1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Innovation Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

مروری بر کاربرد نانومواد در فرایند ازدیاد برداشت نفت

افراد مقاله : ‌ نویسنده اول - یوسف تمثیلیان , نویسنده دوم - احمد رمضانی سعادت آبادی , نویسنده سوم - سیدشهاب الدین آیت اللهی

موضوع : علم و پژوهش کلمات کلیدی : ازدیاد برداشت - نانومواد - ترشوندگی تاریخ مقاله : 1395/09/02 تعداد بازدید : 1523

گرایش های اخیر صنایع در سراسر دنیا به مینیاتوریزه کردن و استفاده از نانومواد به صورت چشمگیری افزایش یافته است. در این حالت، مقیاس مواد در حد نانومتری خواص جدید و در اکثر مواقع بهتری نسبت به مقیاس های ماکرو ارائه می دهد. از آنجا که فرایند ازدیاد برداشت نفت مشابه دیگر فرایندهای صنعتی همراه با چالش ها و در راستای رویکرد ارتقای تکنولوژی است، از این پیشرفت علمی مستثنی نبوده و پژوهشگران فعال در این عرصه برای مرتفع نمودن مشکلات فرایند برداشت نفت به کمک نانوفناوری تلاش می کنند. از جمله مطالعات در این زمینه می توان به استفاده از نانوذرات آلی و غیر آلی در راستای افزایش بیشتر درصد برداشت نفت نسبت به مواد سنتی مورد استفاده در این فرایند شامل پلیمر، سورفکتانت و آلکالین اشاره کرد. در این مطالعه، با بررسی مشکلات عمده و رایج در فرایند برداشت نفت به کمک مواد شیمیایی، نقش نانوذرات در بهبود نتایج حاصل مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. با بررسی مطالعات انجام شده در این زمینه به عنوان نتیجه کلی می توان گفت که حضور نانوذرات در خلال فرایند برداشت نفت به کمک مواد شیمیایی عمدتاً باعث افزایش پایداری و اثرگذاری مواد شیمیایی در شرایط سخت مخزن نفتی در قالب سه سازوکار کنترل تحرک پذیری، کاهش کشش بین سطحی سنگ مخزن-لکه نفتی و تغییر ترشوندگی سطح سنگ مخزن شده که در نهایت به افزایش بیشتر درصد بازیافت نفت نسبت به حالت سنتی منجر می شود.

 

1- مقدمه

جهت پاسخ به تقاضای روز افزون انرژی و با توجه به آمار موجود درباره کمبود آن، باید به موازات اکتشاف مخازن جدید، برداشت حداکثری از مخازن موجود داشت. با توجه به شکل (1) طبق تعریف انجمن مهندسان نفت، برداشت نفت از مخازن نفتی به سه مرحله تقسیم می­شود که براساس این تقسیم­بندی هدف مراحل اول و دوم استخراج نفت متحرک در مخزن است و مرحله سوم به عنوان فرایند ازدیاد برداشت به دنبال استخراج نفت غیر متحرک می­باشد که به دلیل نیروهای موئینگی و گرانرو نمی­تواند به سادگی استخراج شود. بطوریکه در این مرحله سعی بر برداشت نفت به تله افتاده درون ساختار متخلخل سنگ است و باید به کمک روش­ها و تکنیک­های مختلف از جمله تغییر در ترشوندگی سنگ مخزن شرایطی را فراهم نمود که این اتفاق راحت­تر (ترمودینامیکی) و سریع­تر (سینتیکی) صورت گیرد. به طور تخمینی می­توان گفت که در هنگام استفاده از روش­های مرسوم برداشت نفت (مراحل اولیه و ثانویه)، حدود 50-70 درصد نفت در یک مخزن دست نخورده باقی می­ماند ]2،1[. بنابراین انتظار می­رود که روش­های ازدیاد برداشت نفت[1] در اکثر مخازن نفتی جهت بازیافت مقدار زیادی از نفت استفاده گردد. روش­های ازدیاد برداشت نفت به کمک مواد شیمیایی (CEOR) یکی از روش­های قابل اطمینان در بین دیگر تکنیک­های EOR است که در این روش­ها پلیمرها (P)، سورفکتانت­ها (S) و آلکالین­ها (A) یا مخلوطی از آن­ها (ASP) استفاده می­شود.

اصلی­ترین چالش­های پیش روی این روش­ها عبارتند از: 1- عدم پایداری مواد در دما و میزان شوری بالا 2- عدم پایداری تنشی و مکانیکی مواد 3- میزان جذب قابل توجه مواد بر روی سطح سنگ 4- افزایش هزینه تجهیزات سرچاهی نسبت به روش سیلابزنی آبی 5- حساسیت مواد به میکروارگانیسم­های موجود در برخی مخازن (تخریب زیستی) ]3[. با ورود مؤثر نانوفناوری در تمامی صنایع، فرایند ازدیاد برداشت نفت نیز از نتایج منحصر به فرد این علم نوظهور بی­بهره نبوده و اخیراً نتایج چشمگیری با استفاده از نانومواد، نسبت به مواد سنتی حاصل گردیده است، به طوری که با تولید نانومواد و استفاده از آن­ها در این مرحله­ی مهم از فرایند بهره­برداری نفتی، می­توان به تولید بیشتر نفت به عنوان مهم­ترین دستاورد این فرایند رسید که در چرخه­ی اقتصادی هر کشور  تأثیر بسزایی دارد.

به طور کلی می­توان گفت در یک دهه­ی اخیر بهینه­سازی فرایند برداشت نفت به کمک فناوری نانو در راستای بهبود عملکرد و همچنین بازده فرایند در دستور کار تمامی پژوهشگران و صنعتگران این عرصه قرار گرفته است. در این راستا می­توان به گروه هندرانینگرت[2] از دانشگاه علوم و تکنولوژی نروژ و همچنین گروه دکتر رمضانی و دکتر آیت الهی از دانشگاه صنعتی شریف اشاره نمود که با سبقه طولانی در زمینه بهره­گیری از خواص و ویژگی­های فناوری نانو تلاش به مرتفع نمودن مشکلات رایج این فرایند و ارائه راهکاری مناسب و راحتر نمودند. از جمله این دستاوردها می­توان به مطالعات جامع بر روی نانوذرات سیلیکا توسط گروه نروژی و همچنین نانوساختارهای هوشمند پوسته-هسته پلیمری توسط گروه ایرانی اشاره کرد که باید این دو دسته از مواد را به عنوان جدیدترین و مهمترین دستاورد مواد به کار گرفته شده در این فرایند پیچیده صنعتی دانست. با توجه به عمر کوتاه نانوفناوری در صنعت برداشت نفت، باید مطالعات گسترده­تر و پیشرفته­تری در راستای ارائه محصولات با ارزش و شناسنامه مشخص انتظار داشت.

هدف از این مقاله مروری، بررسی مطالعات انجام شده در زمینه استفاده از نانومواد در فرایند ازدیاد برداشت نفت است. هم­چنین تأثیرات نانوفناوری در این زمینه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

 

 2- نانومواد مورد استفاده در فرایند ازدیاد برداشت نفت

همانطور که ذکر شد فرایند ازدیاد برداشت نفت به کمک مواد شیمیایی هماره با چالش­هایی روبرو است در دوره­های زمانی مختلف صنعتگران این عرصه تمایل چندانی به استفاده از این مواد نداشته­اند و مطالعه و کاربرد آن­ها تنها به محیط­های آزمایشگاهی محدود بود. اکنون با ظهور علم نانوتکنولوژی و مرتفع نمودن اکثر چالش­های این تکنیک، شرکت­ها و مراکز پژوهشی در این زمینه فعالیت خود را افزایش دادند.

 

2-1- نانوذرات سیلیکا

در یک دهه اخیر، بررسی سازوکار برداشت نفت به صورت آزمایشگاهی به کمک سوسپانسیون نانوذرات سیلیکا انجام گرفته است. این سازوکار فشار جداسازی ساختاری[3] نامیده شده است. انرژی­های نیروی محرکه این سازوکار را نیروهای براونی و نیروهای الکترواستاتیک می­دانند. به­طوری­که هر چه ذرات کوچکتر بیشتر شوند، نیروی الکترواستاتیکی افزایش می­یابد. نیروی مشترک بین سه فاز نفت، محلول آبی و نانوذرات جامد باعث می­شود که زاویه تماس محلول آبی حاوی نانوذرات به کمتر از یک درجه کاهش یابد که این خود موجب تشکیل فیلم مثلثی شکل به نام Wedge Film (WF) می­شود (شکل 3). این فیلم به عنوان یک لایه جدا کننده عمل کرده و فازهایی چون آب، نفت یا پارافین را از سطح زیر لایه (سطح سنگ) جدا می­کند. با حرکت نانوسیال، نانوذرات روی سطح سنگ کاملاً پخش شده و لایه­ای از ذرات را تشکیل می­دهند. وقتی که زوایه تماس محلول آبی بر روی سنگ به صفر برسد، به معنای پراکندگی کامل ذرات بر روی سطح سنگ است. به طور کلی نیروی محرکه پراکندگی نانوذرات اختلاف فشار جداسازی ساختاری یا کشش فیلم ( ) است که نشان دهنده اختلاف فشار بین جلوی فیلم مثلثی شکل نسبت به توده فاز آبی است. این اختلاف فشار در نوک مثلث به دلیل محدودیت ساختاری نانوذرات بیشتر است. این امر باعث می­شود که با افزایش  نانوذرات در نوک مثلث[4] بیشتر پراکنده شوند. هم­چنین مشخص شده است که ضریب پراکندگی با کاهش ضخامت فیلم و کاهش تعداد لایه­های نانوذرات درون فیلم افزایش می­یابد. هر چه ضخامت فیلم به سمت نوک مثلث کاهش یابد، اختلاف فشار جداسازی افزایش یافته و پراکندگی بیشتر می­شود ]4[.

گروه هندرانینگرت در دانشگاه NTNU نروژ به صورت تخصصی بر روی کاربرد و نحوه عملکرد سیالات حاوی نانوذرات SiO2 در زمینه ازدیاد برداشت نفت با نام NanoEOR فعالیت می­نمایند که مقالات متعددی در مورد بررسی اثرات غلظت، اندازه ذرات، تخلخل و سایر پارامترها در مجلات مختلف چاپ نموده­اند ]5-10[. از دستاوردهای هر یک از مقالات مذکور می­توان به موارد زیر اشاره نمود:

·        نانوذرات آبدوست SiO2 باعث کاهش کشش سطحی و زاویه تماس نفت با سطح سنگ می­شوند که با افزایش غلظت آن­ها روند کاهشی بیشتر می­شود. ولی درصد برداشت نفت در سنگ­های کم تراوا یا متوسط آنچنان تغییری نمی­کند.

·        با توجه به آزمایش­ها افت فشار و تصاویر SEM مشخص شده است که دلیل کاهش تراوائی و تخلخل، به دام افتادن نانوذرات در حفرات سنگ است.

·        نانوسیال حاوی نانوذرات SiO2 برای سنگ­های ماسه­سنگی آبدوست دریای Brea پتانسیل ازدیاد برداشت نفت دارد که بهترین غلظت آن 05/0 درصد وزنی است. در واقع، غلظت نانوسیال پارامتر مهمی در روش NanoEOR است که باید بهینه شود، به طوری­که بهترین غلظت برای سنگ­های دریای Brea، 05/0 درصد وزنی است که بالاترین بازده جابه جائی را به همراه دارد.

·        روش NanoEOR قابل استفاده در محدوده وسیعی از تراوائی­های مغزه­ است، ولی به نظر می­رسد که بیشترین تأثیر نانوسیال در سنگ­هایی از نوع ترشوندگی متوسط باشد.

·        زاویه تماس نفت - سطح سنگ مخزن با قطر نانوذرات رابطه مستقیم دارد.

·        شیب و بازده برداشت نفت با دما رابطه مستقیم و با دبی تزریق سیال و قطر ذرات رابطه عکس دارد.

·        نانوسیال با قطر 7 نانومتر در غلظت­های زیاد (بیشتر از 06/0 درصد وزنی) در ورودی سنگ تمایل به کلوخه شدن و تشکیل کیک دارد.

·        در مقایسه با سیلابزنی نمکی برای سنگ­های آبدوست ماسه­سنگی Brea، عملکرد NanoEOR به عنوان سیال مرحله دوم بسیار بهتر از سیال مرحله سوم است، به طوری که در مرحله دوم نانوسیال تقریباً دارای 8 درصد برداشت نفت نهایی بیشتری است.

2-2- نانوذرات دی اکسید تیتانیوم

در مطالعه­ای که در مجله Energy & Fuel چاپ شده، از نانوسیال متشکل از نانوذرات TiO2 جهت بهبود برداشت نفت سنگین از مغزه­های ماسه­سنگی استفاده شده است ]11[. در این طرح به کمک محلول 01/0 درصد وزنی از TiO2 و تزریق 2 حجم حفرات، درصد برداشت به 80 درصد رسیده است. جهت درک سازوکار برداشت نفت توسط نانوذرات TiO2 زاویه تماس سیال با سطح سنگ اندازه­گیری شد. نتایج نشان می­دهد که خاصیت ترشوندگی سنگ از حالت آلی­دوست به آب­دوست به دلیل برهمکنش و جذب نانوذرات به سطح سنگ (وجود گروه­های هیدروکسیل) تغییر کرده است. اما باید توجه داشت که با افزایش غلظت نانوسیال به 1 درصد وزنی برداشت نفت به دلیل افت فشار و مسدود شدن حفرات کاهش می­یابد. از سوی دیگر با اندازه­گیری­های گرانروی مشخص شده است که TiO2 بر روی گرانروی محلول آبی اثر خاصی ندارد.

2-3- نانوذرات اکسیدروی

زید[5] و همکارانش بر روی مخلوطی از ZnO و سورفکتانت سدیم دو دسیل سولفات (SDS) به عنوان عامل برداشت نفت از مغزه مطالعه­ای انجام دادند ]12[. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می­دهد که به میزان 145 درصد افزایش بازیافت نفت به کمک نانوسیال حاوی ذرات بزرگتر ZnO  نسبت به اندازه کوچکتر و بالعکس، 63% افزایش بازیافت نفت به کمک تزریق نانوسیال Al2O3 با اندازه ذرات کوچکتر نسبت به اندازه ذرات بزرگتر حاصل می­شود. هم­چنین باید اشاره کرد که تشکیل محلول کدر در طول آزمایش­ها نشان از امولسیون­سازی است که می­توان نتیجه گرفت مقدار خیلی کم کشش سطحی برای تشکیل امولسیون خود به خودی در فرایند نانوسیال دی الکتریک نیاز نیست.

2-4- نانوساختار پوسته-هسته هوشمند پلیمری

پلی آکریل آمید از انواع پلیمرهایی است که به منظور ازدیاد برداشت نفت مورد توجه قرار گرفته است. مهمترین چالش­های فرایند ازدیاد برداشت نفت به کمک پلی آکریل آمید، عدم پایداری در محیط­ نمکی با دمای بالا، تخریب توسط تنش­های سطحی و مکانیکی، قیمت بالا با توجه به نیاز مقدار قابل توجه به آن، نرخ نفود کم در حفرات کوچک و جذب سطحی به صورت ناخواسته است که تاکنون اقسام چهارگانه پلی آکریل آمید جزئی هیدرولیز شده، کوپلیمرهای آکریل آمید، کوپلیمرهای حاوی بلوک­های آبگریز درهم رونده و کوپلیمرهای درهم رونده حرارتی در جهت مرتفع نمودن این مشکلات سنتز و عملکرد آن­ها در طول فرایند سیلابزنی پلیمری بررسی شده­ است. در این راستا، تمثیلیان و همکارانش موفق به تولید نانوساختار پوسته-هسته متشکل از پلی آکریل آمید با جرم مولکولی بالا در بخش هسته و پلی استایرن آبگریز در بخش پوسته به کمک تکنیک مینی امولسیون معکوس دو مرحله­ای در یک محیط واکنش شدند که در این نانوساختار پوسته پلی استایرنی به کمک پلیمریزاسیون سطحی ایجاد می­شود ]13-15[. این نانوساختار که نانوذرات پلی آکریل آمید محافظت شده[6] (PPN) نامیده می­شود، از زنجیره­های پلی آکریل آمید فعال در مقابل تخریب­هایی که به آن­ها اشاره شد، در مخازن با شرایط سخت محافظت نموده و رهاسازی آن­ها را به عنوان بهبود دهنده رئولوژی کنترل می­کند و از سوی دیگر پایداری آن­ها را افزایش می­دهد.

شماتیک فرایند ازدیاد برداشت نفت به کمک PPN در شکل (4) نشان داده شده است. امولسیون آبی پلیمر PPN به درون مخزن از طریق نقطه (0) تزریق می­شود. امولسیون مذکور به سمت نقطه (1) پمپ شده که زمانی حدود t1 بسته به مشخصات مخزن جهت رسیدن به نقطه­ی هدف (نقطه 1) مورد نیاز است. با توجه به آنالیزهای انجام شده بین دو نقطه مذکور، ویسکوزیته امولسیون اندک و در حد آب است، لذا نیازی به دستگاه­های مرسوم در فرایند سیلابزنی پلیمری جهت تزریق محلول ویسکوز نیست و می­توان از همان تجهیزات فرایند سیلابزنی آبی استفاده کرد. این امر می­تواند در وجه اقتصادی پروژه تأثیر شایانی داشته باشد. از سوی دیگر، اکثر مشکلات رایج در فرایند کلاسیک سیلابزنی پلیمری بین نقطه (0) و (1) اتفاق می­افتند که با حضور لایه محافظ این مشکلات مرتفع می­گردند. در نقطه (1) باید تزریق جریان پیوسته امولسیون PPN جهت رهاسازی پلی آکریل آمید مرکزی و کوپلیمر پلی آکریل آمید-پلی استایرن متوقف گردد. این زمان رهاسازی می­تواند با ویژگی­های پوسته محافظ (ضخامت و مشخصات حلالیت کوپلیمر) کنترل گردد که در این مطالعه در حدود 17 ساعت به دست آمد. پس از این مدت، ویسکوزیته فاز آبی افزایش یافته و با بهبود نرخ تحرک دو فاز منجر به افزایش برداشت نفت می­شود، به طوری که با تزریق اسلاگ بعدی از نانوساختارهای پلیمری، نفت توسط جبهه­ی آب ویسکوز جا به جا شده و به سمت چاه­های تولید (نقطه 2) سوق می­یابد ]15[.

رفتار رهاسازی وابسته به زمان PPN اثر آن­ها را به عنوان افزایش دهنده ویسکوزیته بهبود می­بخشد و بیشینه ویسکوزیته ممکن در زمان­های اقامت طولانی در مخازن نفتی حاصل می­شود. این زمان اقامت می­تواند تا 30 روز باشد. در شرایط میزان نمک بالا (TDS=178082 mg/L)، دمای بالا (°C 90) و نرخ تنش بالا ( s-11000)، PPN خواص فوق العاده­ای از جمله مدول الاستیک، اتلاف ویسکوزیته و جذب بر روی سطح سنگ بهتری نسبت به پلی آکریل آمید خالص از خود نشان داد. از سوی دیگر، بازده جاروبزنی نانوساختار سنتز شده با مصرف ماده کمتر در طول آزمایش­ها سیلابزنی پلیمری مشابه آکریل آمید است.

2-5- مخلوطی از مواد شیمیایی و نانومواد

می­توان سورفکتانت را بر روی نانوذرات سیلیکا پوشش داده و رفتار جذبی آن را بر روی سنگ مخزن بررسی نمود. در یکی از پژوهش­ها جهت بررسی دانسیته جذب سورفکتانت­ها در حضور نانوذرات سیلیکا، از هدایت الکتریکی استفاده شده و با داده­های شبیه­سازی ایزوترم­های فرندلیچ و لانگمیر مقایسه شده است. نتایج نشان می­دهد که ایزوترم فرندلیچ رفتار جذبی سورفکتانت­های خنثی در حضور سطح سنگ نسبت به دیگر ایزوترم بهتر است. نانوذرات آلی­دوست تأثیر بیشتری در ممانعت از اتلاف جذب سطحی بر روی سطوح سنگ­های ماسه­سنگی نسبت به نانوذرات سیلیکا آلی­دوست دارند. دلیل این امر آن است که خاصیت آلی­دوست در نانوذرات سیلیکا آلی­دوست بیشتر از نانوذرات سیلیکا آب­دوست است. با توجه به این قضیه، نانوذرات سیلیکا آلی­دوست می­توانند پیوندهای آلی دوست بیشتری با دم آلی­دوست سورفکتانت برقرار نمایند ]16[.

یو و همکارانش خواص رئولوژی و بازیافت نفت نانوساختاری متشکل از پلی آکریل آمید هیدرولیز شده حاوی گروه­های آبگریز[7] (HAHPAM) و نانوذرات سیلیکا را بررسی کرده و با نتایج حاصل از بررسی HAHPAM به صورت منفرد در شرایط مخازن نفت با دما و میزان نمک بالا (T=85 °C; TDS=32,868 mg·L-1) مقایسه کردند ]17[. نتایج نشان می­دهد که ویسکوزیته ظاهری و مدول الاستیک محلول­های HAHPAM با افزودن نانوذرات سیلیکا افزایش یافته و هیبرید HAHPAM-SiO2 مقاومت در مقابل تنش و پایداری حرارتی بهتری نسبت به HAHPAM در آب نمک سنتزی دارد. هم چنین با توجه به نتایج آزمایش­های سیلابزنی در مغزه می­توان گفت درصد بازیافت نفت برای این هیبرید بیشتر از محلول HAHPAM است.

مجموعه­ای از آزمایش­های سیلابزنی در میکرومدل شیشه­ای به کمک محلول پلی آکریل آمید و نانوذرات سیلیکا (DSNP) با میزان نمک­های مختلف به منظور بررسی اثر نانوذرات بر روی عملکرد پلیمر در حضور نمک در خلال سیلابزنی نفت سنگین طراحی شد ]18[. نتایج نشان می­دهد که بازیافت نفت سنگین با افزایش میزان نمک در طول فرایند سیلابزنی پلیمری کاهش می­یابد. این در حالی است که سوسپانسیون نانوذرات سیلیکا در پلی آکریل آمید نرخ این کاهش را کمتر می­کند. هم­چنین نتایج اندازه گیری­های ویسکوزیته نشان می­دهد که افزایش غلظت نمک باعث کاهش ویسکوزیته محلول پلی آکریل آمید به کمترین مقدار ممکن می­شود، ولی مقدار زیادتر نمک اثر معکوس دارد. از سوی دیگر، ویسکوزیته نانوسوسپانسیون سیلیکا-پلی آکریل آمید بیشتر از همین مقدار برای پلیمر تنها در میزان نمک مشابه است. این افزایش ویسکوزیته با افزایش بیشتر غلظت نانوذرات بیشتر می­شود. در انتها، با ترسیم مقادیر بازیافت نفت در مقابل ویسکوزیته مواد تزریقی برای میزان متفاوت نمک، نتایج نشان می­دهند که درصد بازیافت نفت با افزایش ویسکوزیته محلول تزریقی بیشتر می شود.

در مطالعه­ای دیگر، نانوکامپوزیت پلی اکسید اتیلن-سیلیکا به صورت شانه­های پلیمری بر روی نانوذرات سیلیکا به کمک روش پلیمریزاسیون رادیکال زنده سنتز شد ]19[. خواص انتقال تک و چند فازی سوسپانسیون متشکل از نانوکامپوزیت سنتز شده در غلظت کم نمک اندازه گیری شد. آزمایش­ها نشان می­دهند که در محدوده غلظتی 5/0-0/2 درصد وزنی نانوکامپوزیت افزایش ویسکوزیته مشاهده می­شود و این سوسپانسیون بدون گرفتگی در سنگ مخزن جریان انتقالی مطلوبی از خود نشان می­دهد.

در کاری مشابه، نانوساختار پوسته-هسته متشکل از نانوذرات سیلیکا در بخش هسته و پلیمر Sodium 2-Acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonate (PAMPS) در بخش پوسته سنتز و با سورفکتانت­های تجاری Anionic Alfoterra 145-4S و Nonionic NP9 با نسبت­های مختلف در حضور نمک مخلوط شد ]20[. مخلوط به­دست آمده به مدت یک ماه در شرایط مخزن Dragon Southeast جهت بررسی توانایی آن­ به عنوان عامل EOR نگهداری شد. نتایج نشان می­دهد که نانوکامپوزیت­ها کاهش کشش بین سطحی، افزایش ویسکوزیته محلول در یک غلظت مشخص و پایداری حرارتی و نمکی بالایی را به­ دست می­دهند. هم­چنین آزمایش­های سیلابزنی در مغزه در دمای 92 درجه سانتیگراد نشان می­دهد که نانوساختار پوسته-هسته باعث افزایش بازیافت نفت به میزان 2/6 درصد پس از انجام فرایند سیلابزنی آبی می­شود.

راه دیگر جهت جلوگیری از هزینه زیاد جهت انتخاب و تولید پلیمر مقاوم برای فرایند EOR، افزودن نانوذرات اکسیدگرافن به محلول پلیمرهای خانواده آکریل آمید است که باعث افزایش پایداری حرارتی و ویسکوزیته آن در شرایط مخزن به مدت 31 روز می­شود ]21[. با حضور ppm 300 از اکسید گرافن، پایداری ویسکوزیته محلول پلیمری با غلظت ppm 1700 در محلول آب نمک از 92 به 135 درجه سانتیگراد افزایش می­یابد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی توزیع خوب اکسید گرافن در شبکه پلیمری را نشان می­دهد که گروه­های عاملی موجود در سطوح اکسید گرافن با زنجیره­های آب­دوست پلیمر ادغام و تشکیل شبکه فیزیکی داده­اند.

یکی دیگر از جنبه­های نانوسیال در فرایند ازدیاد برداشت نفت، استفاده از محلول آبی سورفکتانت­های آنیونی (به طور مثال سدیم 4-آلکیل-2 دسیل بنزن سولفونات) به همراه نانوذرات فلز غیر فروس نوری[8] است. در سال 2011، مؤسسه پروژه­های صنعتی- علمی (SOCAR) کشور آذربایجان تحقیقات خود را بر روی اثر نانوسیال ساخته شده از سورفکتانت آنیونی و نانوذرات فلزی غیرفروس آغاز کرد ]22[. در این پژوهش­ها، تأثیر نانوذرات بر روی کشش سطحی محلول سورفکتانتی، فرایند جذب سورفکتانت روی سطح سنگ سیلیکاتی، نتایج اسپکتروسکوپی نوری، ترشوندگی نفت، خواص رئولوژی نانوسوسپانسیون و فرایند جابه­جائی نفت نیوتنی در محیط­های متخلخل همگن و ناهمگن بررسی گردید. با توجه به نتایج به­دست آمده، نانوذرات با غلظت 004/0-0078/0 درصد جرمی کشش سطحی را 70-79 درصد کاهش می­دهند. با افزایش غلظت به 0156/0، درصد جرمی، کشش سطحی به میزان 88-90 درصد کاهش می­یابد. از سوی دیگر، ترشوندگی نفت عملاً با اضافه نمودن نانوسیال بی­تغییر باقی مانده است.

با توجه به پیشینه­ی کوتاه ظهور علم نانوتکنولوژی در عرصه­ی صنعت نفت بالاخص فرایند ازدیاد برداشت نفت، تاکنون هیچ یک از مواد اشاره شده به مرحله تجاری­سازی نرسیده است. اما از آنجا که نمی­توان نقش و اثر غیر قابل انکار خواص به­دست آمده از نانومواد را نادیده گرفت، باید در سال­های پیشرو منتظر محصولات تجاری نانومواد در این فرایند باشیم؛ چرا که تقریباً در تمامی مطالعات آزمایشگاهی و نیمه صنعتی به این باور رسیده شده که حضور نانومواد علاوه بر بهبود بازده­هی فرایند می­تواند نقشی مجزا در روند فرایند داشته باشد. مقایسه کیفی نانومواد استفاده شده در فرایند ازدیاد برداشت نفت در جدول (1) آورده شده است. همانطور که پیشتر نیز اشاره شده می­توان به پیشرفت قابل توجه کاربرد و همچنین مزایای قابل توجه  نانوذرات سیلیکا و نانوساختارپوسته-هسته پلیمری نسبت به دیگر نانومواد اشاره نمود.

 

3- نتیجه­ گیری

امروزه با توجه به کاهش رشد اکتشافات مخازن نفتی و افزایش تقاضا برای انرژی، فناوری بهره­برداری نفت در جهت استحصال بیشتر از منابع نفتی موجود، اهمیت دو چندانی پیدا کرده است. در این راستا، روش ازدیاد برداشت نفت به کمک مواد شیمیایی با توجه به شرایط مخزن، تأثیر چشمگیری در نتایج حاصل از انجام فرایند داشته است. با بررسی جامع تمامی پژوهش­های انجام شده در این زمینه، می­توان نتیجه گرفت که عدم پایداری در محیط­ نمکی با دمای بالا، تخریب ماده شیمیایی به دلیل تنش­های سطحی و مکانیکی، قیمت بالای مواد شیمیایی با توجه به نیاز مقدار قابل توجه ماده، نرخ نفود کم در حفرات کوچک و جذب سطحی ماده به صورت ناخواسته از مهم­ترین چالش­های این فرایند به شمار می­روند. تاکنون جهت رفع مشکلات یاد شده از نانوموادی شامل سیلیکا، دی اکسید تیتانیوم، اکسید روی و گرافن به صورت مجزا یا مخلوط با مواد شیمیایی استفاده شده است. نتایج کلی نشان می­دهد که استفاده از نانومواد یاد شده می­تواند تا حد قابل قبولی از مشکلات موجود کاسته و باعث افزایش بیشتر استخراج نفت شود.

 

4- مراجع

[1]. F. Yang, D. Wang, X. Yang, X. Sui, Q. Chen, Y. Zhang, SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition (2004).

[2]. X. Kang, J. Zhang, F. Sun, F. Zhang, G. Feng, J. Yang, X. Zhang, W. Xiang, SPE Enhanced Oil Recovery Conference (2011).

[3]. M. Sh. Kamal, A. S. Sultan, U. A. Al-Mubaiyedh, I. A. Hussein, Polymer Reviews, 55 (2015).

[4]. S. K. Das, S. U. S. Choi, W. Yu, T. Pradeep, Nanofluids Science and Technology J., John Wiley & Sons (2008).

[5]. P. Mc. Elfresh, D. Holcomb, D. Ector, the SPE International Oilfield Technology Conference, the Netherlands (2012).

[6]. L. Hendraningrat, Sh. Li, O. Torsæter, the SPE Russian Oil & Gas Exploration & Production Technical Conference and Exhibition, Russia (2012).

[7]. L. Hendraningrat, B. Engeset, S. Suwarno, O. Torsæter, the SPE Kuwait International Petroleum Conference and Exhibition, Kuwait (2012).

[8]. L. Hendraningrat, Sh. Li, O. Torsæter, the SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, USA (2013).

[9]. L. Hendraningrat, Sh. Li, O. Torsæter, the SPE Enhanced Oil Recovery Conference, Malaysia (2013).

[10]. L. Hendraningrat, Sh. Li, O. Torsæter, the SPE Reservoir Characterization and Simulation Conference and Exhibition, UAE (2013).

[11]. H. Ehtesabi, M.M. Ahadian, V. Taghikhani, M H. Ghazanfari, Energy & Fuels, 1, 28 (2013).

[12]. H. M. Zaid, N. Yahya, N. R. A. Latiff, J. Nano Research, 21 (2013).

[13]. Y. Tamsilian, A. Ramazani S.A., U.S. Patent, US 20140187451A1 (2014).

[14]. Y. Tamsilian, A. Ramazani S.A., U.S. Patent, US 20150148269A1 (2015).

[15]. Y. Tamsilian, A. Ramazani S.A., M. Shaban, Sh. Ayatollahi, J. C. de la Cal, J. J. Sheng, R. Tomovska, Energy Technology J., in Press, 2016.

[16]. Sh. Li, L. Hendraningrat, O. Torsæter, the International Petroleum Technology Conference, China (2013).

[17]. D. Zhu, L. We, B. Wang, Y. Feng, Energies, 7 (2014).

[18]. A. Maghzi, R. Kharrat, A. Mohebbi, M. H. Ghazanfari, Fuel, 123 (2014).

[19]. R. Ponnapati, O. Karazincir, E. Dao, R. Ng, K. K. Mohanty R. Krishnamoorti, Industrial & Engineering Chemistry Research J., 50 (2011).

[20]. P. T. Nguyen, B.P. Huu Do, D.Kh. Pham, H.A. Nguyen, D.Q. Pham Dao, B. D. Nguyen, SPE 157127, SPE International Oilfield Nanotechnology Conference, the Netherlands (2012).

[21]. B. D. Nguyen, T. K. Ngo, T. H. Bui, D. Kh. Pham, X. L. Dinh, Ph. T. Nguyen, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 6 (2015).

[22]. B. A. Suleimanov, F. S. Ismailov, E. F. Veliyev, J. Petroleum Science and Engineering, 78 (2011).