بخشی از مقاله
چکیده
امروزه نفت و گاز بعنوان حیاتیترین نیاز بشر به شمار آمده و فرآیند تولید و استخراج بهینه سیال از مخازن هیدروکربوری یکی از دغدغههای جهان کنونی در زمینه تامین سوخت میباشد. حال آنکه با در نظر گرفتن محدودیت منابع نفتی و گازی در جهان و نیز توانائی محدود بشر در اکتشاف، تولید و بهرهبرداری از منابع هیدروکربوری، نیاز به توسعه فناوریهای جدید در جهت توسعه علمی و عملی استخراج و تولید احساس میشود.
در این راستا پیدایش فناوری نانو نقش مهمی را در جهت توسعه و بهبود صنایع نفت و گاز داشته است. فناوری نانو این ظرفیت و پتانسیل را دارد که تغییرات متحول کنندهای را در حوزههای مختلف صنایع نفت و گاز نظیر اکتشاف و استخراج، حفاری، تولید و ازدیاد برداشت به وجود آورد. در این مقاله ضرورت استفاده از نانوتکنولوﮊی در صنایع بالادستی نفت و گاز و همچنین چالشهای صنعت نفت و گاز مورد بررسی قرار گرفته و بهطور خلاصه پیشرفتهای صورت پذیرفته در عرصه نانو فناوری در صنعت نفت و گاز به همراه خلاصهای از راه حلهای ممکن در برخی از زمینههای پراهمیت ارائه شده است.
در ادامه به چگونگی استفاده از فناوری نانو به صورت مجزا در بخشهای مختلف ازدیاد برداشت نفت مانند: مخازن نفت سنگین، روشهای ازدیاد برداشت حرارتی و همچنین ازدیاد برداشت نفت به روش شیمیایی پرداخته شده است.
-1 مقدمه
به طور کلی، نانوتکنولوﮊی به حوزهای از علم و فناوری میپردازد که با مقیاس اتمی و مولکولی، عموماﹰ ۰۰۱ نانومتر یا کوچکتر، و چگونگی ساخت این گونه مواد سروکار دارد. از این رو نانوتکنولوﮊی دامنه وسیعی را دربر میگیرد؛ ساخت نانوساختارهای تابعی با خواص مهندسی، ساخت و پرداخت نانومواد، شیمی سوپرمولکولها، تکنیکهای خود مونتاﮊ و خود جایگزین، بستن و سختشدن آلیاﮊهای نانوساختاری، بهرهگیری از اثرات کوانتوم، خلق الگوها و سنسورهای شیمیایی و زیستی، تغییر سطوح و فیلمها از آن جملهاند. پیشرفتهای حاصل در نانوتکنولوﮊی به توسعه و گسترش مواد و ابزار بسیار پیشرفته، و ویژگیهای بسیار قابل توجهی از آنها انجامیده است که نمیتوان بدون استفاده از این گونه فناوریها به آنها دست یافت.
تحقیقات و کارهای صورت گرفته در این زمینه به ترکیبی منحصربفرد از خواص مکانیکی، گرمایی، الکترونیکی، نوری، مغناطیسی و شیمیایی از مواد در مقیاس نانو رسیده است.
نانوتکنولوﮊی قادر به تاﹾثیرگذاری بسیار شگرف بر روی تمامی بخشهای صنعت خواهد بود. به عنوان مثال، در کاربردهای بخش نفت و گاز، نانوتکنولوﮊی میتواند با بهبود ظرفیت حرارتی و جداسازی درون چاهی به گسترش منابع جدید کمک نماید.
از آنجا که در صنعت نفت و گاز استحکام و پایداری مواد مورد استفاده از اهمیت فوق العادهای برخوردار میباشد، دقت بسیار زیاد به کار رفته در ساخت نانو مواد نه تنها به استفاده از ابزاری با ابعاد بسیار کوچک منجر میشود، بلکه با موادی جدید و با خصوصیات به شدت بهبود یافته روبرو خواهیم بود. در یکی از مقالات منتشر شده در سال ۹۰۰۲ به این نکته اشاره گردیده است که استفاده از فناوریهای نانو میتواند حتی به افزایش ۰۱ درصدی ضریب برداشت میانگین در سراسر دنیا انجامیده و به دلیل پیشرفتهای بسیار سریع صورت گرفته در زمینه تحقیقات نانوتکنولوﮊی در صنعت نفت و گاز، کاربرد بسیار زیاد آنها در این صنعت در آینده نزدیک انتظار میرود. کاربرد نانوتکنولوﮊی در تهیه سورفکتانتها روزنههای امیدی را در جهت ازدیادبرداشت نفت باز خواهد نمود.
به دلیل کنترل بهتر این گونه مواد در مخازن زیرزمینی اعم از محل دقیق تزریق و مسیر جابجایی آنها نسبت به مواد کنونی، میتوان میزان نفت بیشتری را از درون محیط متخلخل استخراج کرد. به کمک نانوتکنولوﮊی نیز میتوان سنسورهای بسیار ریزی را در جهت کسب اطلاعات دقیقتر از درون مخزن و تعیین خواص سنگ و سیال طراحی نمود. کاربرد دیگر فناوری نانو در صنعت نفت و گاز استفاده از انواع بسیار جدید "سیالات هوشمند" جهت افزایش برداشت نفت و نیز در ساخت سیالات حفاری میباشد. این گونه سیالات هوشمند میتوانند با تغییر ترشوندگی سنگ مخزن، کاهش افت فشار ناشی از نیروی اصطکاکی، و تثبیت ماسه به بهبود عملیات حفاری کمک نمایند. استفاده از نانوکاتالیزورها نیز باعث بهسازی درجای نفتهای سنگین و قیری به افزایش تولید نفت در این گونه مخازن منجر خواهد شد
-2 ضرورت استفاده از نانوتکنولوﮊی در صنایع بالادستی نفت
در واقع، نانوتکنولوﮊی به دو شاخه اصلی و مجزا تقسیمبندی میشود. به طور واضحتر، عبارت "نانوتکنولوﮊی" مکرراﹰ در جایگاه "نانوتکنولوﮊی مولکولی" 1 - شق١ - استفاده میگردد که از مفاهیم سنتز مکانیکی بر پایه طراحی مولکولی و مکان-دقیق
- گروههای تحمیل شده٢ - ، و با استفاده از سیستمهای ماشینی- ابزار کاوشی پیماشگر - قًA ,ق1ح - یا نانورباتهای درکسلر٣ بهره میبرد.
شاخه دیگر نانوتکنولوﮊی به عنوان "شیمی سوپرمولکولی" معرفی شده است که از مفاهیم بنیانی خود-مونتاﮊ مولکولی بدون راهنمایی و مدیریت از منابع خارجی استفاده مینماید. در خود-مونتاﮊها، تمامی نانوساختارهای نهایی به شکل مولکولس های مورد استفاده "کدگذاری میشوند" و دارای خواصی مشابه با آنها میباشند. تحقق ساختارهای خاص و مطلوب نانوذرات معلق سوپرمولکولی به کمک تغییرات دقیق در پارامترهای ماکروسکوپی سیستم مانند ترکیب سیستم، انجام میپذیرد. در
حقیقت، تغییرات فازی در تهیه نانوکلوییدها به شدت بر خواص ماکروسکوپی توده نانوسیال تاثیرگذار است. در صنعت نفت، بخش اعظم مولکولهای خود مونتاﮊ به بخش قابل حل "آسفالتینها" تعلق دارد.
با این تفاسیر، عبارت "نانوتکنولوﮊی" را میتوان برای هر عملیات صنعتی که بر پایه مفاهیم نمودارهای پیچیده نانوفازی سیالات نفتی طراحی و اجرا میشود به کار برد. چنین تکنولوﮊی باید دربردارنده فرآیندهایی باشد که به طور خاص طراحی شده تا با پیشگیری/ تحریک هدفمند تبدیلات فازی خاص در نانوکلوییدهای نفتی، خواص مهم توده سیال نفت را بهبود بخشیده و یا حداقل از بین نبرد.
طبق یافتههای افدوکیموف١ و همکاران در سال ۶۰۰۲، مدارک کافی دال بر آنکه نفت خامهای محلی خود به عنوان "نانو سیالات آمیزشی" تلقی میگردند وجود دارد. از این رو، بهتر است که تکنولوﮊیهای رایج/ نوظهور جهت مهندسی مخازن به شکل "فناوریهای نانو" پدیدار گشته و به گونهای بهینه سازی و طراحی گردند که پیچیدگی خاص نمودارهای فازی نانوکلوییدهای ذاتی نفت، نظیر مولکولهای آسفالتین را در نظر بگیرند. این امر لااقل سبب نگهداری ساختار درونی و حساس نفتهای خام خواهد گردید - این رویکرد را میتوان به نام "نانوتکنولوﮊی نفت" در نظر گرفت. - توجه به خطوط مرزی نانوفازی میتواند از پیشامد مشکلات خاص در حین عملیات مختلف نظیر افزایش ناخواسته گرانروی و نقطه ریزش سیال و یا رسوب
محتوای آسفالتینی آن جلوگیری نموده و یا سبب بهبود کیفیت نفت از طریق جداسازی سازندههای سبک و سنگین آن گردد
۳- چالشهای صنعت نفت و گاز و راه حلهای نانوتکنولوﮊی
صنعت نفت و گاز و به طور وسیعتر صنعت انرﮊی با چالشها و مشکلات عدیدهای در بخشهای مختلف خود در ساخت مواد و ابزار مورد نیاز و طراحی روشها و عملیات ایمن روبرو میباشد. این مشکلات - که خلاصه آنها در جدول ۱ آورده شده است - ما را به جستجویی عمیق در پی یافتن راه حلهای اساسی جهت رفع آنها وامیدارد. در سالهای اخیر، فنآوریهای نانو توجه زیادی را در ارایه روشهایی جهت رفع این گونه مشکلات به خود جلب نمودهاند. در ادامه بهطور خلاصه پیشرفتهای صورت پذیرفته در عرصه نانوفناوری در صنعت نفت و گاز را به همراه خلاصهای از راه حلهای ممکن در برخی از زمینههای پراهمیت مرور خواهیم کرد.
