درجة API والكثافة والتحويل بين الكتلة والحجم: دليل في هندسة البترول

ابدأ بالشروط المرجعية

تعرّف EIA درجة API من خلال الكثافة النسبية للبترول عند 60 °F مقارنة بالماء عند 60 °F. الكثافة النسبية SG نسبة كثافتين بلا أبعاد. درجتا الحرارة مهمتان: تعادل 60 °F نحو 15.56 °C، والكثافة المرصودة عند درجة حرارة أخرى ليست تلقائياً الكمية المرجعية نفسها. ينبغي أن يحدد تقرير المختبر العينة والطريقة ودرجة الحرارة وأساس عرض النتيجة.

احتفظ بتعريف المائع مع القيمة. النفط الخام والمكثفات والمنتج المكرر وطين الحفر مواد مختلفة، حتى إن تشابهت نسب كثافتها المعلنة. تتناول الأمثلة التالية سائلاً بترولياً واحداً عند الشرط المرجعي المحدد. ولا توفر تصحيحاً عاماً للماء أو المواد الصلبة العالقة أو الغاز المحتبس أو تغير تركيب الأطوار.

حوّل درجة API إلى كثافة نسبية

علاقة EIA هي °API = 141.5 / SG − 131.5. وبإعادة ترتيبها نحصل على SG = 141.5 / (°API + 131.5). لذلك تعني درجة API الأعلى كثافة نسبية مرجعية أقل. للماء على هذا الأساس النسبي SG = 1، وبالتالي 10 °API. تعرّف المعادلة مقياساً لعرض البيانات؛ ولا تحدد تركيب النفط أو لزوجته.

للعينة الافتراضية ذات 35 °API، تكون SG = 141.5 / 166.5 = 0.84984985 بعد التقريب. وتعطي عينتا 20 و50 °API القيمتين 0.93399340 و0.77961433 على الترتيب. تعيد القيم غير المقربة، عند إدخالها في معادلة API، المدخلات الأصلية. قد يكفي التقريب المبكر إلى 0.85 لتقدير سريع، لكنه لا ينبغي أن يحل محل القيمة الأصلية في حساب قابل لإعادة الإنتاج.

حوّل النسبة إلى كثافة ذات وحدات

يعرض مقال NIST الصادر في أغسطس 2005 بشأن اختبار عدادات النفط بالوزن الكثافة عند 60 °F بوحدة الرطل لكل غالون أمريكي على الصورة SG × 8.337193. يعطي مثاله المنشور عند 28.3 °API نحو 7.38 lb/US gal، وهي نتيجة يعيد حسابنا إنتاجها. هذا مرجع تقني تاريخي لعلاقة التحويل، وليس ادعاءً بأن المقال يحل محل متطلبات القياس الحالية.

باستخدام المعامل نفسه، تعطي عينة 35 °API كثافة 7.08536222 lb/US gal. يحتوي البرميل البترولي على 42 غالوناً أمريكياً، ويساوي الرطل الدولي avoirdupois مقدار 0.45359237 kg، والطن المتري 1,000 kg. تورد EIA وNIST نحو 0.1589873 m³ لكل برميل بترولي. يمنع التصريح بالغالون الأمريكي استخدام الغالون الإمبراطوري المختلف بدلاً منه.

معادلة الكتلة التوضيحية هي m[t] = V[bbl] × 42 × SG × 8.337193 × 0.45359237 / 1000. وبقسمة الكتلة بالكيلوغرام لكل برميل على عامل الحجم المقرب نحصل على نحو 849.01 kg/m³ لعينة 35 °API. لذلك تكون كثافة SI المعروضة تقريبية. الاحتفاظ بأرقام إضافية في الحساب يحسن قابلية إعادة الإنتاج؛ ولا يضيف دقة إلى معامل المصدر أو قياس العينة.

احسب شحنة وقارن الحالات الثلاث

افترض شحنة افتراضية مقدارها 100,000 bbl، مع التعبير عن حجمها مسبقاً عند 60 °F وعلى أساس ضغط متوافق. عند 35 °API تعطي المعادلة 13,498.24 t بعد التقريب. ويبلغ العامل العكسي نحو 7.4084 bbl/t. يفقد عامل عام للبراميل لكل طن الاعتماد على كثافة السائل. كما أن تطبيقه على حجم مقاس عند درجة حرارة خزان غير مصححة يضيف مشكلة أخرى لم تُحل.

عند تثبيت الحجم المرجعي عند 100,000 bbl، تعطي حالة 20 °API كتلة 14,834.70 t، وحالة 50 °API كتلة 12,382.68 t. يقارن المخطط المصاحب هذه الكتل المحسوبة. هذه مقارنة معزولة لأثر الكثافة؛ ولا تقيس معدل معالجة مصفاة أو مردود المنتجات أو جودة الخام فيما يتجاوز الكثافة أو تغيراً في الإنتاج الفعلي. ويحتاج الحجم اليومي إلى مقام زمني خاص به قبل عرضه كمعدل كتلي.

امزج الكثافات قبل العودة إلى درجة API

لنأخذ حساباً افتراضياً ثانياً: حجمين مرجعيين متساويين من السائلين ذوي 20 و50 °API، مع افتراض قابلية جمع الأحجام وعدم فقد المادة. في ظل هذه الفرضيات نأخذ متوسط الكثافتين النسبيتين: SGblend = (0.93399340 + 0.77961433) / 2 = 0.85680386. تطبيق معادلة API على المتوسط غير المقرب يعطي 33.64865 °API، أي نحو 33.65 °API.

يعطي المتوسط المباشر لدرجتي API مقدار 35 °API، وهي إجابة مختلفة لأن التحويل إلى API غير خطي. افتراض تساوي الحجمين جوهري؛ فتساوي الكتلتين يحتاج إلى حساب حجم مختلف. وقد تنحرف الخلائط الفعلية أيضاً عن قابلية جمع الأحجام. عند النقل أو المزج الحقيقيين، استخدم خصائص المزيج المقاسة وطريقة التصحيح المناسبة، ولا تعامل هذا المثال التعليمي كتنبؤ معتمد للمزيج.

افصل الحساسية العددية عن عدم يقين القياس

عند تثبيت الحجم المرجعي والمعامل، تتناسب الكتلة مع 1 / (°API + 131.5). لذلك تكون الحساسية النسبية من المرتبة الأولى Δm/m ≈ −ΔAPI / (°API + 131.5). حول 35 °API، يقابل تغير افتراضي قدره ±0.5 °API تغيراً كتلياً بنحو ±0.3003% عند ثبات جميع المدخلات الأخرى.

هذه حساسية محلية وليست فترة ثقة أو ادعاءً بدقة جهاز. يجب أن تتناول ميزانية عدم يقين القياس أيضاً قياس الحجم وأخذ العينات وتحديد درجة الحرارة والمعايرة وأي اعتماد متبادل بين المدخلات. يوضح نقاش NIST لاختبار العدادات سبب احتمال الحاجة إلى فرضيات عند استخدام بيانات المنتج لدفعات متعاقبة. ولا تزيل زيادة المنازل العشرية في تحويل API إلى SG تلك الفرضيات.

افصل الحسابات الهندسية عن أرصاد مجموعات البيانات

لا يمكن تحويل طاقة سنوية لمصفاة بالطن إلى براميل يومياً بصورة مسؤولة من دون كثافة وأساس زمني مناسبين. وحتى التحويل الصحيح بين الكتلة والحجم لا يجعل طاقة اليوم التقويمي وطاقة يوم التشغيل وكمية المعالجة السنوية الفعلية كمية واحدة. يشرح دليل طاقة المصافي المرتبط هذه المقامات. هذه الكثافات الافتراضية ليست قيماً جديدة للطاقة لأي سجل في أطلس المصافي.

ينطبق الانضباط نفسه على الآبار. كثافة مائع الحفر المستخدمة في حسابات الضغط الهيدروستاتيكي ليست قياساً لدرجة API للنفط المنتج. يجب الحفاظ على تسمية حقل المصدر والمائع والشروط المرجعية عند أي إعادة استخدام. ربط قراءات تقنية لا يثبت أن سجلين يصفان البئر المادية نفسها، أو أن حقلاً يغذي مصفاة، أو أن خاصية غير منشورة لمائع أصبحت معروفة.

خطوات قابلة لإعادة الإنتاج وحدودها

سجّل قيمة API الأصلية وأساسها المرجعي؛ واحسب SG دون تقريب مبكر؛ وطبّق معامل الكثافة المختار والمعلن؛ وتتبّع الوحدات عبر تحويلات البرميل والغالون والرطل والطن؛ ثم قرّب النتيجة المعروضة فقط. ينبغي للحساب العكسي أن يعيد قيمة API وحجم الشحنة الأصليين ضمن حدود التقريب المعلن. احتفظ بالمراجع وفرضيات الحساب عند مشاركة النتيجة.

في التطبيق الهندسي الفعلي، تحقق من أن الحجم والكثافة المقاسين يخصان العينة والطور والشروط نفسها. احصل على تصحيحات مناسبة للحرارة أو الضغط عندما لا يتحقق ذلك. لا توفر درجة API وحدها هذه التصحيحات ولا تحليلاً كاملاً للخام. الأمثلة هنا تعريفات وحسابات قابلة لإعادة الإنتاج روجعت في 11 نوفمبر 2026؛ وليست تعليمات تشغيل أو شهادة قياس أو توقعاً للإنتاج.