بخشی از مقاله
چکیده:
تلاش براي استخراج و تولید بهترین جریان هیدروکربنی از مخازن زیرزمینی همواره با آلودگی هاي محیطی ناخواسته همراه بوده و این امر صنعتگران را ترغیب می کند تا به مطالعه و تحقیق در مورد تکنولوژي هاي دوست دار محیط زیست بپردازند. با توجه به طبیعت علم نانوفناوري که در آن مواد با ساختار بهتر و در مقادیر بهینه مورد استفاده قرار می گیرند، این فناوري می تواند به کاهش آلودگی هاي ناشی از انجام عملیات در صنایع نفت و گاز کمک شایانی نماید. این مقاله به کاربرد هاي فناوري نانو در حفظ محیط زیست در برابر آلودگی هاي صنعت نفت و گاز پرداخته و آزمایشات مختلف این مطلب را نشان داده است که کاربرد این علم در سیمان و سیال حفاري و همچنین در نانو جاذب ها و نانو فیلتر ها اثرات مفید و خیره کننده اي به جا گذاشته است.
-1 مقدمه
به دلیل افزایش فعالیت هاي جهانی در حیطه صنایع بالادستی نفت و گاز، تولید انرژي در آینده با افزایش ضایعات بیشتري همراه خواهد بود. در این زمینه ایده آل ترین حالتی که محققان براي رسیدن به آن تلاش می کنند، کاهش میزان ضایعات و پسماند ها به میزان صفر است. در این میان عملیات حفاري و سیمان کاري چاه از مهمترین بخش هاي عملیات استخراج و تولید است که سبب ایجاد ضایعات خسارات زیست محیطی فراوان می گردد.
براي مثال قطعات داخل چاه که همراه با گل حفاري به سطح زمین حمل می شوند به خصوص زمانی که آلوده به نفت باشند، براي محیط زیست بسیار خطرناك می باشند. در اولین دوره هاي حیات صنعت نفت، اهمیت کمی به مقوله مدیریت ضایعات حفاري و آلودگی هاي ناشی از سیمان کاري چاه ها داده می شد ولی با افزایش تقاضاي جهانی انرژي و روند رو به رشد حفاري هاي پیشرفته، مسئله حفاظت از محیط زیست بیشتر مورد توجه قرار گرفت. بنابراین امروزه دانستن چگونگی تولید ضایعات حفاري و مدیریت آنها به بهترین روش و همچنین سیمان کاري چاه با کمترین اثرات سوء زیست محیطی بسیار حائز اهمیت است.[1]
یکی از مهمترین فناوري هایی که امروزه در تمامی بخش هاي صنایع به خصوص صنعت نفت و گاز کمک هاي قابل تأملی کرده است، فناوري نانو بوده که باعث پیشرفته هاي چشم گیري در تمامی حوزه هاي این صنعت شده است. امروزه این فناوري در حفاظت از محیط زیست کارآیی بالاي خود را به خوبی نشان داده و پتانسیل کاربرد هاي بیشتر را نیز دارد. در این راستا محصولات نانوفناوري زیست محیطی1را می توان به گونه وسیعی در فرآیندهاي بازسازي و حفظ محیط زیست مورد استفاده قرار داد. .[2]
براي مثال از آنجائیکه نانوفناوري علمی است که به کاهش مصرف مواد - کاهش ضایعات - و همچنین اصلاح ساختار و بهبود فرآیند ها کمک شایانی می نماید، محققان به این نتیجه رسیده اند که استفاده از نانو مواد در ساختار سیالات حفاري می تواند آنها را تبدیل به موادي با مضرات بسیار پایین زیست محیطی گرداند. در این حالت غلظت نانوذرات در سیال بسیار پائین بوده - معمولا کمتر از - %1 و شرایط حفاري را در محیط هاي نامناسب بسیار بهبود می بخشد.[3]
این مقاله به بررسی کاربرد نانوفناوري در حفظ محیط زیست در فعالیت هاي صنایع بالا دستی و پایین دستی نفت و گاز در بخش هاي مختلف این صنعت همانند سیمان و سیال حفاري و همچنین مزایاي استفاده از نانوموادي از جمله نانوسیلیکا، گرافن، نانوذرات اکسید روي و نانو جاذب ها می پردازد و کاربردهاي مواد مختلف نانوساختار را در این حوزه مورد بررسی قرار می دهد.
-2 کاربرد فناوري نانو در بهبود آثار عملیات سیمان کاري چاه :
سیمان کاري چاه هاي عمیق نیاز به موادي دارد که متفاوت از مواد بکار رفته در عملیات معمولی است. بنابراین نانوذرات، به خصوص نانوسیلیکا، نانواکسید آهن و نانوآلومینا جهت افزایش استحکام و مقاومت سیمان بکار می روند. در این خصوص نانوسیلیکا ماده اي است که هم در سیمان کاري چاه و هم در عملیات ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد. نانوسیلیکا از ذرات بسیار ریزي که در حدود 1000 بار کوچکتر از ذرات معمولی سیمان می باشد تشکیل شده و قابلیت هاي آن به عنوان افزایه مناسب جهت بالا بردن استحکام، پایداري و کاهش تراوائی سیمان اثبات شده است .[4]
از این رو استفاده از نانو ذرات یکی از بهترین روش ها براي کاهش نفوذپذیري2 و تخلخل3 ساروج یا بتن سیمانی در صنعت ساختمان سازي است.[5] بعضی از مطالعات مشابه به منظور پایین آوردن تخلخل و نفوذ پذیري سیمان حفاري نیز انجام شده که نتایج آن در جدول زیر آمده است. جدول شماره1 تغییرات تخلخل و نفوذپذیري را در مقابل درصد هاي مختلف نانوسیلیکا نشان می دهد که مشاهده می شود که اضافه نمودن 1% وزنی نانو سیلیکا به مخلوط دوغاب سیمان، تخلخل و نفوذپذیري را به ترتیب 33/3% و 99% کاهش می دهد.[6]
-3 کاربرد فناوري نانو درشبهبود سیال حفاري
امروزه در صنعت حفاري سعی می شود از سیالاتی استفاده شود که کمترین اثرات سوء زیست محیطی را داشته باشند. براي مثال محققان به این نتیجه رسیده اند که حفاري سازندهاي ماسه سنگی با استفاده از سیالات پایه آبی داراي فوائد زیست محیطی و اقتصادي فراوان می باشد و در این حالت سیالات حاصل به گونه اي فرموله می شوند که داراي کمترین میزان هزینه باشند. همچنین بررسی ها نشان می دهد که سیالات پایه آبی با عملکرد بالا داراي مزایائی از جمله کاهش اثرات سوء محیط زیستی، هزینه هاي پائین تر و هرزروي کمتر می باشند.
براي مثال محققان از سیالات پایه آبی با عملکرد بالا داراي پلی اکریل آمید هاي هیدرولیز شده و افزایه هاي پلی آمید در عملیات حفاري چندین چاه در خلیج فارس استفاده نموده و به این نتیجه رسیدند که داراي اثرات زیست محیطی مطلوبی می باشد. همچنین نانوموادي مانند نانوگرافن و سایر مواد نانوساختار نیز به عنوان افزایه هاي سیال حفاري وجود دارند که می توانند سیالات حفاري را به دو دسته: نانوسیالات ساده و نانوسیالات پیشرفته دسته بندي نمایند. استفاده از این نانوذرات میزان مواد شیمیائی و جامدات موجود در سیال حفاري را به میزان چشمگیري کاهش داده و در نتیجه سبب کاهش هزینه کلی و اثرات سوء محیط زیستی عملیات می گردد.[7]
نیاز است تا از افزایه ها و موادي در ساختار سیال حفاري استفاده گردد که تا حد ممکن از هرزروي آن که سبب آلودگی محیط زیست و نیز وارد نمودن آسیب به سازند می شود جلوگیري گردد. این افزایه ها از طریق تشکیل فیلتر کیک در اطراف دیواره چاه سبب جلوگیري از هرزروي سیال حفاري می شوند. امروزه،گرافن به عنوان یک تک لایه از گرافیت به دلیل خواص مناسبی که دارد مورد توجه محققان قرار گرفته است.
یکی از مهمترین خصوصیات این تک لایه داشتن سطح ویژه اي در حدود 2965 مترمکعب بر گرم است که می تواند به عنوان غشایی که حتی در برابر گاز هلیوم ناتراوا است عمل کند. به همین دلیل می تواند به عنوان فلیتر عمل کند. اما از آنجائیکه توزیع قطعات بزرگ این ماده در محیط هاي آبی مشکلاتی را در گل حفاري پایه آبی ایجاد می کند، محققان پیشنهاد می کنند که از اکسید گرافن در این زمینه استفاده گردد. زیرا این ماده در محیط هاي آبی پایدارتر است و مورفولوژي صفحه اي خود را که سبب تشکیل فیلتر کیک مطلوب می شود حفظ می کند.
