نانوتكنولوژي در خدمت پيشرفت صنعت نفت
نانوتكنولوژي در خدمت پيشرفت صنعت نفت
نويسنده: محسن راد
هنگامي كه ريچارد اسمالي (Richard Smally) برنده جايزه نوبل، بالك مينستر فلورسنس را در سال1985 در دانشگاه رايس كشف كرد، گمان نمي كرد كه تحقيق او بتواند صنعت نفت را متحول كند. سازمان انرژي آمريكا سرمايه گذاري خود را در قسمت فناوري نانو62 درصد افزايش داد تا مطالعات لازم را در زمينه موادي با نام هاي باكي بال ها1 و باكي تيوب ها2 (استوانه هاي كربني كه داراي قطر9-10 متر هستند)، انجام دهد.
نانو لوله هاي كربني با وزني در حدوديك ششم وزن فولاد داراي استحكامي100 برابر بيشتر از استحكام فولاد است. قدرت رسانايي الكتريكي اين لوله ها معادل با قدرت رسانايي مس و قدرت رسانايي گرمايي آن با الماس برابر است. نانو *****ها مي توانند به جداسازي مواد در ميدان هاي نفتي كمك كنند و استفاده از كاتاليست هاي نانو مي تواند تاثيري معادل چندين ميليارد دلار در هزينه فرايند پالايش به دنبال داشته باشد. از ساير مزاياي نانو لوله هاي كربني مي توان به كاربرد آنها در تكنولوژي اطلاعات (IT) مانند ساخت پوشش هاي مقاوم در مقابل تداخل هاي الكترومغناطيسي، صفحه هاي نمايش مسطح، مواد مركب جديد و تجهيزات الكترونيكي با كارايي بالا اشاره كرد.
تحول بزرگ در مقياس بسيار كوچكعلم نانو مي تواند با تسهيل جدا كردن نفت و گاز در داخل مخزن به بهبود توليد كمك كند. اين كار با درك بهتر فرايندها در سطوح مولكولي امكان پذير خواهد بود. نانو تكنولوژي به مفهوم ساخت مواد و ساختارهاي جديد توسط مولكول ها و اتم ها، در مقياس9-10 اندازه گيري مي شود و كاربردهاي عملي آن در صنعت نفت جايگاه ويژه اي دارند.
همچنين نانو تكنولوژي ديدگاه هاي جديدي براي استخراج بهبود يافته نفت فراهم كرده است. اين تكنولوژي به جدايي موثرتر نفت و آب كمك مي كند. با افزودن موادي در مقياس نانو به مخزن مي توان نفت بيشتري آزاد كرد. همچنين مي توان با گسترش روش هاي اندازه گيري توسط سنسورهاي كوچك، اطلاعات بهتري درباره مخزن بدست آورد.
استحكام مواد نانو
صنعت نفت در تمام فرايندها احتياج به موادي مستحكم و مطمئن دارد. با ساخت موادي در مقياس نانو مي توان تجهيزاتي سبكتر، مقاومتر و محكمتر از محصولات امروزي توليد كرد. شركت نانو تكنولوژي GP در هنگ كنگ يكي از پيشگامان توسعه كربيد سيليكون، يك پودر سراميكي در ابعاد نانو است كه با استفاده از آن مي توان مواد بسيار سختي توليد كرد. اين شركت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقيق بر روي ساير مواد مركب است كه مي تواند با نانو كريستال ها، تجهيزات حفاري با دوام تر و مستحكم تري را توليد كند. همچنين متخصصان اين شركت يك سيال جديد حاوي ذرات و نانو پودرهاي بسيار ريز توليد كرده اند كه به طور قابل توجهي سرعت حفاري را بهبود مي بخشد. اين مخلوط
آسيب هاي وارده به ديواره مخازن چاه را حذف كرده و قابليت استخراج نفت را افزايش
مي دهند.
كاهش آلودگي در توليد
آلودگي محيط زيست توسط مواد شيميايي و يا گازهاي آلاينده يك مبحث بسيار دشوار در توليد نفت و گاز است. نتايج بدست آمده از تحقيقات دانشمندان حاكي از آن است كه نانو تكنولوژي مي تواند تا حد مطلوبي به كاهش آلودگي كمك كند. در حال حاضر *****ها و ذراتي با ساختار نانو كه مي توانند تركيبات آلي را از نفت جدا كنند، در حال توسعه هستند. اين نمونه ها علي رغم اينكه اندازه اي در حدود چند نانومتر دارند، داراي سطح بيروني وسيعي بوده و قادر به كنترل نوع سيال گذرنده از خود هستند. همچنين كاتاليست هايي با ساختار نانو براي تسهيل در جداسازي سولفيد هيدروژن، آب، مونوكسيدكربن و دي اكسيد كربن از گاز طبيعي در صنعت نفت بكار گرفته مي شود. در حال حاضر مطالعاتي بر روي نمونه هايي از خاك رس در ابعاد نانو و به منظور تركيب با پليمرهايي صورت مي پذيرد كه بتوانند هيدروكربن ها را جذب كنند. بنابراين مي توان باقيمانده هاي نفت را از گِلِ حفاري جدا كرد.
سنسورهاي خود تميزكننده هيدروژن
خواص فوتوكاتاليستي نانو تيوب هاي تيتانيا در مقايسه با هر فرمي از تيتانيا بارزتر است، بطوري كه آلودگي هاي ايجاد شده تحت تابش اشعه ماوراء بنفش را به طور قابل توجهي از بين مي برد تا اينكه سنسورها بتوانند حساسيت اصلي خود را نسبت به هيدروژن حفظ كنند. تحقيقات انجام گرفته در اين زمينه حاكي از آن است كه نانوتيوب هاي تيتانيا داراي مقاومت الكتريكي برگشت پذيري هستند بطوري كه اگر هزار قطعه از آنها، در مقابل يك ميليون اتم هيدروژن قرار بگيرند، مقاومت الكتريكي آنها در حدود يكصد ميليون درصد افزايش مي يابد.
سنسورهاي هيدروژن بطور گسترده اي در صنايع شيميايي، نفت و نيمه رساناها مورد استفاده قرار مي گيرند و از آنها براي شناسايي انواع خاصي از باكتري هاي عفونت زا استفاده مي شود. محيط هايي مانند تاسيسات و پالايشگاه هاي نفتي مي توانند بسيار آلوده و كثيف باشند. سنسورهاي هيدروژن، نانو تيوب هاي تيتانيا هستند كه توسط يك لايه غيرپيوسته اي از پالاديم پوشانده شده اند. محققان طي آزمايشي با آلوده كردن اين سنسورها به مواد مختلفي مانند اسيد استريك (يك نوع اسيد چرب)، دود سيگار و روغن هاي مختلفي مشاهده كردند كه تمام اين آلوده كننده ها در اثر خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب ها از بين مي روند. بيشترين ميزان آلودگي ها زماني بود كه دانشمندان اين سنسورها را در روغن هاي مختلفي غوطه ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازيابند. محققان سنسورها را در دماي اتاق در معرض گاز هيدروژن (به مقدار هزار قطعه در مقابل يك ميليون اتم هيدروژن) قرار دادند و مشاهده كردند كه در طرح هاي اوليه مقاومت الكتريكي سنسور به ميزان175 هزار درصد تغيير مي كند. سپس سنسورها را توسط لايه اي به ضخامت چندين ميكرون از روغن موتور پوشاندند تا به طور كلي حساسيت آنها نسبت به هيدروژن از بين برود. سپس اين سنسورها را در هواي عادي به مدت10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار داده و پس از يك ساعت مشاهده كردند كه سنسورها مقدار قابل توجهي از حساسيت خود را بدست آورده و پس از گذشته نزديك به10 ساعت به طور كامل به وضعيت عادي خود بازگشتند.
با افزودن مقدار اندكي از فلزات مختلف نظير قلع، طلا، نقره، مس و نايوبيم، گروه متنوعي از سنسورهاي شيميايي بدست مي آيند. اين فلزات خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب هاي تيتانيا را تغيير مي دهند. به هر حال سنسورها در يك محيط غيرقابل كنترل در دنياي واقعي توسط مواد گوناگوني نظير بخارهاي آلي فرّار، دوده كربن و بخارهاي نفت و همچنين گردوغبار، آلوده
مي شوند. قابليت خود پاك كنندگي سنسورها، طول عمر آنها را افزايش داده و از همه مهمتر خطاي آنها را كاهش مي دهد.
سنسورهاي جديد در خدمت بهبود استخراج نفت
بر اساس آخرين اطلاعات منتشر شده توسط سازمان انرژي آمريكا، در حدود دو سوم از استخراج نفت چاه هاي نفت آمريكا به صورت اقتصادي انجام نمي شود. با توجه به دما و فشار زياد در محيط هاي سخت زيرزميني، سنسورهاي قديمي الكتريكي و الكترونيكي و ساير لوازم اندازه گيري قابل اعتماد نيستند و در نتيجه شركت هاي استخراج كننده نفت در تهيه اطلاعات لازم و حساس براي استخراج كامل و موثر نفت از مخازن با برخي مشكلات مواجه هستند.
محققان در آزمايشگاه فوتونيك دانشگاه صنعتي ويرجينيا در حال توسعه يك سري سنسورهاي قابل اعتماد و ارزان از فيبرهاي نوري براي اندازه گيري فشار، دما، جريان نفت و امواج آكوستيك در چاه هاي نفت هستند. اين سنسورها به علت مزايايي مانند اندازه كوچك، ايمني در مقابل تداخل الكترومغناطيسي، كارايي در فشار و دماي بالا و همچنين محيط هاي دشوار، مورد توجه بسيار قرار گرفته اند. از همه مهمتر اينكه امكان جايگزيني و تعويض اين سنسورها بدون دخالت در فرايند توليد نفت و با هزينه مناسب فراهم است. در حال حاضر عمل جايگزيني و تعويض سنسورهاي قديمي در چاه هاي نفت، ميليونها دلار هزينه در پي دارد. سنسورهاي جديد از نظر توليد، بسيار مقرون به صرفه بوده و اندازه گيري هاي دقيقتري ارائه مي دهند.
انتظار مي رود كه تكنولوژي اين سنسورها توليد نفت را با ارائه اندازه گيري هاي دقيق و قابل اعتماد و كاهش ريسك هاي همراه با اكتشاف و حفاري نفت بهبود بخشد. همچنين سنسورهاي جديد به علت برخي كاربردهاي ويژه نظير استخراج دريايي و افقي نفت، جايي كه به كار بستن سنسورهاي قديمي در چنين شرايطي بسيار مشكل است، از توجه ويژه اي برخوردارند.
پاورقي
1- Bulky Balls
2- Bulky Tubes
نانوتكنولوژي در خدمت پيشرفت صنعت نفت
نويسنده: محسن راد
هنگامي كه ريچارد اسمالي (Richard Smally) برنده جايزه نوبل، بالك مينستر فلورسنس را در سال1985 در دانشگاه رايس كشف كرد، گمان نمي كرد كه تحقيق او بتواند صنعت نفت را متحول كند. سازمان انرژي آمريكا سرمايه گذاري خود را در قسمت فناوري نانو62 درصد افزايش داد تا مطالعات لازم را در زمينه موادي با نام هاي باكي بال ها1 و باكي تيوب ها2 (استوانه هاي كربني كه داراي قطر9-10 متر هستند)، انجام دهد.
نانو لوله هاي كربني با وزني در حدوديك ششم وزن فولاد داراي استحكامي100 برابر بيشتر از استحكام فولاد است. قدرت رسانايي الكتريكي اين لوله ها معادل با قدرت رسانايي مس و قدرت رسانايي گرمايي آن با الماس برابر است. نانو *****ها مي توانند به جداسازي مواد در ميدان هاي نفتي كمك كنند و استفاده از كاتاليست هاي نانو مي تواند تاثيري معادل چندين ميليارد دلار در هزينه فرايند پالايش به دنبال داشته باشد. از ساير مزاياي نانو لوله هاي كربني مي توان به كاربرد آنها در تكنولوژي اطلاعات (IT) مانند ساخت پوشش هاي مقاوم در مقابل تداخل هاي الكترومغناطيسي، صفحه هاي نمايش مسطح، مواد مركب جديد و تجهيزات الكترونيكي با كارايي بالا اشاره كرد.
تحول بزرگ در مقياس بسيار كوچكعلم نانو مي تواند با تسهيل جدا كردن نفت و گاز در داخل مخزن به بهبود توليد كمك كند. اين كار با درك بهتر فرايندها در سطوح مولكولي امكان پذير خواهد بود. نانو تكنولوژي به مفهوم ساخت مواد و ساختارهاي جديد توسط مولكول ها و اتم ها، در مقياس9-10 اندازه گيري مي شود و كاربردهاي عملي آن در صنعت نفت جايگاه ويژه اي دارند.
همچنين نانو تكنولوژي ديدگاه هاي جديدي براي استخراج بهبود يافته نفت فراهم كرده است. اين تكنولوژي به جدايي موثرتر نفت و آب كمك مي كند. با افزودن موادي در مقياس نانو به مخزن مي توان نفت بيشتري آزاد كرد. همچنين مي توان با گسترش روش هاي اندازه گيري توسط سنسورهاي كوچك، اطلاعات بهتري درباره مخزن بدست آورد.
استحكام مواد نانو
صنعت نفت در تمام فرايندها احتياج به موادي مستحكم و مطمئن دارد. با ساخت موادي در مقياس نانو مي توان تجهيزاتي سبكتر، مقاومتر و محكمتر از محصولات امروزي توليد كرد. شركت نانو تكنولوژي GP در هنگ كنگ يكي از پيشگامان توسعه كربيد سيليكون، يك پودر سراميكي در ابعاد نانو است كه با استفاده از آن مي توان مواد بسيار سختي توليد كرد. اين شركت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقيق بر روي ساير مواد مركب است كه مي تواند با نانو كريستال ها، تجهيزات حفاري با دوام تر و مستحكم تري را توليد كند. همچنين متخصصان اين شركت يك سيال جديد حاوي ذرات و نانو پودرهاي بسيار ريز توليد كرده اند كه به طور قابل توجهي سرعت حفاري را بهبود مي بخشد. اين مخلوط
آسيب هاي وارده به ديواره مخازن چاه را حذف كرده و قابليت استخراج نفت را افزايش
مي دهند.
كاهش آلودگي در توليد
آلودگي محيط زيست توسط مواد شيميايي و يا گازهاي آلاينده يك مبحث بسيار دشوار در توليد نفت و گاز است. نتايج بدست آمده از تحقيقات دانشمندان حاكي از آن است كه نانو تكنولوژي مي تواند تا حد مطلوبي به كاهش آلودگي كمك كند. در حال حاضر *****ها و ذراتي با ساختار نانو كه مي توانند تركيبات آلي را از نفت جدا كنند، در حال توسعه هستند. اين نمونه ها علي رغم اينكه اندازه اي در حدود چند نانومتر دارند، داراي سطح بيروني وسيعي بوده و قادر به كنترل نوع سيال گذرنده از خود هستند. همچنين كاتاليست هايي با ساختار نانو براي تسهيل در جداسازي سولفيد هيدروژن، آب، مونوكسيدكربن و دي اكسيد كربن از گاز طبيعي در صنعت نفت بكار گرفته مي شود. در حال حاضر مطالعاتي بر روي نمونه هايي از خاك رس در ابعاد نانو و به منظور تركيب با پليمرهايي صورت مي پذيرد كه بتوانند هيدروكربن ها را جذب كنند. بنابراين مي توان باقيمانده هاي نفت را از گِلِ حفاري جدا كرد.
سنسورهاي خود تميزكننده هيدروژن
خواص فوتوكاتاليستي نانو تيوب هاي تيتانيا در مقايسه با هر فرمي از تيتانيا بارزتر است، بطوري كه آلودگي هاي ايجاد شده تحت تابش اشعه ماوراء بنفش را به طور قابل توجهي از بين مي برد تا اينكه سنسورها بتوانند حساسيت اصلي خود را نسبت به هيدروژن حفظ كنند. تحقيقات انجام گرفته در اين زمينه حاكي از آن است كه نانوتيوب هاي تيتانيا داراي مقاومت الكتريكي برگشت پذيري هستند بطوري كه اگر هزار قطعه از آنها، در مقابل يك ميليون اتم هيدروژن قرار بگيرند، مقاومت الكتريكي آنها در حدود يكصد ميليون درصد افزايش مي يابد.
سنسورهاي هيدروژن بطور گسترده اي در صنايع شيميايي، نفت و نيمه رساناها مورد استفاده قرار مي گيرند و از آنها براي شناسايي انواع خاصي از باكتري هاي عفونت زا استفاده مي شود. محيط هايي مانند تاسيسات و پالايشگاه هاي نفتي مي توانند بسيار آلوده و كثيف باشند. سنسورهاي هيدروژن، نانو تيوب هاي تيتانيا هستند كه توسط يك لايه غيرپيوسته اي از پالاديم پوشانده شده اند. محققان طي آزمايشي با آلوده كردن اين سنسورها به مواد مختلفي مانند اسيد استريك (يك نوع اسيد چرب)، دود سيگار و روغن هاي مختلفي مشاهده كردند كه تمام اين آلوده كننده ها در اثر خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب ها از بين مي روند. بيشترين ميزان آلودگي ها زماني بود كه دانشمندان اين سنسورها را در روغن هاي مختلفي غوطه ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازيابند. محققان سنسورها را در دماي اتاق در معرض گاز هيدروژن (به مقدار هزار قطعه در مقابل يك ميليون اتم هيدروژن) قرار دادند و مشاهده كردند كه در طرح هاي اوليه مقاومت الكتريكي سنسور به ميزان175 هزار درصد تغيير مي كند. سپس سنسورها را توسط لايه اي به ضخامت چندين ميكرون از روغن موتور پوشاندند تا به طور كلي حساسيت آنها نسبت به هيدروژن از بين برود. سپس اين سنسورها را در هواي عادي به مدت10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار داده و پس از يك ساعت مشاهده كردند كه سنسورها مقدار قابل توجهي از حساسيت خود را بدست آورده و پس از گذشته نزديك به10 ساعت به طور كامل به وضعيت عادي خود بازگشتند.
با افزودن مقدار اندكي از فلزات مختلف نظير قلع، طلا، نقره، مس و نايوبيم، گروه متنوعي از سنسورهاي شيميايي بدست مي آيند. اين فلزات خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب هاي تيتانيا را تغيير مي دهند. به هر حال سنسورها در يك محيط غيرقابل كنترل در دنياي واقعي توسط مواد گوناگوني نظير بخارهاي آلي فرّار، دوده كربن و بخارهاي نفت و همچنين گردوغبار، آلوده
مي شوند. قابليت خود پاك كنندگي سنسورها، طول عمر آنها را افزايش داده و از همه مهمتر خطاي آنها را كاهش مي دهد.
سنسورهاي جديد در خدمت بهبود استخراج نفت
بر اساس آخرين اطلاعات منتشر شده توسط سازمان انرژي آمريكا، در حدود دو سوم از استخراج نفت چاه هاي نفت آمريكا به صورت اقتصادي انجام نمي شود. با توجه به دما و فشار زياد در محيط هاي سخت زيرزميني، سنسورهاي قديمي الكتريكي و الكترونيكي و ساير لوازم اندازه گيري قابل اعتماد نيستند و در نتيجه شركت هاي استخراج كننده نفت در تهيه اطلاعات لازم و حساس براي استخراج كامل و موثر نفت از مخازن با برخي مشكلات مواجه هستند.
محققان در آزمايشگاه فوتونيك دانشگاه صنعتي ويرجينيا در حال توسعه يك سري سنسورهاي قابل اعتماد و ارزان از فيبرهاي نوري براي اندازه گيري فشار، دما، جريان نفت و امواج آكوستيك در چاه هاي نفت هستند. اين سنسورها به علت مزايايي مانند اندازه كوچك، ايمني در مقابل تداخل الكترومغناطيسي، كارايي در فشار و دماي بالا و همچنين محيط هاي دشوار، مورد توجه بسيار قرار گرفته اند. از همه مهمتر اينكه امكان جايگزيني و تعويض اين سنسورها بدون دخالت در فرايند توليد نفت و با هزينه مناسب فراهم است. در حال حاضر عمل جايگزيني و تعويض سنسورهاي قديمي در چاه هاي نفت، ميليونها دلار هزينه در پي دارد. سنسورهاي جديد از نظر توليد، بسيار مقرون به صرفه بوده و اندازه گيري هاي دقيقتري ارائه مي دهند.
انتظار مي رود كه تكنولوژي اين سنسورها توليد نفت را با ارائه اندازه گيري هاي دقيق و قابل اعتماد و كاهش ريسك هاي همراه با اكتشاف و حفاري نفت بهبود بخشد. همچنين سنسورهاي جديد به علت برخي كاربردهاي ويژه نظير استخراج دريايي و افقي نفت، جايي كه به كار بستن سنسورهاي قديمي در چنين شرايطي بسيار مشكل است، از توجه ويژه اي برخوردارند.
پاورقي
1- Bulky Balls
2- Bulky Tubes