فناوری نانو و آسفالتین - نسخه‌ی قابل چاپ +- تالار گفتگوی کیش تک/ kishtech forum (http://forum.kishtech.ir) +-- انجمن: پردیس فناوری کیش (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=1) +--- انجمن: صنعت نفت، گاز و پتروشیمی (http://forum.kishtech.ir/forumdisplay.php?fid=70) +--- موضوع: فناوری نانو و آسفالتین (/showthread.php?tid=44119)

فناوری نانو و آسفالتین - Milad Zamanzadeh - 19-08-2020 http://kishindustry.com/ فناوری نانو دانشمندان در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای استفاده از فناوری های جدید در حوزه بالا دست نفت انجام داده اند. یکی از فناوری­های  مورد توجه دانشمندان، فناوری نانو است. در سال­های اخیر شرکت­های بزرگ نفتی جهان تحقیقات زیادی را در زمینه­ی کاربردهای فناوری نانو در صنایع بالادستی نفت آغاز نموده اند که برخی نتایج آن نیز منتشر شده است. به طور کلی، هنگامی که اندازه ذرات از اندازه­ی میکرو به سمت نانو می­رود، تعداد زیادی از خصوصیات فیزیکی آنها تغییر می­کند. از دلایل چنین تغییراتی، یکی اثرات کوانتومی موجود در این اندازه ذرات می­باشد. در واقع با حرکت به­سمت مکانیک کوانتومی نسبت اتم های سطحی افزایش می یابد و به تدریج خصوصیات اتم های سطحی به رفتار اتم های درونی غلبه می‌کند. به عبارت دیگر با ریزتر شدن ذرات میزان باندهای آزاد (شکسته) سطحی افزایش می یابد و به دنبال آن انرژی سطحی افزایش یافته که این افزایش سطح (رویه سطحی) و انرژی سطحی نانوذرات، تاثیر زیادی بر روی بر هم­کنش این نانومواد با دیگر مواد دارد و همچنین موجب تغییر در خصوصیات شیمیایی، مکانیکی و الکتریکی این نانومواد می گردد که برخی از این خصوصیات ممکن است به راحتی قابل پیش بینی نباشد. [font=B Nazanin]موارد استفاده نانو ذرات در ازدیاد برداشت [/font] فناوری نانو رویکرد و نگرش جدیدی در مباحث ازدیاد برداشت نفت میباشد که تأثیر خود را در بخشهای مختلف ازدیاد برداشت از جمله امولسیون-سازی( کاهش کشش سطحی)، جذب (تغییر تر شوندگی)، ایجاد حباب کف، استفاده از نانو پلیمرها (افزایش گرانروی آب) و جاذب/کاتالیست (کاهش گرانروی نفت) نشان داده است. از آنجاکه علم نانو توانائی بهبود خواص ماده و ایجاد ترکیبات نوین شیمیائی را دارا میباشد، تأثیرات چشمگیر آن را میتوان در ازدیاد برداشت مشاهده نمود. عوامل زیادی‌ بر موفقیت عملیات ازدیاد برداشت تأثیر‌گذارند. این عوامل به‌ دو گروه‌ تقسیم می‌شوند. یک گروه مربوط به مشخصات سیالات مخزن است و گروه‌ دوم مربوط به مشخصات سازند می‌باشد؛ که بر این اساس، مطالعات استفاده از فناوری نانو در ازدیاد برداشت را میتوان در بخش‌های زیر دسته بندی نمود: *استفاده از نانومواد به عنوان سورفکتانت یا حامل سورفکتانت در فرآیند سیلاب زنی آبی که به دو صورت تغییر در ترشوندگی سطح و تأثیر بر پایداری امولسیون نفت در آب، عمل می کند. *استفاده از نانوذرات در پایداری فوم تزریقی به مخزن. *استفاده از نانوذرات در جذب مولکولهای سنگین نفت خام (آسفالتین و رزین و...) برای از بین بردن قطبیت این مولکولها یا پایداری آنها در نفت و جلوگیری از ته نشینی و تشکیل رسوب آلی در مخزن. *استفاده از نانوذرات کاتالیستی برای تبدیل درجای نفت خام در فرآیند احتراق درجا یا تزریق بخار از طریق واکنش های پیرولیز هیدروترمال و هیدروکرکینگ. *استفاده از نانوذرات مغناطیسی برای بهبود عملکرد نانوذرات و جداسازی آنها از نفت با میدان مغناطیسی. [font=B Nazanin]*استفاده از نانوذرات پلیمری درسیلاب‌زنی پلیمری.[/font] [font=B Nazanin][font=B Nazanin]فناوری نانو و ارتقائ درجا [/font][/font] فناوری نانو از طریق تهیه نانو ساختارهایی باقابلیت جذب آسفالتین و جلوگیری از تجمع و رسوب آنها در زمینه ی ارتقاء درجا و مشکل رسوب آسفالتین ورود پیداکرده است [font=B Nazanin][font=B Nazanin]لخته شدن آسفالتین زمانی رخ میدهد که نیروی جاذبه الکترواستاتیکی موجود بین مولکولهای آسفالتین(به علت قطبی بودن) باعث به هم پیوستن آنها میشود. با بزرگتر شدن کلوخه های آسفالتین، نیروی گرانش بر نیروهای براونی موجود در کلوئید، غلبه میکند و پدیده ی جدایش فاز ها و رسوب آسفالتین اتفاق می افتد. مکانیسم‌های مختلفی برای رسوب آسفالتین ارائه‌شده است که ازجمله آنها میتوان به اثر پراکندگی، اثرکلوئیدی، اثر تجمع و اثرهای الکتروسینتیکی اشاره کرد. حضور رزینها در نفت خام، باعث بیشتر شدن قطبیت نفت و حل شدنِ بهترِ ترکیبات سنگین مانند آروماتیکها و مولکولهای آسفالتین و ممانعت از رسوب آنها میشود. به‌عبارت‌دیگر، رزینها با سر قطبی خود روی سطح نانوکلوخه آسفالتین جذب‌شده و دُم غیرقطبی رزین به سمت نفت قرار میگیرد و مانند یک ماده فعال سطحی عمل میکند. مواد نانوساختار نیز با کنترل رفتار مولکولها و جذب نانوکلوخه های آسفالتین از خودگردآیی، رسوب و افزایش گرانروی نفت در مخزن جلوگیری میکنند. ازآنجاکه گرانروی مایعات از نیروی بین‌مولکولی آنها ناشی میشود و مولکولهای بزرگتر دارای برهم‌کنش بیشتری با مولکولهای دیگر هستند، حضور ماکرومولکولهای آسفالتین و به هم پیوستن آنها سبب افزایش شدید گرانروی نفت میشوند. بنابراین با جذب مولکولهای آسفالتین و جلوگیری از کلوخه شدن آنها میتوان از افزایش گرانروی نفت جلوگیری نموده و عملیات انتقال نفت را آسانتر و ارزانتر انجام داد. جذب آسفالتین همچنین می-تواند بستر یک واکنش شکست کراکینگ را روی نانوذرات کاتالیستی فراهم کند.[/font][/font] [font=B Nazanin][font=B Nazanin][font=B Nazanin]طراحی و ساخت نانوکاتالیستها در واکنش کراکینگ ترکیبات سنگین نفت در محیط مخزن. در این رویکرد در ابتدا باید نانوذرات کاتالیستی به محیط متخلخل سنگ مخزن که محیط واکنش نیز می‌باشد، منتقل شوند که این نانوذرات باید قابلیت بالایی در جذب ترکیبات سنگین و کراکینگ آن به مولکولهای سبکتر را داشته باشد. بنابراین در ابتدا تهیه یک نانو سیال پایدار با نانوذرات کاتالیستی برای انتقال به مخزن مدنظر میباشد که در اثر ناسازگاری و کلوخه شدن تراوایی سنگ مخزن را کاهش ندهد. همچنین این مواد باید در اندازه ای باشند که قابلیت حرکت در محیط متخلخل را داشته و توانایی جذب و شکستن مولکولهای آسفالتین  و ترکیبات سنگین را به صورت ماهیتی و  یا با ایجاد عوامل سطحی داشته باشد. در مبحث هیدروکراکینگ آسفالتین، در صورت وجود دو عامل اصلی هیدروژن و دمای بالا، نانو کاتالیستها میتوانند منجر به باز شدن حلقه های آروماتیکی آسفالتین شوند و آن را به مالتین و ترکیبات سبکتر تبدیل کنند. ازآنجاکه دمای مخازن نفت چندان بالا نیست (حدود ℃180– 70) و واکنش باز شدن حلقه های آروماتیکی در دمای بالاتر از ℃300 در حضور کاتالیست قابل انجام است، لذا برای تأمین دما و هیدروژن مورد نیاز این واکنشها، عملیات احتراق جزئی، در محل چاه تزریق انجام میشود و سبب افزایش دمای سیال مخزن (تا دمای ℃600)، تولید هیدروژن و همچنین حرکت نفت و آب به سمت چاه تولید میگردد. در مدت زمان تماس مواد نانوساختار تزریق‌شده، که شامل مدت‌زمانی است که این مواد فاصله چاه تزریق تا تولید را می پیمایند، این مواد فرصت دارند عملیات جذب و شکست آسفالتین را انجام دهند و این درحالی است که کاتالیست ها برای فعالیت مؤثر در حذف مولکولهای آسفالتین، نیاز به زمان ماند طولانی (بیش از یک ساعت)، فشار بالای هیدروژن و دمای بالاتر از ℃300 دارند. علاوه بر این اکسیژن باقی مانده از واکنش های احتراقِ جزئی می تواند سبب اکسیدشدنِ مونواکسیدکربن تولیدی از احتراق شده و در نتیجه تولید هیدروژن را با مشکل مواجه نماید. نانوذرات می‌توانند دمای احتراق را کاهش داده و نه تنها از شکست پوش سنگ جلوگیری می‌کنند بلکه با شکستن ماکرومولکولهای نفتی سبب ارتقاء نفت تولیدی می‌شوند.[/font][/font][/font] [font=B Nazanin][font=B Nazanin][font=B Nazanin][font=B Nazanin]کاربردهاي فناوري نانو در ازدياد برداشت نفت [/font][/font][/font][/font] در واقع، نانوتكنولوژي به دو شاخه اصلي و مجزا تقسيمبندي ميشود. به طور واضحتر، عبارت "نانوتكنولوژي" مكررا در جايگاه "نانوتكنولوژي مولكولي" استفاده ميگردد كه از مفاهيم سنتز مكانيكي بر پايه طراحي مولكولي و مكان-دقيق (گروههاي تحميل شده)، و با استفاده از سيستمهاي ماشيني- ابزار كاوشي پيماشگر يا نانوربات هاي درکسلر بهره ميبرد.   شاخه ديگر نانوتكنولوژي به عنوان "شيمي سوپرمولكولي" معرفي شده است كه از مفاهيم بنياني خود-مونتاژ مولكولي بدون راهنمايي و مديريت از منابع خارجي استفاده مينمايد. در خود-مونتاژها، تمامي نانوساختارهاي نهايي به شكل مولكول-هاي مورد استفاده "كدگذاري ميشوند" و داراي خواصي مشابه با آنها ميباشند. تحقق ساختارهاي خاص و مطلوب نانوذرات معلق سوپرمولكولي به كمك تغييرات دقيق در پارامترهاي ماكروسكوپي سيستم مانند تركيب سيستم، انجام ميپذيرد. در حقيقت، تغييرات فازي در تهيه نانوكلوييدها به شدت بر خواص ماكروسكوپي توده نانوسيال تاثيرگذار است. در صنعت نفت، بخش اعظم مولكولهاي خود مونتاژ به بخش قابل حل "آسفالتينها" تعلق دارد.  با اين تفاسير، عبارت "نانوتكنولوژي" را ميتوان براي هر عمليات صنعتي كه بر پايه مفاهيم نمودارهاي پيچيده نانوفازي سيالات نفتي طراحي و اجرا ميشود به كار برد. چنين تكنولوژي بايد دربردارنده فرآيندهايي باشد كه به طور خاص طراحي شده تا با پيشگيري/ تحريك هدفمند تبديلات فازي خاص در نانوكلوييدهاي نفتي، خواص مهم توده سيال نفت را بهبود بخشيده و يا حداقل از بين نبرد.  [font=B Nazanin][font=B Nazanin][font=B Nazanin][font=B Nazanin]طبق يافته هاي افدوکيموف و همكاران در سال ۲۰۰۶، مدارك كافي دال بر آنكه نفت خامهاي محلي خود به عنوان "نانو سيالات آميزشي" تلقي ميگردند وجود دارد. از اين رو، بهتر است كه تكنولوژيهاي رايج/ نوظهور جهت مهندسي مخازن به شكل  "فناوريهاي نانو" پديدار گشته و به گونهاي بهينه سازي و طراحي گردند كه پيچيدگي خاص نمودارهاي فازي نانوكلوييدهاي ذاتي نفت، نظير مولكولهاي آسفالتين را در نظر بگيرند. اين امر لااقل سبب نگهداري ساختار دروني و حساس نفتهاي خام خواهد گرديد (اين رويكرد را ميتوان به نام "نانوتكنولوژي نفت" در نظر گرفت.) توجه به خطوط مرزي نانوفازي ميتواند از پيشامد مشكلات خاص در حين عمليات مختلف نظير افزايش ناخواسته گرانروي و نقطه ريزش سيال و يا رسوب محتواي آسفالتيني آن جلوگيري نموده و يا سبب بهبود كيفيت نفت از طريق جداسازي سازندههاي سبك و سنگين آن گردد[/font][/font][/font][/font]