نوع فایل: word2010 قابل ویرایش
تعداد صفحه:49
حجم فایل:371 کیلو بایت
Abstract
Nowadays oil and gas are the most vital needs of man and process of optimal production and extraction of fluid from hydrocarbon reservoirs is one of the disturbances in present world in terms of fuel provision. Thus considering to limitation of the oil and gas reservoirs around the world and the limited ability of man in exploration, production and exploitation from hydrocarbon reservoirs, there is a need to develop the new technologies with purpose of improving the scientific and practical extraction and production. New and unique nanotechnology is able to change the various arenas of oil and gas considerably. In present study the use of nanotechnology to extract from oil and gas reservoirs will be presented and use effectiveness of nanotechnology investigated in present arena with referencing to valid references.
چکیده
امروزه نفت و گاز بعنوان حیاتی ترین نیاز بشر به شمار آمده و فرآیند تولید و استخراج بهینه سیال از مخازن هیدروکربوری یکی از دغدغه های جهان کنونی در زمینه تامین سوخت می باشد. حال آنکه با در نظر گرفتن محدودیت منابع نفتی و گازی در جهان و نیز توانائی محدود بشر در اکتشاف، تولید و بهره برداری از منابع هیدروکربوری، نیاز به توسعه فناوری های جدید در جهت توسعه علمی و عملی استخراج و تولید احساس می شود. در این میان، فناوری جدید و منحصر به فرد نانو این پتانسیل را دارد که تغییرات چشم گیری را در حوزههای متنوع نفت و گاز ایجاد نماید. در این تحقیق استفاده از نانو بر استخراج از مخازن گاز و نفت بیان خواهد شد و با اشاره به منابع معتبر، کارائی استفاده از نانو فناوری در این عرصه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
مقدمه
بصورت کلی پروسه تولید و استخراج نفت و گاز را می توان در دو قالب کلی جداسازی و ازدیاد برداشت مورد بررسی قرار داد. پروسه جداسازی شامل تفکیک سیالات از یکدیگر و همچنین از آلودگی ها و سیالات نامطلوب بوجود آمده در حین فرآیند استخراج و تولید از چاه می باشد. پروسه ازدیاد برداشت نیز شامل انواع عملیاتی میگردد که سیال تولیدی از مخزن را مورد بهره برداری بیشتر قرار می دهد. امروزه ثابت شده است که علم نانو توانائی بهبود فرآیندها در مقیاس مولکولی را دارا می باشد و تاثیر آن در حیطه فرآیندهای جداسازی و ازدیاد برداشت از مخازن نفتی و گازی نیز بسیار چشمگیر است. به گونه ای که با استفاده از نانو سورفکتانت ها، نانو غشاها، نانو ذرات، نانو ژل ها، نانو سیالات و هیدروژل های نانوکامپوزیتی، تحول عمده ای در جهت بهبود فرآیند استخراج و تولید سیال از مخازن نفتی وگازی بوجود آمده است. در این مقاله به بررسی فرآیند جداسازی با استفاده از نانوفناوری پرداخته و جزئیات مربوط به کاربرد و تاثیرات نانوفناوری در عملیات ازدیاد برداشت در یک مقاله مجزا مورد بررسی قرار می گیرد.
مطابق پیش بینی های به عمل آمده، افزایش تقاضای جهانی برای انرژی همچنان ادامه خواهد داشت و اگر چه استفاده از انرژی های جایگزین مانند انرژیهای هستهای و انرژیهای تجدید پذیر در سال های آتی افزایش می یابد، ولی این افزایش در مقایسه با انرژیهای فسیلی کم بوده و نقش اصلی منابع انرژی تجدید پذیر حداقل تا دو دهه آینده نقش تکمیلی و حامی خواهد بود. با درک این واقعیت که میزان تقاضا انرژی جهانی در سال های آتی به بالاترین میزان خود خواهد رسید، نیاز به ایجاد یک تحول علمی و عملی در هسته اصلی علوم مهندسی نفت و گاز، جهت افزایش میزان بهره وری بیش از پیش احساس می شود. در این میان، علم نانو بعنوان علمی که هدف آن بازنگری در ساختار تولیدی مواد و بهینه کردن فرآیند تولید و بهره برداری از آنهاست، این پتانسیل را دارد که انقلابی عظیم در تمامی فناوریهای حال حاضر بشری از جمله بهرهبرداری از منابع هیدروکربوری ایجاد نموده و با استفاده از قابلیتهای گسترده خود فناوریهائی پر بازدهتر و سالم تر نسبت به آنچه امروزه شاهد هستیم، معرفی نماید. بصورت کلی علم نانو از طریق کنترل ساختار ماده در ابعاد اتمی و ایجاد ساختار بهینه برای مواد، سبب بهبود بسیاری از خواص مانند سطح مفید، استحکام، صرفه جوئی در میزان ماده مصرفی و غیره می گردد. در صنعت نفت و گاز نیز از آنجا که قدرت، پایداری و ابعاد تجهیزات مورد استفاده از اهمیت به سزائی برخوردار است می توان با استفاده از فناوری نانو به تحولات چشمگیری دست یافت. چنانچه در یکی از مقالاتی که به تازگی چاپ شده به این نکته اشاره شده است که انتظار می رود با کمک فناوری نانو ضریب برداشت جهانی نفت و گاز تا حدود 10% افزایش پیدا کند. به منظور پاسخگوئی به روند رشد روز افزون تقاضای جهانی جهت تامین منابع نفت و گاز، یا باید منابع جدید هیدروکربنی کشف شده و مورد بهره برداری قرار گیرند و یا با استفاده از فناوری های گوناگون، نفت و گاز در جا و بدون استفاده درون مخزن تحت فرآیند های ازدیاد برداشت مورد بهره برداری قرار گیرد. در این حال و با توجه به شرایط سخت اکتشاف و نیز صیانت از منابع هیدروکربوری موجود، استفاده از روش دوم منطقی تر و اصولی تر می باشد. امروزه فناوری نانو در زمینه ازدیاد برداشت از مخازن نفتی و گازی، پیشرفت های اساسی را ایجاد نموده است. برای مثال استفاده از سیالات هوشمند یا نانوسیالات که سبب تغییر در خاصیت ترشوندگی سنگ مخزن شده و نیروی کششی دراگ و اتصال دهنده ها را در جهت پیوستگی شن کاهش می دهند و یا استفاده از نانو مواد فعال سطحی (Surfactants) که سبب افزایش میزان برداشت از مخازن به نسبت کاملا کنترل شده می گردد.
فصل اول کلیات تحقیق
1-1- تاریخچه گاز
گاز طبیعی دارای تاریخی چند هزار ساله‌است. تقریباً در سال ۹۴۰ قبل از میلاد، مردمان سرزمین چین با استفاده از نی‌های تو خالی گاز طبیعی را از محل آن در خشکی به ساحل رسانده و از آن برای جوشاندن آب دریا و استحصال نمک استفاده می‌کردند. برخی از صاحب‌نظران اعتقاد دارند که چینی‌ها چاه‌های گاز را حتی تا عمق ۶۰۰ متری نیز حفر می‌کردند. همچنین حفر چاه‌های گاز در ژاپن در حدود سال ۶۰۰ قبل از میلاد گزارش شده‌است. سایر تمدن‌های باستانی نیز خروج گاز از زمین را متوجه شده و دریافته بودند که قابل اشتعال است و می‌سوزد. لذا معابدی برای محصور نگه داشتن این «شعله‌های جاودان» پر رمز و راز که بازدیدکنندگان به دیده احترام به آنها می‌نگریستند بنا شد. گزارش‌های مختلفی از ستون‌های آتش و آبی جوشان و سحرآمیز که مانند روغن شعله‌ور می‌شد به ثبت رسیده‌است. اما اهمیت گاز طبیعی به عنوان سوخت مورد استفاده در زندگی بشر از اوایل دهه ۱۹۳۰ آغاز شد. در اواخر قرن بیستم مشخص شد که گاز طبیعی در بخش اعظم جهان صنعتی به یک منبع انرژی بسیار ضروری و حیاتی مبدل شده‌است.
استفادهی مدرن از گازهای سوختی در اواخر قرن هیجدهم آغاز شد. که عمدتاً با توسعهی چراغهای گازی که از گاز ذغال سنگ استفاده میکردهاند صورت گرفت. ویلیام مورداک یک مهندس اسکاتلندی بود که بوسیلهی آزمایشهایی در توسعهی تولید گاز ذغال سنگ و استفاده از آن به عنوان گاز روشنایی نقش ایفا کرد در حدود سال 1810 استفاده از گاز ذغال سنگ برای روشنایی خیابان های لندن آغاز گردید.
در سال 1816 بالتی مور نخستین شهر ایالات متحده بود که چراغ های خیابانی گاز سوز در آن نصب شد. گاز در یک تأسیسات مرکزی تولید می شد و بوسیله ی لوله های کوچکی توزیع می گشت. روشنایی بوسیله ی گاز برای خیابان ها، ساختمان های عمومی و کارخانجات طی یک دو دهه بعد به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت و چراغ های گازسوز پس از جنگ داخلی آمریکا به طور گسترده داخل خانه ها مورد استفاده قرار گرفت.
در سال 1885 کارل ول باخ فیزیکدان اتریشی توری چراغ گازی را اختراع کرد. توری چراغ گازی میزان روشنایی را که چراغ های گازی می توانستند تولید کنند، به شدت افزایش داد. این توری ها شامل یک کلاهک پارچه ای بود که با موادی پوشش داده شده بودند، که این مواد هنگامی که در شعله گرم می شدند شروع به ساطع کردن نور سفید خیره کننده ای می نمودند. با این حال چراغ های برقی عمدتاً (چراغ های قوس الکتریکی و چراغ های رشته ای ) در اوایل قرن بیستم کم کم جایگزین چراغ های گازی شدند. در مواجه با از دست دادن بازار سیستم های روشنایی، صنعت گاز به توسعه ی استفاده از گازهای تولیدی در آشپزی و گرم سازی روی آورد. هم زمان با افزایش نصب اجاق ها و بخاری های گازسوز در خانه ها، درخواست برای گاز افزایش یافت.
در ایالات متحده تا نیمه ی قرن نوزدهم میلادی مقداری گاز طبیعی تولید می شد. اگر چه گاز طبیعی نسبت به دیگر گازهای تولیدی منبع گرمایی بسیار بهتری بود، اما در طی قرن نوزدهم استفاده از آن به طور کلی به مناطق اطراف میدان های گازی و میدان های نفتی محدود می شد. در اوایل قرن بیستم معرفی لوله های بدون درز و اتصالات جوش کاری شده ی خطوط لوله (اختراعاتی که لوله ها را به قدر کافی برای تحمل فشار بالای گاز قدرتمند می ساخت ) امکان انتقال گاز طبیعی به مسافت های دورتر را فراهم کرد. تا اواخر دهه ی 1930 گاز طبیعی بزرگترین سوخت گازی در ایالات متحده شد.
1-2- تاریخچه فناوری نانو در جهان
چهل سال پیش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، درسخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پایین فضای بسیاری هست "( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسی بعد رشد نیافته علم موادپرداخت. وی درآن زمان اظهار داشت : "اصول فیزیک، تا آنجایی که من توانایی فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی زنند." او فرض را براین قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازههارا با مقیاسهای کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آنها را کوچک وکوچک تر کنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقیشان در لبه های نامعلوم کوانتوم نزدیک خواهند بود به طوری که یک اتم را در مقابل دیگری گونه ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول مصنوعی و ساختگی ممکن را ایجاد کنیم.
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را میتوان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خرد ناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژة اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه کاربرد.
با تحقیقات و آزمایشهای بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده‌اند. آنها همچنین پی برده اند که اتمها از ذرات کوچکتری مانند کوارک‌ها و لپتون‌ها تشکیل شده‌اند. با این حال این کشف‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.
نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست‌ها شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند که از قالب‌های قدیمی(Medieal forges) برای شکل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده میکردهاند. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند. در آن زمان برای ساخت شیشه‌های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می‌‌شده است و با این کار شیشه‌های رنگی بسیار جذابی بدست می‌آمده است. این قبیل شیشه‌ها هم‌اکنون در بین شیشه‌های بسیار قدیمی یافت میشوند. رنگ به‌وجودآمده در این شیشه‌ها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی‌باشند.
در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه‌های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه‌ای از آنهاست. این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می‌شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز700 (nm) دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا 14 به 1 است حضور این نانو بلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گذشته است.
در سال1959 ریچارد فاینمن مقاله‌ای را دربارة قابلیتهای فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.
1-3- اهمیت و ضرورت تحقیق فناوری نانو با ماهیت فرارشته اى خود، مرزهاى علوم مختلف را شکسته و زمینه را براى استفاده از نتایج، امکانات و ابزار تمامى علوم و رشته ها در جهت افزایش کیفیت زندگى فراهم کرده است. صنعت نفت و گاز در ایران قدمت زیادی دارد و با بهره مندى از این منابع عظیم توانسته است، جایگاه ویژه اى را براى کشور به وجود آورد. تلاش براى دستیابى به فناوری و بهبود وضعیت موجود در این صنایع امرى است که پس از گذشت سا لها به آن توجهى ویژه شده است. به همین دلیل، صنایع نفت، گاز و پتروشیمى نیز کمابیش از دایره نفوذ فناوری نانو دور نمانده و تا حدودى...
فهرستچکیده 1
1-2- تاریخچه فناوری نانو در جهان.. 6
2-1- ذخائر زیرزمینی نفت وگاز 11
2-3- ترکیبات گاز طبیعی خام. 12
2-4- مشخصات و مزیتهای گاز طبیعی.. 13
2-6-1- گازمحلول در نفت خام. 15
2-7-1- گاز ساختگی (SUBSTITUTE NATURAL) 17
2-7-2- گاز سنتز (SYNTHESIS GAS) 17
2-7-4-گاز شیرین (SWEET GAS) 19
2-7-5- گاز طبیعی (NATURAL GAS) 19
2-7-6- گاز طبیعی فشرده ( COMPRESSED NATURAL GAS) 19
2-8-1- مایعات گاز طبیعی (NATURAL GAS LIQUIDS) 20
2-8-2- گازطبیعی مایع ( Liquefied natural gas LNG) 20
2-8-3- گاز غیرهمراه (NON-ASSOCIATED GAS)22
2-8-5- گازکلاهک گاز (GAS CAP GAS) 22
فصل سوم:نانو و استخراج نفت. 24
3-3-کاربرد فناوری نانو در اکتشاف... 26
3-3-1-کاربرد فناوری نانو درحفاری.. 27
3-3-3- کاربرد در ساخت ابزار و مته های حفاری.. 28
3-3-4- کاربرد فناوری نانو دربهره برداری از چاهها 28
3-3-5-کاربرد در پایش وضعیت چاهها 29
3-3-6-کاربرد درعملیات مشبک کاری.. 29
3-3-7-کاربرد درعملیات سیمانکاری.. 30
3-3-8-کاربرد فناوری نانو درمهندسی و مدیریت مخازن.. 31
3-3-9-کاربرد فناوری نانو درغشاءهای مورداستفاده درصنایع نفت،گاز و پتروشیمى.. 31
3-3- 10- کاربرد فناوری نانو درذخیره سازی وجذب گازها 33
3-3-11- کاربرد فناوری نانو درصنایع نفت گاز پتروشیمی.. 34
فصل چهارم:نانو و استخراج گاز. 35
2-3- استفاده از نانو ذرات... 39
2-4- استفاده از نانو سورفکتانت ها 40
2-4-کاربرد فناوری نانو در اکتشاف47
پایان نامه کارشناسی استفاده از تکنولوژی نانو در استخراج نفت و گاز
