کاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت
۰ ۴۵۵۸ ۵ ۱۳۹۲/۰۵/۲۳ ۰۸:۵۷
کاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت
چکیده: در فناوری نانو خواص فیزیکی مواد نانو ابعاد در حوزه ای بین اثرات کوانتومی و خواص توده قرار می گیرد، علوم و فنون نانو محصول مطالعات دانشمندان در رشته های مختلف بوده است که با راه حل ها و روشهای گوناگون و خلاقانه به صورت مجموعه ای از فنون علمی کارآمد در آمده است.در این نوشتار به بررسی کاربردهای نانو در بخش هایی از صنعت نفت پرداخته در ابتدا به کاربرد کلی آن در صنعت پرداخته سپس به مشبک کاری چاه های نفت و تاثیرات استفاده از فناوری نانو پرداخته و در ادامه به کاربرد نانو در فرایندهای پالایش از جمله کاربرد در کراکینگ کاتالیستی اشاره ای شده است. واژه های کلیدی: نانو فناوری- نانوکاتالیست- مشبک کاری - نانومواد مقدمه:در حدود سال 1950 فیزیکدان معروف آمریکایی پروفسور ریجارد فایتمن پیشنهاد ساخت یک موتور الکتریکی با ابعاد کمتر از 64/1 اینچ را داد و برای اولین بار کسی که موفق به ساخت آن شود جایزه 1000 دلاری تعیین نمود کسی حتی فکر این را هم نمی توانست بکند که روزی فرا برسد که بشر توانایی تغییر در ساختار مولکول ها که ابعاد بسیار کوچکتری از 64/1 اینچ دارند پیدا کند.نانوفناوري در تعريف بسيار ساده، يعني تکنولوژي هايي که در ابعاد نانومتر عمل مي کنند. نانومتر واحد اندازه گيري است و برابر باصنعت نفت نیز مانند سایر صنایع نیاز اساسی به این دارد که با عبور در روش های سنتی و گام نهادن در اره نانوتکنولوژی انقلابی در دل خود به وجود آورد با توجه به اینکه محصولات نانون دارای مقاومت های بسیار بالایی هستندو از آنجا که در صنعت نفت با حجم بالای فرسایش ابزار و مواد مورد استفاده روبرو هستیم کاربرد نانو مواد تحولی عظیم در کاهش هزینه ها و مواد اولیه به همراه خواهد داشت.در این مقابله به بخشی از این کاربردها می پردازیم. مواد نانو صنعت نفت تقريباً در تمام فرآيندها احتياج به موادي مستحكم و مطمئن دارد. با ساخت موادي در مقياس نانو مي‌توان تجهيزاتي سبكتر، مقاومتر و محكم‌تر از محصولات امروزي توليد نمود. شركت نانوتكنولوژيGPيكي از پيشگامان توسعة كربيد سيليكون، يك پودر سراميكي در ابعاد نانو مي‌باشد. با استفاده از اين پودرها مي‌توان مواد بسيار سختي توليد نمود. اين شركت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقيق بر روي ساير مواد مركب مي‌باشد و معتقد است كه مي‌توان با نانوكريستال‌ها تجهيزات حفاري بادوامتر و مستحكم‌تري توليد كرد. همچنين متخصصان اين شركت يك سيال جديد حاوي ذرات و نانوپودرهاي بسيار ريز توليد نموده‌اند كه به‌طور قابل توجهي سرعت حفاري را بهبود مي‌بخشد. اين مخلوط آسيب‌هاي وارده به ديوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابليت استخراج نفت را افزايش مي‌بخشد. آلودگي آلودگي توسط مواد شيميايي و يا گازهاي آلاينده يك مبحث بسيار دشوار در توليد نفت و گاز مي‌باشد. نتايج بدست‌آمده از تحقيقات دانشمندان حاكي از آن است كه نانوتكنولوژي مي‌تواند تا حد مطلوبي به كاهش آلودگي كمك كند. در حال حاضر فيلترها و ذراتي با ساختار نانو در حال توسعه مي‌باشند كه مي‌توانند تركيبات آلي را از بخار نفت جدا سازند. اين نمونه‌ها عليرغم اينكه اندازه‌اي در حدود چند نانومتر دارند، داراي سطح بيروني وسيعي بوده و قادر به كنترل نوع سيال گذرنده از خود مي‌باشند. همچنين كاتاليست‌هايي با ساختار نانو جهت تسهيل در جداسازي سولفيد هيدروژن، آب، مونوكسيدكربن، و دي‌اكسيد كربن از گاز‌طبيعي در صنعت نفت بكار گرفته مي‌شوند. در حال حاضر مطالعاتي بر روي نمونه‌هايي از خاك رس در ابعاد نانو و جهت تركيب با پليمرهايي صورت مي‌پذيرد كه بتوانند هيدروكربن‌ها را جذب نمايند. بنابراين مي‌توان باقيمانده‌هاي نفت را از گل حفاري جدا نمود. سنسورهاي هيدروژن خود تميز كننده خواص فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌هاي تيتانيا در مقايسه با هر فرمي از تيتانيا بارزتر مي‌باشد، بطوري‌كه آلودگي‌هاي ايجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهي از بين مي‌روند. تا اينكه سنسورها بتوانند حساسيت اصلي خود نسبت به هيدروژن را حفظ نمايد. تحقيقات انجام‌گرفته در اين زمينه حاكي از آن است كه نانوتيوب‌هاي تيتانيا داراي يك مقاومت الكتريكي برگشت‌پذير مي‌باشند، بطوري‌كه اگر هزار قطعه از آنها در مقابل يك ميليون‌اتم هيدروژن قرار بگيرند، مقاومت الكتريكي آن در حدود يكصد ميليون درصد افزايش مي‌يابد. سنسورهاي هيدروژن بطور گسترده‌اي در صنايع شيميايي، نفت و نيمه‌رساناها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از آنها جهت شناسايي انواع خاصي از باكتري‌هاي عفونت‌زا استفاده مي‌گردد. به‌هر حال محيط‌هايي نظير تأسيسات و پالايشگاه‌هاي نفتي كه سنسورهاي هيدروژن از كاربردهاي ويژه‌اي برخوردار مي‌باشند، مي‌توانند بسيار آلوده و كثيف باشند اين سنسورهاي هيدروژن نانوتيوب‌هاي تيتانيا هستند كه توسط يك لاية غيرپيوسته‌اي از پالاديم پوشانده شده‌اند. محققان اين سنسورها را به مواد مختلفي نظير اسيد استريك ( يك نوع اسيد چرب )، دود سيگار و روغن‌هاي مختلفي آلوده نمودند و سپس مشاهده كردند كه تمام اين آلوده‌كننده‌ها در اثر خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌ها از بين مي‌روند. حد نهايي آلودگي‌ها زماني بود كه دانشمندان اين سنسورها را در روغن‌هاي مختلفي غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازيابند. محققان سنسورها را در دماي اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل يك ميليون اتم هيدروژن در معرض اين گاز قرار دادند و مشاهده نمودند كه در طرح‌هاي اولية سنسور مقاومت الكتريكي آن به ميزان 175000 درصد تغيير مي‌كند. سپس سنسورها را توسط لايه‌اي به ضخامت چندين ميكرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور كلي حساسيت آنها نسبت به هيدروژن از بين برود. سپس اين سنسورها را در هواي عادي به مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از يك ساعت مشاهده نمودند كه سنسورها مقدار قابل توجهي از حساسيت خود را بدست آورده‌و پس از گذشت 10 ساعت تقريباً بطور كامل به وضعيت عادي خود بازگشتند.عليرغم قابليت بازگشتي بسيار مناسب اين سنسورها نمي‌توانند پس از آلودگي به انواع خاصي از آلوده‌كننده‌ها حساسيت خود را باز يابند براي مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداري نمك خاصيت فوتوكاتالسيتي نانوتيوب‌ها را تا حد زيادي از بين مي‌برد.با افزودن مقدار اندكي از فلزات مختلف نظير قلع، طلا، نقره، مس و نايوبيم، يك گروه متنوعي از سنسورهاي شيميايي بدست مي‌آيند. اين فلزات خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌هاي تيتانيا را تغيير مي‌دهند. به هر حال سنسورها در يك محيط غيرقابل كنترل در دنياي واقعي توسط مواد گوناگوني نظير بخارهاي آلي فرار، دودة كربن و بخارهاي نفت و همچنين گرد و غبار آلوده مي‌گردند. قابليت خودپاك‌كنندگي اين سنسورها طول عمر آنها را افزايش و از همه مهمتر خطاي آنها را كاهش مي‌دهد. سنسورهاي جديد در خدمت بهبود استخراج نفت براساس آخرين اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژي آمريكا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌هاي نفت آمريكا اقتصادي نمي‌باشد. با توجه به دما و فشار زياد در محيط‌هاي سخت زيرزميني، سنسورهاي قديمي الكتريكي و الكترونيكي و ساير لوازم اندازه‌گيري قابل اعتماد نمي‌باشند و در نتيجه شركت‌هاي استخراج‌كنندة‌نفت در تهية اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن با برخي مشكلات مواجه مي‌باشند.در حال حاضر محققان در آزمايشگاه فوتونيك دانشگاه صنعتي ويرجينيا در حال توسعة يك‌سري سنسورهاي قابل اعتماد و ارزان از فيبرهاي نوري جهت اندازه‌گيري فشار، دما، جريان نفت و امواج آكوستيك در چاه‌هاي نفت مي‌باشند. اين سنسورها به‌علت مزايايي نظير اندازة كوچك ،ايمني در قبال تداخل الكترومغناطيسي ، قابليت كارآيي در فشار و دماي بالا و همچنين محيط‌هاي دشوار، مورد توجه بسيار قرار گرفته‌اند. از همه مهمتر اينكه امكان جايگزيني و تعويض اين سنسورها بدون دخالت در فرآيند توليد نفت و باهزينة‌مناسب فراهم مي‌باشد. در حال حاضر عمل جايگزيني و تعويض سنسورهاي قديمي در چاه‌هاي نفت ميليون‌ها دلار هزينه در پي دارد. سنسورهاي جديد از نظر توليد بسيار مقرون به صرفه بوده و اندازه‌گيري‌هاي دقيق‌تري ارائه مي‌دهند. انتظار مي‌رود كه تكنولوژي اين سنسورها توليد نفت را با ارائه اندازه‌گيري‌هاي دقيق و قابل اعتماد و كاهش ريسك‌هاي همراه با اكتشاف و حفاري نفت بهبود بخشد. همچنين سنسورهاي جديد به‌علت برخي كاربردهاي ويژه نظير استخراج دريايي و افقي نفت، جايي كه بكاربستن سنسورهاي قديمي در چنين شرايطي بسيار مشكل مي‌باشد، از توجه ويژه‌اي برخوردارند. استفاده از تکنولوژی نانو برای بهینه کردن عملیات مشبک کاری اصلی ترین بخش تکمیل یک چاه نفت یا گاز عملیات مشبک کاری می باشد که در حال حاضر چندین روش مختلف برای این کار مورد استفاده قرار می گیرد که روش های متداول ان هزینه بر و در عین حال خطرناک می باشند. و علاوه بر احتمال آسیب به casing و سازند خطرات انسانی ناشی از حمل و استفاده از مواد منفجره و نیز اسیدها همیشه وجود دارد، استفاده از فناوری های روز همچون نانودر این بخش در صنعت نیز می توانند ضمن کاهش هزینه ها و خطرات به کمک آدمی بیایند، استفاده از مواد نانو ساختار به جای مواد مورد استفاده در حال حاضر و استفاده از لیزرهای پرتوان به جای مواد منفجره بخشی از این موارد هستند.عملیات مشبک کاری در چاه های نفت و گاز جزء عملیات تکمیلی چاه محسوب می شود و قسمت عمده تکمیل یک چاه به حساب می آید. روش های متفاوتی برای مشبک کاری وجود دارد که استفاده از آن ها به خصوصیات سنگ مخزن، جنسcasing درون چاه، فاصله دستگاه تا دیواره چاه و ... بستگی دارد.هدف از انجام مشبک کاری این است که ناحیه daminge ( ناحیه آسیب دیده بین دیواره چاه و لایه تولیدی )را تا حد امکان ترمیم کنیم و سیال درون لایه با تراوایی بیشتری به درون چاه جریان پیدا کند.قبل از انجام عملیات مشبک کاری ابتدا عمق مورد نظر با (caller casing lactor) ccl اندازه گیری می کنند سپس متوسطlogging (نمودارگیری) ضخامت ناحیه damage را اندازه گیری می کنند و با توجه به این اطلاعات عملیات مشبک کاری را انجام می دهند.در این مقاله ابتدا بر مروری اجمالی بر روش های موسوم به معایب آن ها به بررسی روش های نوینی می پردازیم که با دقت و کارایی بسیار بالا نسبت به روش های قبلی خطرات و معایب این روش ها را تا حد زیادی حذف کرده اند.روش های متداول مشبک کاری 1 bullet perforation2 jet perforation3 hydraulic perforation4 mechanical perforationدر دو روش اول مشبک کاری با استفاده از مواد منفجره انجام می شود که در روش اول با استفاده از پرتاب گلوله به دیواره چاه و در روش دوم با ارتعاش حاصل از انفجار مواد منفجره اقدام به ایجاد شبکه در دیواره چاه می کنند، فشاری معادل 5 تا 15 میلیون psi و دمای در حدود4000 درجه سانتیگراد و ایجاد نخاله احتمال آسیب به casing و سازند را به وجود می آورد.در روش سوم با اعمال یک سیال پرفشار به دیواره داخلی چاه باعث شکافcasing و قسمت damage می شویم، در این روش دلیل عدم کنترل دقیق بر عمق ایجاد شکاف و همچنین هدر رفت چند حجم از چاه به دلیل ورود سیال خارجی به چاه از معایب آن می باشند.در روش چهارم به وسیله یک ابزار مکانیکی و ایجاد حرکت ضربه ای به دیواره چاه شبکه ایجاد می شود که در این روش به دلیل ضربه های وارد بر دیواره چاه احتمال آسیب دیدگی casing و سازند بالاست . فناوری نانوفانوتکنولوژی به مواد و سیستم هایی مربوط می شوند که ساختار و اجزای آن به علت داشتن اندازه های بسیار کوچک(نانومتری)خواص و رفتارهای جدیدی را از خود نشان می دهند،پس با توانایی ساخت و کنترل ساختار نانو ذرات می توان خواص مواد را تغییر داد و خواص مطلوب و دلخواهی را در مواد طراحی کرد. در ادامه به بررسی کاربردهای نانوتکنولوژی در عملیات مشبک کاری میپردازیم. کاربردهای نانوتکنولوژی در مشبک کاری نانو مواد:جنس مواد به کار رفته در ابزار مشبک کاری اهمیت حیاتی در موفقیت این عملیات دارند. و در این میان نانو مواد می توانند مفید واقع شوند، به عنوان مثال گلوله هایی که در عملیات مشبک کاری استفاده می شوند فلزی اند ، لذا بعد از peroration این گلوله های فلزی تبدیل به نخاله می شوند و برای خروج این نخاله ها نیاز به اسیدکاری چاه خواهیم داشت که هزینه ای زیادی در بر دارد.اما با استفاده از بعضی مواد نانو ساختار که پس از عملیات مشبک کاری و به مرور زمان از بین می روند دیگر نخاله ای نخواهد داشت و عملیات اسیدکاری نیز منتفی می شود.همچنین استفاده از نانوگلوله هایی با ترکیب وزنی90 درصد تنگستن و 10درصد پودر بایندر که به صورت هرمی شکل ساخته شده اند برای مشبک کاری لوله های جداری بسیار مطلوب به نظر می رسند، این مواد ساختار کریستالی دارند و اندازه ی دانه هایشان بین 25 نانومتر تا 1 میکرون می باشد. نانوپوشش ها تکنولوژی های پوشش دهی به سمتی حرکت می کنند که و به کنترل بهتر اصطکاک و سایش برسیم.برخی از این پوشش ها به دلیل جذب سولفورها و فسفرها باعث کاهش ویسکوزیته شده و خواص روانروی بهتری را در سیال به وجود می آورد. تکنولوژی حوزه نانو منجر به تولید نانوکامپوزیت ها و نانو پوشش هایی شده ضمن بالا بردن مقاومت در برابر خوردگی از اصطکاک هم جلوگیری می کنند.بنابراین در قسمتی که باید مشبک کاری کنیم می توان از این پوشش ها استفاده کرد به طور مثال در سالهای اخیر گونه از پوشش های نانو ساختار که از فازهای فلزی و سرامیکی تشکیل شده اند، این پوشش ها به علت نانو ساختار بودنشان و هموژینته یکسان در طول پوشش به طور قابل توجهی برای casing تست مورد مشبک کاری کاربردی می باشد، این پوشش ها علاوه بر سختی بالا دارای ضریب اصطکاک پائینی هستند و خواص هدایت الکتریکی و حرارتی بالایی دارند، سختی آن ها در مقابل ضربات و آسیب های احتمالی بر اثر مشبک کاری در حدود40تا 60گیگاه پاسکال می باشد و ضریب اصطکاک حدود3/0 که در مقایسه با سطح فولاد قابلیت فوق العاده ای دارد. کاربرد نانو در پالایش نفتفناوری نانو در کراکینگ کاتالیستی در صنایع پالایش بیشتر از ترکیبات سولفیدی و اکسیدی مولیبدن –کبالت(Mo-Co) و مولیبدن- نیکل(Mo-Ni) برای حذف گوگرد استفاده می شود، بررسی دقیق این کاتالیست ها و موارد مشابه می تواند در چگونگی عملکرد آن به منظور ساخت نانوکاتالیست های مربوطه کمک کند.در این رابطه می توان به پالایشگاه های ژاپنی و اروپایی اشاره کرد که در حال سرمایه گذاری عظیم در توسعه نانون کاتالیست های جداکننده سولفور بر پایه یکی از نتایج کشف محققین در دانشگاه آرهاس در دانمارک هستند که از نانوخوشه های کوچک دی سولفید مولیبدن( ) با نانو ذرات کبالت و نیکل به عنوان کاتالیست موثری برای هیدرودی- سولفوریزاسیون(HDS) نفت استفاده نموده اند. تصویر STM از تک لایه نانوخوشه های Co-Mo-S برای نیتروژن زدایی با هیدروژناسیون از نانوکاتالیست های اکسیدهای تنگستن – نیکل (W-Ni) استفاده شود.فعالیت کاتالیستی تیتانیا( ) بیشتر از کاتالیست آلومیناست اما پایه کاتالیست فلزی برای استفاده اقتصادی در هیدرودی سولفوراسیون یا فرایندهای هیدروتریتینگ مناسب نیست. زیراTiO2 مورد نظر سطح ویژه کوچکی دارد. شاید بتوان با رفع مشکل فوق از اکسیدتیتانیوم در گوگردزدایی استفاده کرد.آقای چوی و همکاران روی کاتالیست CoMo بر روی پایه به روش اسپری پیرولیزی تحقیق بعمل آوردند که طی این عملیات کره هایی با قطر2/1-5/0 میکرومتر تشکیل یافته از ذرات ابتدایی در ابعاد 10-20 mm می باشد، به وجود می آید. نشان داده شد که این مواد می تواند جایگزین مناسبی برای کاتالیست های تجاری فرایند سولفور زدایی به کمک هیدروژن(HDS) باشد. واکنش های خفیفتر مابینCoMo و بوسیله ، روش طیف سنجی Roman برای فعال کردن نقاط بیشتری در کاتالیست استفاده شده است. فعال کردن سایت های کاتالیست برای جبران کردن سطح ویژه کم آنهاست.کوچوبی و همکاران ساختار و فعالیت کاتالیست های در واکنش گوگردزدایی هیدروژنی تیوفن با کاتالیست های که با روش پوسته سازی آماده سازی می شوند را بررسی کرده اند. در طی این عمل آوری ساختار شدیداً واپیچیده می شود.فعالیت کاتالیستی این کاتالیست ها و کاتالیست های تجاری برای گوگردزدایی تیوفن با هم مقایسه شده اند. ثابت شد که ابعاد پشته سازی دی اکسید مولیبدن در کاتالیست هایی که با روش پوسته سازی ساخته می شوند است در حالی که در کاتالیست های مرسوم می باشد. این ثابت می کند که هر چند تعداد اتم های مولیبدن که در لبه صفحه قرار دارند در هرگرم از آماده شده با پوسته سازی زیر 10 برابر کوچکتر از کاتالیست های استاندارد است، فعالیت این کاتالیست ها به فعالیت کاتالیست های استاندارد نزدیک است.با رعایت این ملاحظه، به نظر می رسد که گوگرد زدایی هیدروژن تیوفن با صفحه بازال که دارای ساختار بدون نقص در محیط واپیچیده مولیبدن می باشد انجام گیرد. خوشه مثلثی در مطالعه ای دیگر روی کانون های فعال کاتالیست های سولفید کبالت- مولیبدن توسط کوگان و همکاران مکانیسم گوگرد زدایی تیوفن توسط کاتالیست های سولفیدی برای تصفیه هیدروژنی و همچنین اثر ترکیب کاتالیست و خوراک روی عدد، توزیع و عمکرد سایت های فعال مورد بررسی قرار گرفته که این امر با استفاده از ایزوتوپ های در مطالعات رادیوایزوتوپی به عنوان یک روش سیستماتیک آزمایشی و آشکار سازی ، کاتالیست های سولفیدCo(Ni)Mo فرایند تصفیه هیدروژنی امکان پذیر شده است. این روش شامل ارزیابی کسر سطح فعال که توسط گروه های SH اشغال می شود و نسبت بین غلظت گروه های SH سطح و سایتهای غیراشباع شامل سایت های فعال خالی از گروه های SH می باشد.شرایط عمومی برای شکل گیری و کارکردن مکان های فعال بر پایه داده های بدست آمده فرموله شده است.گروه تحقیقاتی اینو و همکاران نانوکاتالیست جدید از اکسید تیتانیم را برای گوگردزدایی با هیدروژناسیون اختراع کرده اند.در این مطالعه ، روش ساخت جدید با استفاده از ژله کردن به عنوان پایه کاتالیست بررسی شده است. افزایش فعالیت کاتالیستی می تواند با خواص فیزیکی کنترل شود و در ادامه را به عنوان مواد کاتالیستی در حوزه تصفیه نفت برای هیدرودی سولفوراسیون نفت گاز به کار برده اند. نتیجه گیری:نانو به عنوان یک تکنولوژی جدید با ارائه راهکارها و مواد نوین که دارای استحکام و قابلیت های منحصر به فرد میباشند توانسته خود را به عنوان یک انقلاب جدید در صنعت معرفی کند.صنعت نفت نیز با توچه به هزینه های هنگفتی که در بخش های خود متحمل می شود از نانو می تواند به عنوان یک راهکار اساسی استفاده کند؛ بهره گیری از نانو کاتولیست ها به جای کاتلیست های قدیمی در پالایش ، استفاده از نانو مواد تجزیه شونده به جای مواد مورد ا ستفاده در مشبک کاری چاه ها موارد زیست محیطی و ... همگی در این قلمرو قرار می گیرند.
عضو فعال
مهندس نفت گرایش حفاری و استخراج از مخازن نفتی
میدونم خیلی واسه وبلاگت زحمت کشیدی
خسته نباشی
ولی لطفا به منظور یکپارچه سازی مطالب انجمن مطابق اصول ویرایش پست بذار
ممنون
Sent from my GT-S6102 using Tapatalk 2
ولي نميدونم چرا وقتي من تايپ ميكنم از طرف من مشكلي وجود نداره و بهم ريخته نيستند ولي شما ميگيد كه مشكل تايپي دارن
ولي بازهم چشم سعي ميكنم مشكل رو حل كنم
مرسي از نظر،انتقاد و پيشنهاداتون
خیلی لطف میکنید
Sent from my GT-S6102 using Tapatalk 2