتالکترون را بوسیله یک جفت نقطه نشان دهیم. سرانجام ، وقتی بخواهیم شکل واقعیمولکول رانمایش دهیم، از فرمولهای سه بعدی استفاده می‌کنیم.

خواص فیزیکی متان

واحد ساختار این ترکیب غیر یونی ، مولکول است، چهجامد باشد، چهمایع و چهگاز. به علت اینکه مولکولمتان بسیار متقارن است، قطبیتهای انفرادی پیوندهای کربن – هیدروژن ، یکدیگر را خنثیمی‌کنند، در نتیجه کل مولکول غیر قطبی است. نیروهای جاذبه موجود میان این مولکولهاغیر قطبی، به نیروهای واندروالسی محدود می‌شوند؛

این نیروهای جاذبه ، درمورد این مولکولهای کوچک ، باید در مقایه با نیروهای قدرتمند موجود بین مثلا یونهایسدیم و کلرید ضعیف باشند. بنابراین ، از اینکه به آسانی می‌توان بوسیله انرژیگرمایی ، بر این نیروهای جاذبه فایق آمد، بطوری‌که ذوب شدن و جوشیدن در دمای پایینصورت بگیرد، تعجب نخواهیم کرد: دمای ذوب در 183- درجه سانتی‌گراد و دمای جوش در 161,5- درجه سانتی‌گراد قرار دارد. (این مقادیر را با مقادیر مربوط در مورد سدیمکلرید: یعنی دمای ذوب 801 درجه سانتی‌گراد و دمای جوش 1413درجه سانتی‌گراد مقایسهکنید.) در نتیجه ، متان در دماهای معمولی یک گاز است.

متان ، بی‌رنگ است ووقتی مایع شود، سبکتر ازآب است (چگالی نسبی آن 0,4 است). موافق با قاعده تجربی که می‌گوید: «هم‌جنس در هم‌جنس حل می‌شود» ، متان فقط کمی درآبانحلالپذیر است، ولی در مایعات آلی مانندبنزین ،اتروالکل بسیار حل می‌شود. از نظر خواص فیزیکی ، متان الگویی برای سایر اعضا خانواده آلکانهاست.

منبع متان

متان ، فرآورده پایانی تجزیه غیر هوازی (بدون هوا) گیاهان ،یعنی شکستن بعضی از مولکولهای بسیار پیچیده است. همچنین یکی از اجزاء اصلی (بیش از 97%) گازطبیعی است. متان همان گاز قابل احتراق و منفجر شونده معادنزغالسنگ است و می‌توان خروج حبابهای آن را به عنوانگاز مردابدر سطحمردابها مشاهده کرد. اگر متان بسیار خالص لازم داشته باشیم، می‌توان آن را بوسیلهتقطیرجزء به جزء از سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی (که بیشتر آلکانها هستند) جداکرد.

البته بیشتر گاز طبیعی ، بدون خالص سازی ، به عنوان سوخت مصرف می‌شود.

ساختار اتان

از نظر اندازه C₂H₆ بعد از متان قرارمی‌گیرد. اگر اتمهای این مولکول را با رعایت قاعده ای که می‌گوید برای هیدروژن یکپیوند (یک جفت الکترون) و برای کربن ، چهار پیوند (چهاز جفت الکترون) ، بوسیلهپیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل کنیم، به ساختار زیر دست می‌یابیم: CH₃-CH₃.

هر کربن به سه هیدروژن و یک کربن دیگر متصلاست و چون هر اتم به چهار اتم دیگر متصل است، اوربیتالهای پیوندی ان (اوربیتالهای sp³) بهسوی گوشه‌های چهار وجهی جهت گرفته‌اند. در اینجا نیز مانند موردمتان ، پیوندهای کربن- هیدروژن از همپوشانی این اوربیتالهای sp³ بااوربیتالهای s هیدروژنها بوجود آمده‌اند. پیوند کربن- کربن از همپوشانی دو اوربیتال sp₃ نتیجه شده است.

توزیع الکترونها در پیوندهای کربن- هیدروژن وکربن- کربن بطور کلی یکسان است، یعنی در حول خط متصل‌کنندههسته‌ها بههم ، حالتی استوانه‌ای و متقارن دارد: این پیوندها را به علت شکل مشابهی که دارند،پیوند σ (پیوندسیگما) می‌نامند.
بنابراین ، زوایای پیوندی و طول پیوندهای کربن- هیدروژنباید خیلی شبیه به متان ، یعنی به ترتیب در حدود 109,5درجه و 1,1 آنگسترومباشند.

پراش الکترونی و بررسی‌های طیف‌بینی از هر نظر این ساختار را تاییدکرده و برای مولکول اتان این اندازه‌ها را بدست داده‌اند. زوایای پیوندی 109,5 ،طول 1,1 برای C-H ، طول 1,53 برای C-C . بررسیهای مشابه نشان داده‌اند که اینمقادیر ، با کمی انحراف ، از ویژگیهلی اختصاصی پیوندهای کربن- هیدروژن و کربن- کربنو زوایای پیوندی در آلکانها بشمار می‌روند.

خواص فیزیکی آلکانها

خواص فیزیکی آلکانها از همان الگوی خواص فیزیکی متانپیروی می‌کند و با ساختار آلکانها سازگار است. یک مولکول آلکان فقط بوسیله پیوندهایکووالانسی برپا نگه داشته شده است. این پیوندها یا دو اتم از یک نوع را بهم متصلمی‌کنند و در نتیجه ، غیر قطبی‌اند، یا دو اتم را که تفاوتالکترونگاتیوی آنها بسیار کم است، به یکدیگر ربط می‌دهند و در نتیجه قطبیت آنها کم است. به علاوه، این پیوندها به طریقی بسیار متقارن جهت گرفته‌اند، بطوری که این قطبیهای پیوندینیز یکدیگر را خنثی می‌کنند.

در نتیجه یک مولکول آلکان یا غیر قطبی است یاقطبیت بسیار ضعیفی دارد. نیروهایی که مولکولهای غیر قطبی را گرد هم نگه می‌دارند (نیروهای واندروالسی) ضعیف هستند و گستره بسیار محدودی دارند. این نیروها فقط بینبخشهایی از مولکولهای مختلف که با یکدیگر در تماس نزدیک باشند، یعنی بین سطوحمولکولها ، عمل می‌کنند. بنابراین در یک خانوده معین ، انتظار داریم که هر اندازهمولکول بزرگتر باشد و در نتیجه سطح تماس آنها بیشتر باشد، نیروهای بین مولکولی نیزقوی‌تر باشند.

دمای جوش و ذوب با افزایش شمار اتمهای کربن ، زیاد می‌شود. فرایند جوشیدن و ذوب شدن ، مستلزم فایق آمدن بر نیروهای بین مولکولی در یک مایع ویک جامد است. دمای جوش و دمای ذوب بالا می‌رود، زیرا این نیروهای بین مولکولی بابزرگ شدن مولکولها افزایش می‌یابند.

منبع صنعتی آلکانها

منبع صنعتی آلکانها ،نفت وگازطبیعی همراه آن است. ترکیبهای آلی پیچیده که روزگاری سیستمهای زنده گیاهان وجانوران را تشکیل می‌دادند، در اثر فضارهای زمین شناختی ، طی میلیونها سال ، بهمخلوطی از آلکانها که از نظر اندازه ، شامل یک کربن تا 30 تا 40 کربن هستند، تبدیلشده‌اند. سیکلوآلکانها نیز که در صنعت نفت بهنفتنهاشهرت دارند و به ویژه در نفتکالیفرنیا فراوان یافت می‌شوند، همراه با آلکانها بوجود آمده‌اند.

سوختفسیلی دیگر ، یعنی زغال سنگ ، منبع بالقوه دیگر آلکانهاست. روشهایی برای تبدیل زغالسنگ از راه هیدروژن دار کردن به بنزین و سوخت کوره و همچنین تبدیل به گاز سنتز بهمنظور جبران کمبود گاز طبیعی ابداع شده است.