بررسی بهره گیری و استفاده نانوتکنولوژی در صنایع نفت،گاز و پتروشیمی

مهندسی شیمی
دانلود پایان نامه مهندسی نفت بررسی بهره گیری و استفاده فناوری نانو در صنایع نفت،گاز و پتروشیمی چکیده: هنگامی که ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال ۱۹۸۵ در دانشگاه رایس کشف نمود، انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا ( DOE ) سرمایهگذاری خود را در قسمت فناوری نانو با ۶۲ درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة موادی با نامهای بالکیبالها ( Bulky Balls ) و بالکیتیوبها ( Bulky Tubes ) استوانههای کربنی که دارای قطر متر میباشند صورت گیرد. نانولولههای کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس میباشند. نانوفیلترها میتوانند به جداسازی مواد در میدانهای نفتی کمک کنند و کاتالیستهای نانو میتوانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش بهدنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولولههای کربنی میتوان به کاربرد آنها در تکنولوژی اطلاعات ( IT ) نظیر ساخت پوششهای مقاوم در مقابل تداخلهای الکترومغناطیسی، صفحههای نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود. بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو میتواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهرهمند خواهد گشت. علم نانو میتواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر میباشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر میباشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکولها و اتمها در این مقیاس میباشد. خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه ویژهای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاههای جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک میکند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن میتوان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین میتوان با گسترش تکنیکهای اندازهگیری توسط سنسورهای کوچک، اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد. صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو میتوان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکمتر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگکنگ یکی از پیشگامان توسعة کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو میباشد. با استفاده از این پودرها میتوان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب میباشد و معتقد است که میتوان با نانوکریستالها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکمتری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نمودهاند که بهطور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود میبخشد. این مخلوط آسیبهای وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش میبخشد. فناوری نانو این ظرفیت و پتانسیل را دارد که تغییرات متحول کننده‌ای را در حوزه‌های مختلف نفت و گاز نظیر اکتشاف، حفاری،ازدیاد برداشت و پالایش و پخش، به وجود آورد. به کمک مواد نانوساختار می‌توان تجهیزات سبک‌تر، دقیق‌تر، مطمئن‌تر و بادوام تر را که در صنایع نفت و گاز کاربرد دارند، تولید کرد و به کار گرفت. کلمات کلیدی: نانوفناوری مخازن نفت و گاز کاربرد نانوفناوری در صنعت نفت و گاز فهرست مطالب فصل1 : کاربرد نانوفناوری در اکتشاف نفت و گاز کاربرد نانوفناوری در اکتشاف نفت و گاز 1 چکیده 1 1-مقدمه 2 روش های سطحی [1] 2 1-2-روش های ثقل سنجی و مغناطیسی سنجی[1] 3 1-3-مطالعه لرزه نگاری (seismic) از [2و1] 3 1-4-ژئوشیمی آلی (organic Geochemistry) از [1] 4 1-5-حفر چاه های اکتشافی [1] 4 2-کاربرد نانوفناوری در اکتشاف مخازن نفتی و گازی 5 کاربرد نانومواد در زمینه اکتشاف سیالات هیدروکربنی را می توان اینگونه در نظر گرفت [3]: 5 2-1- کاربرد نانوفناوری در روش مغناطیس سنجی [5] 5 شکل 1- تاثیرات شیء مدفون در داخل زمین بر روی میدان مغناطیسی [5] 6 شکل 2- استفاده از ژئوفون ها در لرزه نگاری [8] 9 2-2-2-کاربرد نانوحسگرها در نمودارگیری دقیق تر از چاه 10 بحث و نتیجه گیری: 11 فصل2 : کاربرد نانوفناوری در مدیریت مخازن نفت و گاز کاربرد نانوفناوری در مدیریت مخازن نفت و گاز 13 چکیده: 13 مقدمه 14 کاربرد نانوفناوری در مدیریت مخازن نفت و گاز 15 کنترل شن و ذرات 15 استفاده از نانوذرات و نانوسیالات 16 شکل1- بستر پوشش داده شده با نانوذرات، قبل از عبور جریان ذرات ریز سازندی (الف) و پس از عبور جریان ذرات ریز سازندی (ب)[4] 17 شکل 2- دانه های شیشه ای پوشیده شده با نانوذرات اکسید منیزیم قبل (الف) و پس از عبور ذرات ریز(ب) [7] 19 نانوغشاها 19 2-1-3- فیبر- رزین ها 20 2-2- پایش وضعیت چاه ها 21 2-2-1- نانوحسگرها 21 بحث و نتیجه گیری 23 فصل3 : کاربرد نانوفناوری در تولید مواد و تجهیزات با خواص فیزیکی، مکانیکی، شیمیایی و حرارتی بهبود یافته کاربرد نانوفناوری در تولید مواد و تجهیزات با خواص فیزیکی، مکانیکی، شیمیایی و حرارتی بهبود یافته 26 چکیده: 26 1-مقدمه 27 2- استفاده از نانوفناوری در تولید موادی با خواص بهبود یافته مکانیکی، شیمیائی، حرارتی و غیره؛ قابل استفاده در صنایع بالادستی نفت و گاز 28 2-1- پوشش های نانوکامپوزیتی 28 شکل 1- تصویر میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) از نانولایه های Ti/Cو [2] 29 شکل 2- تصویر میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) از فیلم نانوکامپوزیتی W/C:H و[2] 30 2-2- نانوروان کننده ها 31 2-3- نانوکامپوزیت ها 32 شکل 3- تصویر میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) نانوکامپوزیت الماس/ تنگستن کربید [7] 34 2-4- نانوذرات 34 بحث و نتیجه گیری: 36 فصل4 : کاربرد نانوفناوری در بهبود سیمان و سیال حفاری کاربرد نانوفناوری در بهبود سیمان و سیال حفاری 39 چکیده: 39 1-مقدمه 40 شکل 1- شمای کلی چاه در حین عملیات حفاری و سیمانکاری [2] 41 2- کاربرد نانوفناوری در بهبود سیال حفاری و سیمانکاری چاه 43 2-1- استفاده از نانوذرات و نانو سیال در بهبود خواص سیال حفاری 43 مزایای استفاده از NEDF را می توان در چندین مورد برشمرد: 43 2-1-1-هزینه [1] 44 2-1-2-فنی [1] 44 2-1-3-رفع مشکل چسبندگی لوله ها (pipe sticking) [1] 44 2-1-4-رفع مشکل هرزروی گل حفاری (lost circulation) [1] 44 2-1-5-رفع مشکل فرسایش دیواره چاه [1] 45 2-1-6-کاهش نیروی کشش و گشتاور درون چاه [1] 45 2-1-7-پایداری حرارتی [1] 46 دو نوع سیال حفاری متفاوت مورد بررسی قرار گرفته اند: 46 1) سیالاتی بر پایه ذرات هیبریدی که در آنها نانوذرات مغناطیسی در فضاهای بین لایه ای ذرات بنتونیت قرار گرفته اند. 46 2) سیالاتی بر پایه مخلوط های ساده نانوذرات و ذرات بنتونیت 46 2-3- استفاده از نانوذرات در بهبود خواص سیمان 47 2- یک ترکیب خاص از نانو-افزایه های بکار رفته جهت بهبود خواص سیمان در عملیات سیمانکاری چاه [6] 50 استفاده از نانوذرات در بهبود خواص سیال جدا کننده (spacer) و[2] 50 بحث و نتیجه گیری: 51 فصل5 : کاربرد نانوفناوری در مشبک کاری چاه کاربرد نانوفناوری در تولید و استخراج نفت و گاز 54 چکیده: 54 1- مقدمه 54 کاربرد فناوری نانو در بهبود فرآیند تولید و استخراج چاه های نفتی و گازی: 55 2-1- استفاده از نانوغشاها 55 شکل 1- انواع غشاء [1] 56 2-2- استفاده از نانوژل ها 57 2-3- استفاده از نانوذرات 58 2-4- استفاده از نانوسورفکتانت ها 59 شکل 2 - انواع سورفکتانت بر اساس نوع دم [9] 60 بحث و نتیجه گیری: 62 فصل6 : کاربرد نانوفناوری در تولید و استخراج نفت و گاز کاربرد نانوفناوری در ازدیاد برداشت نفت و گاز 65 چکیده 65 1- مقدمه 65 2- مراحل بهره وری و تولید از مخازن هیدروکربوری 67 شکل 1- ذخیره شدن نفت و گاز درون مخزن [2] 67 شکل 2- مراحل تولید و بهره برداری از مخزن [EOR] و [3] 69 2-1- روش های کلی ازدیاد برداشت [1] 69 2-1-1- ازدیاد برداشت حرارتی 69 2-1-2- ازدیاد برداشت با استفاده از تزریق گاز 69 2-1-3- ازدیاد برداشت با استفاده از تزریق مواد شیمیائی 69 2-2- ازدیاد برداشت با استفاده از نانومواد 70 2-2-1- ازدیاد برداشت با استفاده از نانوسیالات 70 2-2-2- ازدیاد برداشت با استفاده از نانوذرات 71 2-2-3- ازدیاد برداشت با استفاده از نانوسورفکتانت ها 72 شکل3- انواع سورفکتانت بر اساس نوع دم [7] 73 2-2-4- ازدیاد برداشت با استفاده از هیدروژل های نانوکامپوزیتی 74 بحث و نتیجه گیری: 75 فصل7 : کاربرد نانوفناوری در ازدیاد برداشت نفت و گاز کاربرد نانوفناوری در مشبک کاری چاه 77 چکیده: 78 1- مقدمه 78 شکل 1- نمائی از چاه در حال مشبک کاری [1‍] 79 1-1- انواع مشبک کننده ها 80 1-1-1- گلوله های مشبک کننده 80 1-1-3- شهاب فلزی (جت) مشبک کننده 80 شکل 2- اجزای اساسی یک خرج گود [1‍] 81 1-1-3-1- ساختار خرج گود (shaped charge) 81 شکل 3- تشکیل جت در زمان های مختلف و فرایند مشبک کاری [‍2,1] 83 2- کاربرد نانوفناوری در زمینه مشبک کاری چاه 83 2-1- استفاده از نانومواد 83 2-2-1- انواع نانوپوشش ها [4] 84 2-2-1-1- پوشش های نانوکامپوزیتی [4] 84 2-2-1-2- استفاده از نانوکامپوزیت ها در ساختار تفنگ مشبک کننده [5] 85 2-3- استفاده از مواد نانوساختار 86 2-3-1- استفاده از مواد نانوساختار در ماده آستری خرج گود [8-6] 86 بحث و نتیجه گیری: 88 فصل8 : کاربرد نانوفناوری در حفظ محیط زیست در فعالیت های صنایع بالا دستی نفت و گاز کاربرد نانوفناوری در حفظ محیط زیست در فعالیت های صنایع بالا دستی نفت و گاز 89 چکیده: 90 1- مقدمه 90 2- کاربرد نانوفناوری به منظور حفظ محیط زیست در فعالیت های صنایع بالا دستی نفت و گاز 92 2-1- بهبود سیمان حفاری 92 2-1-1- نانوسیلیکا 92 2-2-1- گرافن 93 شکل 1- سیال حفاری دارای صفحات گرافن در حین عملیات حفاری (الف) و در حین عملیات برداشت (ب) [8] 95 2-2-2- نانوذرات اکسید روی 95 شکل 2- تصویر میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) از نانوذرات اکسید روی [9] 97 2-2-3- افزایه های پلیمری نانومتری 97 بحث و نتیجه گیری: 98 منابـــــع : 99