كاربردهاي نانو مواد در گل حفاري صنايع بالادستي نفت

[rahele_s 6472]

خلاصه :

 

نانوتکنولوژي به مواد و سيستم‌هايي مربوط مي‌شود که ساختار و اجزاي آن به دليل ابعاد نانومتري، خواص، پديده‌هاي فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي، رفتار جديدي را نشان مي‌دهند. مواد داراي اندازه ذره نانومقياس در حوزه‌اي بين اثرات کوانتومي اتم‌ها و مولکول‌ها و خواص توده قرار مي‌گيرند. با توانايي ساخت و کنترل ساختار نانوذرات مي‌توان خواص حاصل را تغيير داده و خواص مطلوب را در مواد طراحي کرد. نانو تكنولوژي هم اكنون در حال متحول كردن زندگي بشر است و در صنايع تحول زيادي ايجاد نموده و پيش بيني مي شود اين روال با سرعت بيشتري طي سالهاي آتي ادامه يابد. از جمله حوزه هايي كه نانو تكنولوژي در آن وارد شده است ، صنايع بالادستي نفت است كه مطابق تعريف از اكتشاف تا قبل از پالايشگاه را شامل مي شود. مركز مطالعات تكنولوژي شريف در نظر دارد طي يك سلسله گزارشات، كاربردهاي متنوع نانو تكنولوژي را در صنايع بالا دستي ارايه نمايد. اين گزارش به كاربردهاي نانو مواد در گل حفاري مي پردازد.

 

 

مقدمه

براي دست يابي به سيال مخزن مي بايست چاههايي را از سطح زمين تا محل تجمع نفت و گاز (مخزن) حفر نمود. يكي از ديسيپلينهاي مربوط به حفاري گل حفاري و سيتم گردش گل است. گل حفاري سيالي است که از دورن لوله‌هاي رشته‌ حفاري به پايين پمپ مي‌شود، از سوراخ‌هاي مته بيرون مي‌آيد و سپس از فضاي حلقوي بين ديواره چاه و لوله‌هاي حفاري، کنده هاي حاصل از حفاري را به سطح حمل مي‌کند. همچنين گل حفاري، کار خنک کردن مته و کنترل سيالات موجود در لايه‌ها را نيز بر عهده دارد.گل حفاري بايد خواص ريولوژيك و چگالي و ويسکوزيته مناسبي جهت حمل کنده‌هاي حفاري شده به بالا را داشته باشد و از قابليت‌ انتقال توان هيدروليکي پمپ‌ها برخوردار باشد. شكل زير، سيستم گردش گل حفاري را نشان ميدهد.

 

 

 

شكل 1. شماتيكي از سيستم گردش گل حفاري

 

 

خواصي همچون چگالي مناسب با استفاده از نانوافزودني‌ها قابل حصول است. ويسکوزيته مناسب نيز با اضافه کردن نانوافزودني‌هايي که خاصيت روغنکاري دارند (Nano lubricants) بدست مي‌آيند. حصول خاصيتي همچون قابليت انتقال توان هيدروليکي و تراکم‌پذيري (Compressibility) از مهم‌ترين عواملي است که به نظر مي‌رسد با استفاده از نانوکامپوزيت ‌ها, نانوتيوب‌هاي کربني و برخي از نانوپودرهاي سراميکي سخت با وزن مخصوص مناسب نظير نانوپودرهاي کربيد سليسيم قابل دستيابي باشد. گل‌هاي حفاري يا پايه آبي هستند يا پايه نفتي (روغني). براي حصول خواصي همچون چگالي مناسب، عدم خورندگي يا خورندگي کم، خاصيت روان‌کاري، جلوگيري از هرزروي، تراکم‌پذيري مناسب، سمي نبودن و بالاخص خاصيت تيکسوتروپ(ژلاتيني) از نانو افزودني ها استفاده ميشود. اگر احياناً عمليات حفاري قطع شد، گل مي بايست به حالت ژلاتيني در آمده و مانع از ته نشين شدن کنده هاي حفاري شده و از گير كردن ابزار حفاري درون چاه جلوگيري كند. همچنين گل ژلاتيني بايد به گونه‌اي باشد که با کمترين تنش از حالت ژلاتيني به حالت روان درآيد و مجدداً خاصيت تيکسوتروپيک گل را اعاده ‌کند. در اين بخش نيز با توضيح خواص فوق, نانوپليمرها و نانوکامپوزيت‌ها, نانوذرات رسي (Nano clays) و همچنين نانوپراکنده‌کننده‌ها (Nano dispersant) تأثيرات بسزايي روي بهبود اين خواص دارند.

بارِن و همكارانش در سال (2003) موفق به توليد نانوموادي شده اند كه سطحشان پرداخت شده است و به سيالات اضافه مي شوند تا يک نوع کف خاص را توليد نمايد. از کف مذکور در ساختن گل هاي حفاري سبک که مي توان با آن حفاري غيرتعادلي(Under Balanced Drilling) انجام داد مي توان استفاده کرد. اين کف قابليت خارج کردن ضايعات حفاري را نيز دارد.

 

 

 

 

ستاد ویژه توسعه نانو و فناوری