بخشی از مقاله
تاثیر نانوذرات بر ویسکوزیته نانوسیال
چکیده
امروزه اکثر مخازن نفتی با کاهش فشار و کاهش تولید مواجه شدهاند، از سوی دیگر افزایش جهانی تقاضای انرژی به عنوان یکی از چالشهای اساسی آینده ضرورت استفاده از تکنولوژیهای نوین نظیر نانوفناوری را در ازدیاد برداشت بیش از پیش برجسته میسازد. هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر نانوذرات بر ویسکوزیته نانو سیال میباشد. برای این منظور نانو رس، سیلیکا و اروسیل 380 در آب پراکنده میگردد و ویسکوزیته آن مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج نشان دهندهی موثر بودن نوع نانو و درصدوزنی نانو بر ویسکوزیته نانو سیال میباشد. همچنین نتایج نشان دادند که با افزایش درصدوزنی نانوذرات، ویسکوزیته نانوسیال افزایش مییابد.
کلمات کلیدی: نانو ذرات، نانوسیال، ویسکوزیته، ازدیاد برداشت
.1 مقدمه و مبانی نظری
نفت خام نقش مهمی را در تهیه انرژی در سراسر جهان ایفا میکند. افزایش مصرف انرژی به دلیل افزایش تقاضا، نگرانی برای کمبود منابع نفت خام را به همراه داشته است. بیشک کاهش تدریجی تولید نفت در مخازن هیدروکربنی واقع در گسترهی کشور پهناور ایران چه در مناطق خشکی و چه در مناطق دریایی به دلیل افت فشار روند افزایشی دارد. در حال حاضر اکثر مخازن نفتی ایران در مراحل تولید اولیه یا ثانویهی خود بوده که در آیندهای نزدیک، با افت تولید مواجه خواهند شد. به همین دلیل و با توجه به افزایش مصرف جهانی نفت لزوم افزایش تولید از مخازن نفت، بیش از پیش آشکار میشود. لذا برای تولید هرچه بیشتر و سریعتر نفت از مخازن نفت باید موانع و مشکلات موجود را با استفاده از روشهای ازدیاد برداشت برطرف نمود.
نانوفناوری به عنوان یک تکنولوژی نوین جایگاه ویژهای را در صنایع به خود اختصاص داده است و اهمیت آن در صنعت نفت که به عنوان یکی از بزرگترین منابع انرژی حال حاضر است بر کسی پوشیده نیست. نانوتکنولوژی میتواند با حضور در بخشهای مختلف اکتشاف، حفاری، بهرهبرداری و ازدیاد برداشت از یک مخزن نفتی، تحولی عظیم را در بخش بالادستی
1
صنعت نفت ایجاد کند .[1-3] استفاده از نانوذرات به عنوان سنسور، عامل ازدیاد برداشت و افزودنی سیال حفاری از مهمترین کاربردهای این تکنولوژی میباشد .[4]
از فاکتورهای مهم و تاثیرگذار در میزان بازیافت نفت، ترشوندگی سنگ مخزن و میزان کششبین نفت درون مخزن و سیالات تزریقی است. از اینرو تغییر ترشوندگی سنگ در جهت مطلوب و کاهش کشش بین سطحی میتواند در بهبود بازیافت نفت بسیار موثر باشد. کاهش کشش بینسطحی و زاویه تماس با استفاده از نانوذرات امکان پذیر میباشد. نانوسیال تزریقی به مخزن مانند یک سورفکتانت قوی کشش سطحی را کاهش و در نهایت تولید را افزایش میدهد.
نانو سیال، سیالی است که نانوذرات با اندازههای کوچکتر از 100 نانومتر به صورت یکنواخت و پایدار در سیال پایه از قبیل آب، اتیلن گلایکول، پروپیلن گلایکول و روغن معلق هستند .[5-9] نانو سیال کاربرد گستردهایی از جمله ازدیاد برداشت از مخازن نفتی و همچنین بهبود انتقال حرارت، کاهش توان لازم برای پمپاژ و کاهش اندازه سیستمهای انتقال حرارت میباشند .[5]
مکانیسم بازیافت نفت توسط نانوسیال توسط واسان و نیکولوو1 در سال 2003، چنگارا2 در سال 2004 و وسان و همکاران در سال 2011 به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت .[10-12] اگولو 3 و همکاران در سال 2012 امکان استفاده از نانوذرات مختلفی از جمله اکسید آلومینیوم، روی، منیزیم، آهن، زیرکونیوم، نیکل، قلع و سیلیکون را در ازدیاد برداشت مورد بررسی قرار دادند .[13] هندرنینگرت4 در سال 2013 با تزریق نانوسیال به داخل مغزه به کاهش کشش بین سطحی آب و نفت و زاویه تماس فاز آبی پی برد. همچنین بیان نمود که با افزایش غلظت نانوذرات موجود در نانوسیال، کشش بین سطحی و زاویه تماس بیشتر کاهش مییابد .[2]
ویسکوزیته نانوسیال یک پارامتر مهم در انتقال سیال میباشد. تعیین ویسکوزیته نانوسیال برای محاسبه دقیق میزان افزایش تولید، توان پمپاژ، اعداد رینولدز و پراندل و ضریب انتقال حرارت همرفتی ضروری میباشد . [5, 8]
.2 مواد و روش آزمایش
در این تحقیق از آب یونزدودهشده و سه نانوذرهی نانورس، نانوسیلیکا و اروسیل 380 استفاده شد. نانوذرات در هفت درصدوزنی متفاوت توسط دستگاه اولتراسوند در آب پراکنده شد. فاکتورها و سطوح انتخابی در جدول 1 قابل مشاهده میباشد. جهت اندازهگیری ویسکوزیته آب و نانوسیال از دستگاه رئومتر بروکفیلد استفاده شد. این دستگاه قابلیت اندازهگیری ویسکوزیته و تنش برشی در سرعتهای برشی معین را دارا میباشد. لازم به ذکر است که این دستگاه از شناساگر مقاومتی درجه حرارت5 برای ثبت دقیق دما بهره میبرد. در نهایت تاثیر عوامل انتخابی بر روی متغیر پاسخ توسط نرمافزار طراحیآزمایش6 و طرح دی-بهینه7 بررسی شد که مقدار ویسکوزیته نانوسیال به عنوان متغیر پاسخ در نظر گرفته شد. ویسکوزیته نانوسیالات بلافاصله پس از ساخت در دمای 20 درجه سانتیگراد اندازهگیری شد.
