Hidrokarbonların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Petrol, sıvı veya gaz hallerinde bulunan, hidrokarbonlardan oluşan bir karışımdır. Bu hal, basınç ve sıcaklığa bağlı olarak belirlenir.

Normal sıcaklık ve basınçta;

Sıvıya ham petrol

Gaza doğal gaz denir.

Ham petrol ve Doğal Gaz arasındaki fark, hidrokarbon bileşenlerinin büyüklüğüdür.

Yeraltındaki sıcaklık ve basınçta, karbon atomu sayısı 1’den 4’e kadar olan maddeler gaz oluşturur.

5’ten fazla karbon sayısına sahip ise, bu hidrokarbon, sıvı ya da katı haldedir.

Ham petrol ve gazın kimyasal bileşenlerinin ağırlık oranları aşağıdaki gibidir :

A graph of crude oil prices

Description automatically generated

Görüldüğü üzere, her iki ham petrolde ve doğal gazda, ana bileşenler karbon ve hidrojendir.

Bu sebepten dolayı ham petrole ve doğal gaza hidrokarbonlar denmiştir.

Bu hidrokarbonlar kimyasal yapılarına göre 4’e ayrılır:

Parafinler (Alkanlar)
Naftenler (Sikloalkanlar)
Aromatikler
Asfaltenler

İki karbon atomları arasında tek bağ (single bond) bulunan hidrokarbonlara doymuş denir.

Eğer karbonlar arasında ikili bağ veya daha çok bağ varsa, bu hidrokarbonlara doymamış denir.

Parafinler (Alkanlar)

Düz atom zincirlerinden ve doymuş (tekli) bağlardan oluşan parafinlerin genel formülleri C_nH_2n+2’dir.

Naftenler (Sikloparafin)

Karbon atomları arasında doymuş bağlar bulunan kapalı bir dairedir. Naftenlerin genel formülü C_nH_2n’dir.

Aromatikler (Benzenler)

Aromatik veya benzen molekülü, karbon atomları arasında bazı doymamış (çift) bağlar içeren kapalı bir halkadır. Aromatiklerin genel formülü C_nH_2n-6‘dır.

Asfaltenler

Asfaltik molekül, 40 ila 60’tan fazla karbon atomu içerir. Asfalt, yüzey koşullarında katıdan yarı katıya kadar olan kahverengi ila siyah renkte bir maddedir. Yüksek bir kaynama noktasına sahiptir.

Alkenler (Olefinler)

Sadece bir tane ikili bağdan oluşan zincir yapısına sahip moleküllerdir.

Genel formülleri C_nH_2n’dir.

Alkinler

Moleküllerinde üçlü karbon-karbon bağı bulunan zincirlerdir.

Genel formülleri C_nH_2n-2’dir.

Hidrokarbon moleküllerinin ham petroldeki dağılımları

Yukarıdaki organik bileşiklerin ham petroldeki dağılımları aşağıdaki gibidir:

Ham Petrol

Ham petrol, farklı kaynama noktası aralıklarına sahip ham fraksiyonlara ayrılır. Genel olarak, hidrokarbon molekülü ne kadar uzunsa, kaynama sıcaklığı o kadar yüksektir. Bu sistemle, soğuyan buhar sıvıya dönüşür ve ardından bunlar yok edilir. A diagram of a gas pipeline Description automatically generated with medium confidence

Doğal Gaz

Doğal Gaz’ın ana bileşeni metan (CH₄)’tür.

Geri kalan bileşenler ise, hidrokarbon oranı yüksek gazlar (etan, propan, bütan vs.) ve hidrokarbon olmayan gazlardan (karbondioksit, nitrojen, hidrojen sülfit, helyum ve argon) oluşur.

Kondense olma (Yoğunlaşma)

Bazı yeraltı gaz rezervlerinde, yüksek sıcaklıklarda, özellikle 5 ila 7 karbon atomu uzunluğunda kısa zincirli sıvı halde bulunması gereken hidrokarbonlar gaz halinde bulunur. Bu gaz yeryüzüne çıkarıldığında, sıcaklık düşer ve sıvı gazdan yoğunlaşır. Bu sıvıya kondensat (yoğunlaşmış) sıvı denir.

Rezervuar Akışkan Özellikleri

Yoğunluk, API Gravitesi, Özgül (Specific) Ağırlık

Ham petrol, yoğunluk açısından karşılaştırılır ve tanımlanır. Yoğunluk (ρ), birim hacim başına düşen o akışkanın kütlesi olarak tanımlanır.

Ham petrol için en yaygın kullanılan yoğunluk ölçeği °API Gravitesi’dir.

API, Washington, D.C. merkezli Amerikan Petrol Enstitüsü’nün kısaltmasıdır.

°API Gravitesi:

A black text with black text

Description automatically generated

Özgül (specific) ağırlık (γ), bir maddenin yoğunluğunun suyun yoğunluğuna olan oranı olarak tanımlanır.

°API hesaplamaları için özgül ağırlık her zaman 60 derece Fahrenheit’ta belirlenir. Örneğin petrolün özgül (specific) ağırlığı aşağıdaki gibi bulunur :

Örneğin tatlı suyun °API değeri 10’dur.

Asıl olarak, ham petrolün °API değeri 5 ile 55 arasında değişir.

Ortalama ağırlıktaki ham petrollerin ise 25 ile 35 arası değişir.

Hafif (Light) petrolün API değeri 35 ila 45 arasındadır. Akışkanlığı yüksek, genellikle şeffaf görünüme sahip olan hafif (light) petrol , benzin açısından zengindir ve en değerli olan petrol çeşidir.

Ağır (Heavy) petrolün °API değeri 25’in altındadır. Viskozitesi yüksek, koyu renkli, önemli miktarda asfalt içeren ağır(heavy) petrol ve daha az değerlidir.

Vizkozite

Viskozite (μ), bir akışkanın akışa karşı iç direncini ifade eder. Dinamik viskozitenin birimi santipoiz (cp)dir. Kinematik viskozite, viskozitenin akışkan yoğunluğuna bölünmesidir ve santistok (cs) cinsinden ölçülür.

Viskozite, petrolün akışa karşı direncini belirlemek açısından önemlidir.. Viskozite ne kadar yüksekse, direnç de o kadar yüksektir. Sıcaklık ile viskozite ters orantılıdır. Ağır (heavy) petrolün viskozitesi genellikle 10 ila 100 cp arasında değişir. Çok ağır(heavy) petrolün viskozitesi ise 10,000 cp’ye kadar çıkabilir.

Rezervuar Kayaç Özellikleri

Gözeneklilik (Porosity)

Gözeneklilik, bir rezervuarın depolama kapasitesini ölçen bir parametredir. Gözenek hacminin genel kaya hacmine (toplam hacim) olan oranı olarak tanımlanır.

Gözeneklilik ya yüzde olarak ya da kesir olarak ifade edilebilir. Eğer bir kumtaşı %8 gözenekliliğe sahipse (ya da 0.08), bu demektir ki %92’si katı kaya ve geri kalan %8’lik oran petrol, gaz ve sudan oluşur. Sembolü Φ’dir.

Gözeneklilik (porosity), kuyudan çıkarılan kayaç örnekleriyle (coring) ya da “wireline well logs” metoduyla ölçülebilir. Bu kayaç örnekleri jeolog yardımıyla incelenir, bu sayede kayanın türü ve yapısı belirlenmiş olur.

Çıkarılan kayaç örnekleri, kesilerek silindir haline getirilir, kayaç örneğinin bu haline “core” denir. Daha sonra kayacın içindeki gözenekler (pores) içindeki tüm sıvılar(petrol, su ve gaz) temizlenir. Bu yapılanların amacı gözenekliliği(porosity) bularak petrol ve gaz oranını öğrenmektir. Gözenekliliği(porosity) bulmak için “porosimeter” adlı alet kullanılır.

Kuyu kaydı (well logging) yöntemi sayesinde de yeraltından bir “core” örneği almadan da gözeneklilik (porosity) bulunabilir. Bu yöntem, yer altının fiziksel özelliklerinin oluşumuyla birlikte kaydedilmesini ifade eder.

Sondaj kuyusunun yukarı çekilmesi sırasında, enstrümanlar çevresindeki kayaların ve sıvıların elektriksel, ses ve radyoaktif özelliklerini uzaktan algılar. Bu ölçümler, bir kuyu kaydı olarak adlandırılan uzun bir kâğıda aktarılır. Bunların amacı, her kaya tabakasının bileşimini belirlemek, kaya tabakasının gözeneklere sahip olup olmadığını ve gözeneklerde hangi sıvının (su, gaz veya petrol) bulunduğunu belirlemek için kullanılır.

Gözeneklilik(porosity) değerlerinin sınıflandırılması

0-5%>>>> Önemsiz düzeyde(insignificant)

5-10%>>>> Zayıf düzeyde (poor)

10-15%>>>> Ortalama-iyi (fair)

15-20%>>>> İyi(good)

20-25%>>>> Mükemmel(excellent)

Geçirgenlik (Permeability)

Geçirgenlik(permeability), bir kayacın sıvıları ne kadar iletebildiğinin ölçüsüdür. Tanımını ilk olarak, suyun kumlar içindeki akışını inceleyen Fransız hidrolog Henry D’Arcy verdi. Formülü aşağıdaki gibidir:

Q: Hacimsel akış (cm³/s), P_b-P_a : Basınç farkı (atm), A: Kesit alanı(cm²), μ: Viskozite(cp), L: Uzunluk(cm). k: Geçirgenlik(D)

Birimi Darcy(D) ya da MiliDarcy(md)’dir. Başındaki “- “negatif işareti Pb’nin yani son basıncın ilk basınçtan küçük olmasıdır. Bunun da sebebi akışkanların yüksek basınçtan alçak basınca doğru hareket etmesidir.

Bir kayanın geçirgenliği ne kadar büyükse, sıvılar kayadan o kadar kolay akabilir. Sadece “core” alınarak ölçülebilen geçirgenlik(permeability), “permeameter” aracılığıyla içindeki sıvılar boşaltıldıktan sonra ölçülür. Boşaltılan “core”a nitrojen veya hava gönderilmesi yardımıyla geçirgenlik” permeability” tespit edilir.

Geçirgenlillik (permeability) değerlerinin sınıflandırılması

1-10md>>>> düşük

10-100md>>>> iyi

100-1000md>>>> mükemmel

Sıvı Doygunluğu (Saturation)

Gözeneklerde(porosity) her zaman petrol ve gaz dışında su da bulunur. Bu yüzden bu sıvıların birbirlerine göre oranları önemlidir. Petrol, gazın ve suyun tüm boşluğa bölünerek bulunan orana doygunluk(saturation) denir.

Petrol ve Gazın Fiyatlandırılması

1970’lerden önce, uluslararası ticaretteki petrolün neredeyse tamamen Yedi Kardeş (Yedi Şirket)’in kontrolü altındaydı. Yedi Kardeş, ilk başta Exxon, Mobil, Gulf, Texaco, ABD’den Standard Oil of California (SOCAL), Birleşik Krallık’tan British Petroleum ve Birleşik Krallık ve Hollanda’dan Royal Dutch / Shell’i içeriyordu. Bu şirketler, petrolü genellikle ev sahibi (çoğunlukla gelişmekte olan) ülkelerle yapılan uzun vadeli anlaşmalarla temin ediyor ve bunu uzun vadeli sözleşmeler kapsamında ya kendi ülkelerindeki bağlı şirketlere (toplam petrol ihracatının %70’i oranında) ya da bağımsız, entegre olmayan akaryakıt şirketlerine ihraç ediyordu.

Petrol İhraç Eden Ülkeler Örgütü (OPEC), 1960 yılında petrol şirketlerinin karteline karşı bir önlem almaya çalışmak amacıyla kuruldu ve 1972 yılına kadar yüksek bir fiyat istikrarı elde etmişti.

OPEC tarafından yönetilen fiyatlandırma sisteminin 1985 yılında çökmesinin ardından, petrol ihraç eden ülkeler piyasa bağlantılı bir fiyatlandırma mekanizmasını benimsemiştir.

İlk olarak 1986 yılında PEMEX (Petróleos Mexicanos) tarafından benimsenen piyasa bağlantılı fiyatlandırma, geniş kabul gördü ve 1988 yılına kadar uluslararası ticarette ham petrolün fiyatlandırılması için ana yöntem haline geldi ve bu hala devam etmektedir.

Ham petrolün iki en önemli özelliği yoğunluk (veya viskozite) ve kükürt içeriğidir.

API gravitesi, ham petrolün yoğunluğunu su yoğunluğuyla karşılaştıran bir ölçüdür. Ham petrolün API gravitesi ne kadar yüksekse, petrol o kadar hafif olur.

Kükürt miktarı ihmal edilebilecek düzeyde olan ham petrol “sweet crude” olarak adlandırılırken, kükürt içeriği önemli olan ham petrol “sour crude” olarak adlandırılır.

Yüksek kaliteli ham petrol; düşük yoğunluklu (hafif) ve düşük kükürt içerikli (sweet) olup genellikle ağır ve kükürtlü benzerlerinden daha pahalıdır.

Referans Noktası

Referans veya belirleyici ham petrol, birçok diğer ham petrole referans noktası olmak için kullanılan ham petrol türüdür. Referans noktaları kullanmak, satıcılar ve alıcılar için petrolle ilgili referans alarak ürünlerini geliştirmelerini daha kolay hale getirir. Mevcut referans veya fiyatlandırma belirleyicileri arasında Brent, WTI ve Dubai/Oman bulunmaktadır.

West Texas Intermediate (WTI) genellikle ABD’de kullanılır. Hafif (API gravitesi olarak) ve “sweet” (düşük kükürt içeriği) olduğundan, düşük kükürtlü benzin ve dizel gibi ürünler üretmek için idealdir.

Brent Blend genellikle Avrupa’da kullanılır. Kuzey Denizi’ndeki 15 farklı petrol sahasından gelen ham petrolün bir karışımıdır.

Dubai ve Oman Dubai Ham Petrolü, Fateh olarak bilinen, Dubai Emirliği’nde üretilen hafif bir ham petrol türüdür. Uzun yıllar boyunca Orta Doğu’da serbestçe ticaret yapılan tek petrol türü olmuştur, ancak zamanla Umman ham petrolü için bir spot piyasası gelişmiştir.