فناوری نانو وصنعت نفت وگاز (1)

از آنجایی که قدرت و پایداری مواد در صنایع نفت و گاز از اهمیت فراوانی برخوردار است، ساخت مواد در مقیاس نانو با دقت بسیار زیاد نه تنها زمین شناسان و مهندسان را قادر می‌سازد ابزارهایی که از آن‌ها استفاده می‌شود را کوچک‌تر سازند بلکه در تولید و ساخت مواد با کیفیت آن‌ها را یاری می‌کند.

کاربردهای فناوری نانودر کشف کاهش آلودگی

آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یك مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاكی از آن است كه فناوری نانو می‌تواند تا حد مطلوبی به كاهش آلودگی كمك كند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند كه می‌توانند تركیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینكه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به كنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین كاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوكسیدكربن، و دی‌اكسید كربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بكار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاك رس در ابعاد نانو و جهت تركیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد كه بتوانند هیدروكربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

نانوسنسورها در خدمت بهبود استخراج نفت

با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الكتریكی و الكترونیكی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شركت‌های استخراج‌ كنندة‌ نفت در تهیة ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن از نانو سنسورها استفاده کنند.

در حال حاضر محققان در حال توسعة یك‌سری نانوسنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آكوستیك در چاه‌های نفت می‌باشند. این نانو سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازه كوچك ،‌ایمنی در قبال تداخل الكترومغناطیسی ، قابلیت كارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینكه امكان جایگزینی و تعویض این نانوسنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینه‌ مناسب فراهم می‌باشددرحالی که عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. نانوسنسورها از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌ گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود كه تكنولوژی این نانوسنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و كاهش ریسك‌های همراه با اكتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین این نانوسنسورها به‌علت برخی كاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی كه بكاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشكل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.

نانوسنسورها در لرزه نگاری بهتر

یکی از کاربردهای فناوری نانو در صنایع  نفت و گاز، استفاده از آن در لرز ه نگاری است. عملیات لرز ه نگاری با ایجاد انفجار در نقاط مختلف روی زمین و سپس ثبت شدت و دامنه لرز ه های ایجاد شده، توسط دستگا ه هایی خاص انجام میشود. از اطلاعات لرز ه نگاری می توان؛ ساختار کلی لایه های زمین، محدوده مخزن، نوع سیال(اعم از گاز، آب یا نفت و ...) را به دست آورد. دریافت اطلاعات در عملیات لرزه نگاری توسط سنسورهای خاصی صورت می گیرد.  به نظر میرسد با ساخت نانوسنسورها میتوان ثبت لرز ه ها را به صورت دقیقتر انجام داد؛ زیرا امکان وارد کردن این سنسورها  در لایه های مختلف زمین و ثبت لرز ه ها در موقعیتهای گوناگون وجود دارد. فناوری نانو می‌تواند علاوه بر پیشرفت فوق با نانوساختار کردن ژئوفون ها (لرزه نگارهای کوچک )به عملکرد سریع و ثبت اطلاعات صوتی دقیق‌تر در روی سطح زمین منجر گردد.

کاربرد فناوری نانو در ابزار مربوط به عملیات اکتشاف نفت و گاز می تواند به دریافت اطلاعات دقیقتر و به خصوص اخذ اطلاعات از اعماق بسیار زیاد و به تبع آن شناخت جامعتر مخازن کمک کند.

نانوسنسورها برای نمودار گیری دقیق‌تر از چاه

از نانوسنسورها برای تحلیل پرتوها به صورت دقیق، به خاطر سطح ویژه بالای آن‌ها، استفاده می‌شود. این نانوسنسورها علاوه بر این کارکرد، وظیفه تعیین جنس لایه‌ها و تضمین خواص سیال را نیز خواهند داشت. این سنسورها به علت مزایایی نظیر اندازه کوچک، ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی، قابلیت کارایی در فشار و دمای بالا و محیط‌های دشوار، در صنعت نفت مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. همان طور که گفتیم نانوسنسورهای  از نظر تولید بسیار مقرون به صرفه خواهند بود.

کاربرد فناوری نانو در حفاری و تولید

با کاهش منابع در دسترس صنعت اکتشاف و تولید نفت و گاز به دلیل افزایش عمق عملیاتی، خطرات و مشکلات مربوط به زمین شناسی زیر سطحی با افزایش عمق، حرکت افقی برای رسیدن به حداکثر تولید، پیچیدگی عملیات حفاری و شکل پروفایل دهانه چاه یا تعداد شعبه‌های خروجی از دهان اصلی برای رسیدن به حداکثر تماس با مخزن، با چالش‌هایی روبرو شده است. در تمامى فرآیندهاى حفاری چا ههای نفت و گاز، به موادی مستحکم و مطمئن احتیاج است.  با ساخت مواد در مقیاس نانو میتوان تجهیزاتی سبکتر، مقاو م تر و محکمتر از محصولات فعلى را تولید کرد.   دو کاربرد عمده فناوری نانو در عملیات حفاری؛ ساخت سیالات و ابزار حفاری است که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد.

ابزارهای حفاری بسیار مقاوم

بیشترین تنش طی عملیات حفاری، به مته‌های حفاری وارد می‌شود. مته‌های حفاری، جزء قسمت‌های از رشته حفاری هستند که مرتباً در حال فرسایش می‌باشند و پس از حفر یک متراژ مشخص، کارایی خود را از دست می‌دهند و بایستی جایگزین شوند. مواد جدیدی که مته‌ها را در برابر خوردگی و فرسایش مقاوم‌تر نمایند در این بخش بسیار مفید هستند. لذا در این بخش می‌توان با استفاده از نانوکامپوزیت ها، نانوساختارها و نانولوله های کربنی، مته‌های حفاری بادوام و مستحکم‌تری را تولید کرد. همچنین با استفاده از نانوالماس ها که به صورت مصنوعی ساخته می‌شود می‌توان بازده حفاری را به میزان زیادی افزایش داد.

گل‌های حفاری با کارایی بیشتر

گل حفاری نقش بسیار عمد ه ای در تسریع یا تأخیر انجام عملیات حفاری دارد. گل حفاری، سیالی است که از درون لوله‌های رشته حفاری به سمت پایین پمپ می‌شود، از سوراخ‌های مته بیرون می‌آید و سپس از فضای حلقوی بین دیواره چاه و لوله‌های حفاری، کنده‌های حاصل از حفاری را به سطح حمل می‌کند. این سیال وظایف بسیاری در عملیات حفاری دارد؛ مانند انتقال خرد ه های حفاری به سطح، خنک نگه داشتن مته حفاری، جلوگیری از ریزش دیواره چاه، کنترل فشار دیوار ه ها و انتقال توان هیدرولیکی پمپ به مته حفاری که بدون آن، عملیات حفاری امکا ن پذیر نیست.

گل حفاری باید خواصی همچون چگالی ویسکوزیته مناسب جهت حمل کنده‌های حفاری به بالا و همچنین قابلیت انتقال توان هیدرولیکی پمپ‌ها را نیز داشته باشد. حصول به خواص مورد نیاز در گل حفاری با افزودن مواد شیمیایی خاص؛ مانند پلیمرها، وزن دهند هها و... امکا ن پذیر است. برای حصول خواصی همچون چگالی مناسب با استفاده از نانوافزودنی ها قابل حصول است. ویسکوزیته مناسب نیز با اضافه کردن نانوافزودنیهایی که خاصیت روغنکاری دارندبه دست می آید. خواصی مانند قابلیت انتقال توان هیدرولیکی و تراکم پذیری از مهم ترین عواملی هستند که به نظر می رسد با استفاده از نانوکامپوزیتها, نانولوله های کربنی و برخی از  نانوپودرهای سرامیکی سخت با وزن مخصوص مناسب(نظیر نانوپودرهای کاربید سلیسیم) قابل دستیابی است.

خواص تیکسوتروپیک گل حفاری نیز می تواند با نانو افزودنیها محقق شود. اگر احیاناً عملیات حفاری قطع شد، گل می بایست به حالت ژلاتینی د ر آمده و مانع از ته نشین شدن کنده های حفاری شود و از گیر کردن ابزار حفاری در درون چاه جلوگیری کند. همچنین گل ژلاتینی باید به گونه ای باشد که با کمترین تنش از حالت ژلاتینی به حالت روان درآید و مجدداً خاصیت تیکسوتروپیک گل را برگشت دهد.در این بخش نیز استفاده از نانومواد تأثیرات به سزایی روی بهبود این خواص دارد.