کاربرد نانوفناوری در بهبود سیمان و سیال حفاری

مهندسی نفت و شیمی
دانلود مقاله کارشناسی ارشد رشته نفت کاربرد نانوفناوری در بهبود سیمان و سیال حفاری چکیده: امروزه نانوفناوری سبب ایجاد انقلابی در علوم مهندسی شده و به دلیل گستره وسیع این علم، صنعت حفاری را نیز مانند سایر صنایع تحت تاثیر قرار داده است. در این میان استفاده از علم نانو در بهبود خواص سیال حفاری به سبب بازده بالا، پایداری زیاد و روش های متنوع اعمال روی چاه، یکی از مهمترین جنبه های مورد بررسی توسط محققین می باشد. استفاده از نانوذرات در سیال حفاری، محققان را قادر می سازد تا با تغییر ترکیب، اندازه و توزیع نانوذرات، به سرعت خواص سیال حفاری را تصحیح نمایند. همچنین در عملیات سیمانکاری چاه نیز با استفاده از ترکیبات پیشرفته می توان بازده و بهره وری و نیز هزینه عملیات را با استفاده از نانوفناوری به میزان بسیار زیادی بهبود بخشید. در این مقاله به بررسی تاثیرات نانوفناوری بر بهبود خواص سیال حفاری و همچنین سیمان پرداخته و جنبه های مهم و موفقیت آمیز علوم نانو در عملیات حفاری تشریح خواهد شد. کلمات کلیدی : نانوذرات سیال حفاری سیمانکاری نانوافزایه ها نانوکامپوزیت مقدمه در حالت کلی عملیاتی که به منظور تولید سیال هیدروکربوری انجام می گیرد را می توان به اکتشاف، حفاری، تولید و استخراج و نیز فرآیندهای ازدیاد برداشت تقسیم بندی نمود که هر کدام از آنها دارای روش های متعددی جهت بهبود فرآیند می باشند. عملیات حفاری در حقیقت بخش اولیه دسترسی به سیال درون مخزن می باشد و توسعه مناسب این عملیات، نقش چشمگیری را در افزایش بازده تولید ایفا می کند. در این میان سیالات حفاری موسوم به drilling fluids و یا drilling muds شاهرگ اصلی یک عملیات موفقیت آمیز حفاری می باشند. هزینه یک سیستم سیال حفاری بخش عمده ای از هزینه حفر یک چاه جدید را تشکیل می دهد و به همین دلیل استفاده از سیالات مفیدتر و بهبود یافته بخش مهمی از مطالعات محققان را تشکیل می دهد. سیال حفاری باید توانائی مناسبی در خنک کردن مته حفاری، روانسازی لوله های گردان حفاری،‌ پاکسازی مناسب چاه و غیره داشته باشد. در غیر اینصورت مشکلاتی از قبیل هرزروی، ‌آسیب سازند، چسبندگی لوله ها، نیروهای دراگ و تنش بالا پدید می آید. این مشکلات بخصوص در چاه هائی با دما و فشار بالا بیشتر دیده شده است. بنابراین دستیابی به سیالی که مقاومت بالائی در شرایط دما و فشار بالا نشان می دهد در این حیطه بسیار مهم است. اصولا ویسکوزیته، دانسیه سیال حفاری فاکتورهای کلیدی هستند که رفتار سیال را کنترل می کنند و باید در طول عملیات ثابت باقی بمانند [1]. همچنین در عملیات سیمانکاری چاه نیز با استفاده از ترکیبات پیشرفته در ساختار سیال حفاری و سیمان، می توان بازده و بهره وری چاه را تا حدود زیادی بهبود بخشید. اغلب از سیمانکاری جهت ثابت سازی و استحکام دیواره چاه حفر شده استفاده می گردد. در این حالت سیمان سبب چسبیدن سطح خارجی لوله درون چاه به دیواره می گردد و بدنه چاه را نیز محکم نموده و از ورود سیالات ناخواسته موجود در لایه های مختلف زمین به درون چاه جلوگیری می کند. همچنین جلوگیری از خوردگی بدنه خارجی لوله ها و نیز ورود سیالات اضافی به قسمت های سیمانکاری شده از مزایای استفاده از سیمان در دیواره چاه می باشد. فهرست مطالب کاربرد نانوفناوری در بهبود سیمان و سیال حفاری 2 چکیده: 2 1-مقدمه 3 شکل 1- شمای کلی چاه در حین عملیات حفاری و سیمانکاری [2] 4 2- کاربرد نانوفناوری در بهبود سیال حفاری و سیمانکاری چاه 6 2-1- استفاده از نانوذرات و نانو سیال در بهبود خواص سیال حفاری 6 مزایای استفاده از NEDF را می توان در چندین مورد برشمرد: 6 2-1-1-هزینه [1] 7 2-1-2-فنی [1] 7 2-1-3-رفع مشکل چسبندگی لوله ها (pipe sticking) [1] 7 2-1-4-رفع مشکل هرزروی گل حفاری (lost circulation) [1] 7 2-1-5-رفع مشکل فرسایش دیواره چاه [1] 8 2-1-6-کاهش نیروی کشش و گشتاور درون چاه [1] 8 2-1-7-پایداری حرارتی [1] 9 دو نوع سیال حفاری متفاوت مورد بررسی قرار گرفته اند: 9 1) سیالاتی بر پایه ذرات هیبریدی که در آنها نانوذرات مغناطیسی در فضاهای بین لایه ای ذرات بنتونیت قرار گرفته اند. 9 2) سیالاتی بر پایه مخلوط های ساده نانوذرات و ذرات بنتونیت 9 2-3- استفاده از نانوذرات در بهبود خواص سیمان 10 2- یک ترکیب خاص از نانو-افزایه های بکار رفته جهت بهبود خواص سیمان در عملیات سیمانکاری چاه [6] 13 استفاده از نانوذرات در بهبود خواص سیال جدا کننده (spacer) و[2] 13 بحث و نتیجه گیری: 14 منابـــــع : 15