چکیده

امروزه نفت و گاز بهعنوان حیاتیترین نیاز سوختی جوامع انسانی به شمار میآیند. حال آنکه با در نظر گرفتن محدودیت منابع نفتی و گازی و توانایی محدود بشر در اکتشاف و تولید از منابع هیدروکربوری، نیاز به توسعه فناوریهای جدید در جهت ازدیاد برداشت از مخازن نفت و گاز احساس میشود. در این میان فناوری جدید و منحصر بهفرد نانو این ظرفیت و پتانسیل را دارد که تغییرات چشمگیری را در حوزههای متنوع نفت و گاز ایجاد نماید. در ابتدا به اختصار روشهای مرسوم تولید و استخراج و ازدیاد برداشت مورد بررسی قرار میگیرد و در هر زمینه نیز جنبههای بهبود هر روش توسط فناوری نانو شرح داده میشود. این امر بدان معنی است که مشکلات موجود در صنعت نفت و گاز را میتوان با استفاده از فناوری نانو که نگرشی نوین در چینش، ساختار و بهبود خواص ماده است تا حد زیادی مرتفع نمود. هدف از این مقاله تاثیرات و عملکرد فناوری نانو بر روی عملیات ازدیاد برداشت از مخازن نفت و گاز در چهار بخش اصلی استفاده از نانو سیال ها، نانو ذرات، نانو سورفکتانتها و هیدروژلهای نانو کامپوزیتی میباشد. نانو سیالات موجب تغییر ترشوندگی، کاهش نیروی کششی و استحکام ماسه میشوند. از کاربردهای نانو ذرات نیز میتوان به تسهیل جدایش نفت و گاز در داخل مخزن و استفاده از نانو ردیابها در داخل سنگ مخزن اشاره نمود. نانو سورفکتانتها نیز باعث کاهش کشش سطحی، تصحیح ترشوندگی،کاهش ویسکوزیته نفت و کاهش فشار موئینگی در ناحیه شکست مخزن میشوند. هیدروژلهای کامپوزیتی پلیمرهای سه بعدی آبدوستی هستند که در تماس با آب متورم شده ولی حل نمیشوند و این نوع پلیمرها به دلیل ویسکوزیته مشابه با آب با پمپهای معمولی قابل تزریق به مخازن هستند و عمق نفوذ این نوع ژلها به علت تشابه ساختاری با آب بیش از سیمان است. پس از بررسی نتایج حاصل از این آزمایشها میتوان میزان برداشت سیال درجا در مخازن را تا حد زیادی بهبود بخشید.

کلیدواژهها: فناوری نانو، سنگ مخزن، ترشوندگی، فشار موئینگی، ناحیه شکست مخزن

-۱ مقدمه

مطابق پیشبینیهای بهعمل آمده، افزایش تقاضای جهانی برای انرژی همچنان ادامه خواهد داشت و اگر چه

۱ دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهر، mohsen.mihandoust.petroleum@gmail.com

۲ مدرس مدعو، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرند، yavahmadi@gmail.com
3 دانشجوی دکتری مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ma.karambeigi@gmail.com

……………………………………………………………………………………………………………………………………۱۰۰۰ اولین کنفرانس ملی ژئومکانیک
نفت
استفاده از انرژی های جایگزین مانند انرژیهای هستهای و انرژیهای تجدید پذیر در سالهای آتی افزایش مییابد، ولی این افزایش در مقایسه با انرژی های فسیلی کم بوده و نقش اصلی منابع انرژی تجدید پذیر حداقل تا دو دهه آینده نقش تکمیلی و حامی خواهد بود. با درک این واقعیت که میزان تقاضا انرژی جهانی در سالهای آتی به بالاترین میزان خود خواهد رسید، نیاز به ایجاد یک تحول علمی و عملی در هسته اصلی علوم مهندسی نفت و گاز، جهت افزایش میزان بهرهوری بیش از پیش احساس میشود. در این میان، علم نانو بهعنوان علمی که هدف آن بازنگری در ساختار تولیدی مواد و بهینه کردن فرآیند تولید و بهره برداری از آنهاست، این پتانسیل را دارد که انقلابی عظیم در تمامی فناوریهای حال حاضر بشری از جمله بهره برداری از منابع هیدروکربوری ایجاد نموده و با استفاده از قابلیتهای گسترده خود فناوریهایی پر بازدهتر و سالمتر نسبت به آنچه امروزه شاهد هستیم، معرفی نماید. بصورت کلی علم نانو از طریق کنترل ساختار ماده در ابعاد اتمی و ایجاد ساختار بهینه برای مواد، سبب بهبود بسیاری از خواص مانند سطح مفید، استحکام، صرفه جویی در میزان ماده مصرفی و غیره میگردد. در صنعت نفت و گاز نیز از آنجا که قدرت، پایداری و ابعاد تجهیزات مورد استفاده از اهمیت بهسزایی برخوردار است میتوان با استفاده از فناوری نانو به تحولات چشمگیری دست یافت. چنانچه در یکی از مقالاتی که به تازگی چاپ شده به این نکته اشاره شده است که انتظار می رود با کمک فناوری نانو ضریب برداشت جهانی نفت و گاز تا حدود % ۱۰ افزایش پیدا کند.[۱] به منظور پاسخگویی به روند رشد روز افزون تقاضای جهانی جهت تامین منابع نفت و گاز، یا باید منابع جدید هیدروکربنی کشف شده و مورد بهره برداری قرار گیرند و یا با استفاده از فناوری های گوناگون، نفت و گاز درجا و بدون استفاده درون مخزن تحت فرآیندهای ازدیاد برداشت مورد بهره برداری قرار گیرد. در این حال و با توجه به شرایط سخت اکتشاف و نیز صیانت از منابع هیدروکربوری موجود، استفاده از روش دوم منطقیتر و اصولیتر میباشد. امروزه فناوری نانو در زمینه ازدیاد برداشت از مخازن نفتی و گازی، پیشرفتهای اساسی را ایجاد نموده است. برای مثال استفاده از سیالات هوشمند یا نانوسیالات که سبب تغییر در خاصیت ترشوندگی سنگ مخزن شده و نیروی کششی دراگ و اتصال دهنده که (Surfactants)ها را در جهت پیوستگی شن کاهش میدهند و یا استفاده از نانو مواد فعال سطحی سبب افزایش میزان برداشت از مخازن به نسبت کاملا کنترل شده میگردد.

-۲ بهره وری و تولید از مخازن هیدروکربوری

سیال هیدروکربوری در داخل مخزن ذخیره شده و نیازمند بکارگیری روشهای مختلف جهت برداشت میباشد.

استفاده از فناوری نانو در ازدیاد برداشت از مخازن نفت و گاز ۱۰۰۱
شکل :(۱) ذخیره شدن نفت و گاز درون مخزن

بهمنظور استخراج سیال از درون مخزن مراحل و روشهای متفاوتی وجود دارد. در مرحله بازیافت اولیه (Primary Recovery)، سیال با فشار طبیعی و یا با استفاده از فرازآوری مصنوعی (Artificial Lift)، از درون مخزن خارج میشود. طبیعتا فشار طبیعی درون مخزن پس از مدتی دچار کاهش میشود و یا از همان ابتدا نیاز به عملیات کمکی جهت بیرون راندن سیال دارد که در این مرحله با استفاده از تزریق گاز به کلاهک بالایی و یا تزریق آب به سفره زیرزمینی، میزان برداشت از مخزن افزایش مییابد. اما چنانچه افت فشار مخزن در اثر مدت طولانی بهره برداری محسوس بوده و سیال بصورت درجا و راکد مانده باشد، نیاز است تا از روش های موسوم به ازدیاد برداشت نفت یا همان EOR استفاده گردد. روشهای ازدیاد برداشتی که از نظر تجاری موفق بودهاند، در حالت کلی به سه دسته تقسیم میشوند که در هر دسته، میتوان از روشهای مختلفی استفاده نمود.