ما در کشوری زندگی می‌کنیم که صنایع نفتی نقش بزرگی را در اقتصاد آن ایفا می‌کنند. این صنایع همواره با مشکلات و چالش‌های بزرگی روبه‌رو هستند که برای حل آن‌ها لازم است با فناوری‌های جدید همراه شوند. امروزه مهم‌ترین فناوری مورداستفاده در دنیا در این صنایع، فناوری نانو است. نقش فناوری نانو در صنایع پایین‌دستی به دلیل هزینه‌های پایین‌تر و حضور صنایع خصوصی در آن قسمت پررنگ‌تر است درحالی‌که فناوری نانو در صنایع بالادستی کاربردهای فراوانی دارد. سیمان حفاری، سیال حفاری و ادوات آنالیزی از جمله قسمت‌هایی هستند که فناوری نانو به آن‌ها ورود پیدا کرده است و موجب بهبود کارایی آن‌ها در چاه‌های نفت و گاز شده است. هم‌چنین فناوری نانو در حوزه ازدیاد برداشت نفت خام که یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو است، مورداستفاده قرار می‌گیرد و از انواع نانوساختارهای مختلف در این حوزه استفاده می‌شود. در این گزارش سعی شده است کاربردهای فناوری نانو در چاه‌های نفت و گاز موردبررسی قرار گیرد.

ستاد ویژه توسعه فناوری نانو با هدف برطرف کردن نیازها و حل مشکلات صنایع با تکیه بر توان داخل، سعی می‌کند تا از طریق حمایت‌های مادی و معنوی خود مسیر رسوخ و انتقال فناوری‌های مبتنی بر فناوری نانو را در صنایع مختلف از جمله صنعت نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی هرچه بیشتر تسهیل کند.

«نانو» به معنی ^{۹ –}۱۰ یا یک میلیاردیم هر مقداری است. نانومواد به‌عنوان موادی تعریف می‌شوند که حاوی قطعات ساختاری با حداقل یک بعد زیر ۱۰۰ نانومتری هستند. فناوری نانو، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می‌شود. از همین تعریف ساده برمی‌آید که فناوری نانو یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته‌ها است. استفاده از این فناوری در کلیه علوم پزشکی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپیوترهای کوانتومی، صنعت نفت، صنایع وابسته و … باعث شده که تحقیقات در زمینه نانو به‌عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. صنعت نفت نیز به‌عنوان اولین صنعت تأمین‌کننده انرژی جهان از این قاعده مستثنی نیست. با توجه به قدمت بالایی که صنعت نفت و گاز در ایران دارد و توانسته‌اند جایگاه ویژه‌ای از نظر سیاسی و اقتصادی برای ایران در منطقه رقم بزنند، این صنایع توجه ویژه‌ای به بهبود فناوری در این حوزه دارند. به همین دلیل، صنایع نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی نیز کمابیش از دایره نفوذ فناوری نانو دور نمانده و تا حدودی فناوری نانو در این صنایع نیز وارد شده است. هرچند این صنعت در ابتدای راه این تحولات علمی قرار دارد (به‌ویژه در بخش بالادستی)، اما در گروه صنایعی به‌حساب می‌آید که پتانسیل و تأثیر موفقیت‌آمیز کاربرد فناوری نانو در بخش‌های مختلف آن (حتی در بعد میدانی) به اثبات رسیده است.

فناوری نانو کاربردهای فراوانی در صنعت نفت پیدا کرده است، به‌کارگیری این فناوری در صنایع بالادستی نفتی می‌تواند در نهایت موجب تسهیل و افزایش برداشت نفت و گاز شود و از نظر اقتصادی بهبود چشمگیری را حاصل کرده و انقلاب بزرگی در این صنعت ایجاد کند. ایران نیز به‌عنوان یکی از مالکین اصلی نفت و گاز با قدمت بیش از یک قرن، می‌تواند با برنامه‌ریزی لازم در جهت نائل شدن به پیشرفت‌های مناسب و درخور، در این راه گام بردارد. با توجه به وضعیت منابع نفت و گاز در کشور، جهت ایجاد رویکردی جدی، تلاش و برنامه‌ریزی منسجم موردنیاز است.

 

 

فناوری نانو در چاه‌های نفت و گاز

به مجموعه عملیاتی که از اکتشاف تا پیش از پالایشگاه در زمینه تولید و استخراج نفت انجام می‌گیرد، صنایع بالادستی گفته می‌شود. این عملیات شامل اکتشاف، حفاری، بهره‌برداری و مدیریت مخازن می‌شود.

زمینه‌های کاربردی فناوری نانو در صنایع بالادستی نفت در ۸ دسته کلی شناسایی شده‌اند:

شکل ۱. زمینه‌های کاربردی فناوری نانو در صنایع بالادستی (چاه‌های نفت و گاز) [1]

 

 

１.   نانوذرات

از نانوذرات در سیمان‌کاری بین لوله‌های جداری و دیوار چاه، حفاری غیرتعادلی، جلوگیری از چند فازی شدن سیال در خطوط لوله، تزریق کف برای جلوگیری از پدیده مخروطی شدن، گل حفاری و الماس‌واره‌ها استفاده می‌شود ]۱[.

کنترل جریان سیال، یکی از مهم‌ترین فاکتورها در استخراج سیالات هیدروکربنی است. در این حالت جبهه جلویی سیال تزریق شده باید تا حد امکان یکنواخت حرکت کند تا بتواند به‌صورت مناسب به درون سازند ^۱ نفوذ کند. محققان به‌منظور بهبود این پروسه موفق به تولید عوامل سطحی و غیر نفوذکننده بر پایه نانوذرات شده‌اند که می‌توانند میزان جریان را در عملیات استخراج و تولید بهبود دهند [2].

２.   نانوحسگرها

از نانوحسگرها در لرزه‌نگاری برای اکتشاف مخازن نفتی، نمونه‌گیری از چاه، مته‌های حفاری جهت تشخیص جنس لایه‌ها، نمودارسنجی حین حفاری، نمودارگیری گل حفاری، حفاری تاپ درایو، اندازه‌گیری حین حفاری و آزمایشگاه روی تراشه استفاده می‌شود ]۱[. به کمک نانوحسگرهایی با ابعاد کمتر از عرض موی انسان در محدوده ۱۰۰ میکرومتر تا ۱۰۰ نانومتر می‌توان مخازن نفت و گاز را به‌طور جامع‌تر بررسی کرد و داده‌های فراوانی را جمع‌آوری کرد. پس از ارسال نانوحسگرها به مخزن، این حسگرها می‌توانند اطلاعات مربوط به خواص سیال و سنگ را از هر نقطه‌ای از فضای مخزن جمع‌آوری کرده و انتقال دهند و از این طریق موجب افزایش برداشت خواهند شد [۳]. کاربرد عمده نانوحسگرها در صنایع نفت و گاز مربوط به تعیین مکان دقیق مخازن و نیز تشخیص گازهای سمی از چاه‌ها و معادن و بررسی وضعیت درون چاه مانند دما، فشار و… است. در این راستا نانوحسگرها با استفاده از ابعاد بسیار ریزی که دارند می‌توانند به درون حفرات سازند نفوذ کرده و اطلاعات مناسبی را از ساختار آن در اختیار قرار دهند[۴].

３.   نانوکامپوزیت

از نانوکامپوزیت‌ها در ایجاد شکاف مصنوعی در مخازن نفتی، لوله‌های تابیده در حفاری چاه نفتی، حفاری افقی و زاویه‌دار، توپک‌رانی برای بهره‌برداری از چاه‌های نفت، نانوکامپوزیت‌های فولادی با اکسید ایتریم در جداره چاه‌های نفتی و نانوکامپوزیت‌های پلیمری در ازدیاد برداشت مخازن نفتی استفاده می‌شود ]۱[.

４.   نانوپوشش‌ها

پوشش‌های نانوکامپوزیتی در حفاری مته‌های حفاری و نانوپوشش‌ها در حفاری توربو دریل کاربرد دارند ]۱[. عموماً نفت در عمق ۹۰۰ تا ۵۰۰۰ متری از سطح زمین یافت می‌شود. جهت دسترسی به آن، می‌بایست زمین حفاری شود. به این منظور از مته‌ها در انتهای رشته حفاری استفاده می‌شود. ترکیبات تنگستن با کربن عبارت است از W₂C، WC که به سختی الماس و پوشش نانوساختار الماس-مانند^۲ هستند که می‌توانند به‌عنوان پوشش سخت و مقاوم در مته‌های حفاری استفاده شوند. نانوپوشش‌ها در شیرهای مورداستفاده در صنعت حفاری نیز کاربرد دارند. تجهیزات درون‌چاهی که در پایین لوله‌های حفاری نصب می‌شوند، ممکن است تحت اصطکاک و سایش قرار گیرند، بنابراین نانوپوشش‌های با ضریب اصطکاک کم در نواحی تماس، عمر آن‌ها را افزایش می‌دهد[۵[.

５.   نانوبلور

در مشبک‌کاری لوله‌های جداره چاه‌های نفتی کاربرد دارند ]۱[. مشبک‌کاری فرآیندی است جهت سوراخ کردن لوله جداری برای عبور جریان سیال از مخزن به درون ستون چاه، که براساس نوع مشبک‌کننده، به روش‌های مختلفی صورت می‌گیرد. استفاده از نانوپوشش‌ها یکی از کاربردهای فناوری نانو در مشبک‌کاری است. در این پوشش‌ها که از دو فاز زمینه و تقویت‌کننده تشکیل شده‌اند، فاز نانوبلوری (تقویت‌کننده) در فاز آمورف (ماده زمینه) جاسازی شده است که میزان چقرمگی و سختی آن افزایش زیادی داشته است. از نانوبلورها در ماده آستری خرج گود نیز استفاده می‌شود[۶[.

６.   نانومحاسبات

نانومحاسبات در لرزه‌نگاری برای اکتشاف مخازن استفاده می‌شود ]۱[.

７.   نانوسیالات

در یکسان‌سازی فشار روی مخازن کاربرد دارند ]۱[. نانوسیالات حاوی اکسیدهای فلزی، دارای خواص بسیار مناسبی هستند. همچنین نانوذرات اکسیدمنیزیم یکی از بهترین جاذب‌های ذرات ریز در ماده متخلخل هستند. نانوسیالات حاوی نانوذرات دارای خواص بسیار مناسبی مانند تمایل زیاد به جذب از خود نشان داده و به دلیل ذرات بسیار ریزی که دارند انتخاب مناسبی جهت تزریق به منطقه نزدیک دیواره چاه به شمار می‌روند[۷[. علاوه بر این، نانوسیالاتی وجود دارند که به‌عنوان مکمل سوخت‌های گازوییلی به آن‌ها اضافه می‌شوند و مصرف سوخت تجهیزات استخراج نفت را کاهش می‌دهند.

８.   نانوفیلترها

از نانوفیلترها در جداسازی آب، نفت و گاز در محل چاه‌های نفت استفاده می‌شود ]۱[. در مورد فرآیند نانوفیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر است و برخلاف روش اسمز معکوس که همه املاح را حذف می‌کند و نیاز به فشار بالا و در نتیجه مصرف انرژی زیادی دارد، نانوفیلتراسیون در فشارهای کمتر کار می‌کند و به‌صورت انتخاب‌پذیر املاح را حذف می‌کند. نکته حائز اهمیت در مورد نانوفیلترها نسبت به سایر غشاها، همین قدرت انتخاب‌گری در حذف یون‌ها است. آب استفاده شده برای خنک‌کاری تجهیزات قبل از ورود به سیستم تصفیه می‌شود تا از گرفتگی و خوردگی خطوط لوله جلوگیری به عمل آید[۸[.

９.   نانوژل‌ها

بیشتر مخازن موجود در ایران به‌صورت کربناته بوده و پس از عملیات سیلاب‌زنی و تزریق گاز، بسیاری از نفت موجود در آن‌ها در شکاف‌ها باقی می‌ماند. میزان اشباع زیاد نفت در این شکاف‌ها به دلیل کم بودن ضریب جاروب در مخازن شکاف‌دار است. عامل مهم دیگر در اشباع بالای نفت در مخازن شکاف‌دار، این است که به‌دلیل فشار مویینگی آن، نفت درون حفرات نفت‌دوست باقی می‌ماند. دلیل اصلی استفاده از سیلاب‌زنی پلیمری در بهره‌برداری از چاه، کاهش روانروی آب تزریق‌شده به مخزن و از آنجا افزایش احتمال جاروب مخزن توسط آب است، زیرا آبی که سرعت حرکت بیشتری دارد با سرعت بیشتری وارد نواحی با تراوایی بالا می‌شود و تأثیر کمتری در افزایش نسبت آب/نفت دارد. ولی درعین‌حال استفاده از پلیمرها دارای معایب خاص خود نیز است که می‌توان با افزودن ژل و در حقیقت استفاده از ژل پلیمرها تا حدودی این معایب را برطرف کرد ]۲[.

شکل ۲. کاربرد فناوری نانو در چاه‌های نفت به تفکیک مراحل مختلف عملیات بالادستی نفت

 

این زمینه‌های کاربرد فناوری نانو در چاه‌های نفت که در بالا ذکر شد را می‌توان در مراحل اکتشاف تا پیش از پالایش نفت به‌صورت زیر نیز دسته‌بندی کرد:

 

بخش‌های قابل ورود فناوری نانو در عملیات بالادستی نفت

 

Ø     عملیات لرزه‌نگاری:

یکی از کاربردهای فناوری نانو در صنایع بالادستی نفت و گاز، استفاده از آن در لرزه‌نگاری است. عملیات لرزه‌نگاری با ایجاد انفجار در نقاط مختلف روی زمین و سپس ثبت شدت و دامنه لرزه‌های ایجادشده، توسط دستگاه‌هایی خاص انجام می‌شود. از اطلاعات لرزه‌نگاری می‌توان ساختار کلی لایه‌های زمین، محدوده مخزن، نوع سیال (اعم از گاز، آب یا نفت و…) را به دست آورد. دریافت اطلاعات در عملیات لرزه‌نگاری توسط حسگرهای خاصی صورت می‌گیرد. به نظر می‌رسد با ساخت نانوحسگرها می‌توان ثبت لرزه‌ها را به‌صورت دقیق‌تر انجام داد، زیرا امکان وارد کردن این حسگرها در لایه‌های مختلف زمین و ثبت لرزه‌ها در موقعیت‌های گوناگون وجود دارد ]۹[.

شرکت‌های نفتی بی پی و شل برای کشـف و استخراج میدان‌های جدید نفت و گاز از فناوری نـانو در تصویربرداری لرزه‌ای و لرزه‌نگاری چهاربعدی استفاده می‌کنند. همچنین شرکت تگزاس از ابزار ^۴MEMS که در آن از فناوری نانو استفاده شده، برای تهیه داده‌های لرزه‌نگاری چاه‌های نفت و گاز استفاده کرده است. این حسگرها در ساده‌ترین حالت خود با کمک اندازه‌گیری پدیده‌های مکانیکی، گرمایی، زیستی، شیمیایی، نوری و مغناطیسی، اطلاعات را از محیط جمع‌آوری می‌کنند. پس از اخذ اطلاعات از حس‌کننده‌ها، دستگاه‌های الکترومکانیکی به کمک قدرت تصمیم‌گیری خود، محرک‌ها را به پاسخ‌هایی چون: حرکت، جابجایی، تنظیم‌کردن، پمپ کردن و فیلتر کردن وادار کرده و محیط را به سمت نتایج موردنظر هدایت می‌کنند. این ابزار، داده‌ها را به‌صورت دقیق‌تر و کم‌حجم‌تر ثبت می‌کند ]۹[.

Ø    گل حفاری:

گل حفاری نقش بسیار عمده‌ای در تسریع یا تأخیر انجام عملیات حفاری دارد. این سیال وظایف بسیاری در عملیات حفاری دارد؛ مانند انتقال خرده‌های حفاری به سطح، خنک نگه داشتن مته حفاری، جلوگیری از ریزش دیواره چاه، کنترل فشار دیواره‌ها و انتقال توان هیدرولیکی پمپ به مته حفاری که بدون آن عملیات حفاری امکان‌پذیر نیست. حصول به خواص موردنیاز در گل حفاری با افزودن مواد شیمیایی خاص؛ مانند پلیمرها، وزن‌دهنده‌ها و … امکان‌پذیر است. فناوری نانو با تغییر ساختار اتم‌های مواد می‌تواند به پیشرفت این بخش نیز کمک کند. خواصی همچون چگالی مناسب با استفاده از نانوافزودنی‌ها قابل حصول است. ویسکوزیته مناسب نیز با اضافه کردن نانوافزودنی‌هایی که خاصیت روغن‌کاری دارند به دست می‌آید ]۹[. به‌طورکلی هدف استفاده از افزودنی‌های نانویی در گل حفاری، کاهش هزینه و تهیه یک سیال مطلوب از طریق کاهش مصرف مواد و نیز بهبود خواص آن است. خواص برخی از نانوذرات مورداستفاده در گل حفاری در جدول ۱ آمده است.

 

 

جدول ۱. انواع نانوافزودنی‌های گل حفاری و تاثیرات آن ]۱۰[

نانوماده	تأثیر
نانورس	بهبود خواص مکانیکی گل حفاری و کاهش تراوایی فیلتر کیک
نانوپلیمرها	کنترل هرزروی سیال، پایداری چاه، کاهش گل گرفتگی مته و کاهش نیروهای گشتاوری و پسا
نانوهیدروکسید آهن	کاهش هرزروی سیال و افزایش پایداری چاه
نانوذرات کربنات کلسیم	وزن‌دهنده، کاهش هرزروی سیال و افزایش پایداری چاه
نانوساختارهای کربنی (نانولوله‌های کربنی و گرافن و…)	بهبود ضریب انتقال حرارت، بهبود خواص رئولوژیکی و پایداری گل، بهبود خواص الکتریکی گل به‌عنوان شناساگر آنالیت در چاه، وزن‌دهنده گل، کاهش هرزروی سیال، کاهش خوردگی ادوات حفاری و حفظ خواص گل در دمای بالا

 

 

 

Ø    ساخت ابزار و مته‌های حفاری:

در عملیات حفاری، مته اصلی‌ترین نقش را در چاه دارا است. مته حفاری که در پایین‌ترین قسمت رشته حفاری یک چاه در حال حفر واقع است، وظیفه خرد کردن سنگ‌ها و پیشبرد عملیات را برعهده دارد.

کاربرد اصلی فناوری نانو در مته‌های حفاری به‌صورت نانوپوشش‌ها است. عده‌ای از محققین موفق به ساخت لوله‌های نانوکامپوزیتی ویژه‌ای شده‌اند که دارای جداره‌های ضدخوردگی و عایق حرارتی هستند و در مقابل دما و فشار بالا مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند. از این رو می‌توانند جایگزین لوله‌های رشته حفاری شوند ]۹[.

Ø    سیمان حفاری:

سیمان‌کاری دقیق لوله‌های جداری در عملیات حفاری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، به‌طوری‌که اگر کیفیت سیمان‌بندی پایین باشد، مشکلات عدیده‌ای در زمان تولید از چاه به وجود خواهد آمد. نوع سیمان‌های مورداستفاده در عملیات سیمان‌کاری به نوع عملیات و وضعیت چاه و لایه‌ها بستگی دارد. سیمان باید خواصی مانند بندش، پمپ شوندگی، ویسکوزیته مناسب و سختی نهایی قابل‌کنترلی داشته باشد. خصوصیات مذکور را می‌توان با استفاده از نانوافزودنی‌ها تأمین کرد. نانوذرات با اضافه شدن به سیمان به خاطر خواص میان کوانتومی و توده مواد، باعث به وجود آمدن کیفیت مناسب آن می‌شوند. یکی از خصوصیات بارز این ذرات آن است که پس از اضافه شدن، تمام مخلوط یکسان شده و به تبع آن باعث یکنواختی خواص سیمان می‌شود ]۹[.

Ø    حسگرهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت:

یک کنسرسیوم تحقیقاتی با بودجه چند میلیون دلاری با عنوان کنسرسیوم انرژی پیشرفته (AEC^۵) برای توسعه کاربردهای فناوری نانو و میکرو جهت افزایش تولید نفت و گاز، در دانشگاه تگزاس تشکیل شده است. مؤسسه علم و فناوری نانومقیاس ریچارد اسمالی در دانشگاه رایس، که دارای متخصصان فناوری نانو است، همکار فنی این کنسرسیوم است. محققان زمین‌شناسی معتقدند که با بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی مخازن موجود نفت و گاز می‌توان نفت و گاز بیشتری استخراج کرد. با استفاده از فناوری‌های موجود برای استخراج نفت و گاز، معمولاً ۶۰ درصد منابع نفت و گاز بعد از بازیابی اولیه و ثانویه و حتی در بعضی مواقع در سومین بازیابی در زیرزمین باقی می‌مانند. هدف اصلی این کنسرسیوم تولید حسگرهای میکرو و نانوی هوشمندی است که بتوان آن‌ها را به مخازن نفت و گاز تزریق کرد تا به کمک آن‌ها فضای سه‌بعدی طراحی شود و از این طریق بازیافت منابع هیدروکربن جدید و موجود بهبود یابد ]۳[.

Ø    عملیات مشبک‌کاری:

جنس مواد به‌کار رفته در ابزار مشبک‌کاری اهمیت حیاتی در انجام این فرآیند دارد و در این میان نانومواد، پتانسیل خوبی جهت به‌کار گرفته شدن دارند. همچنین، یک سری مواد نانوساختار هستند که می‌توانند در عملیات مشبک‌کاری مورداستفاده قرار گیرند، این نانومواد پس از زمان مشخصی از بین می‌روند تا سوراخ ایجادشده درون لایه نفت یا گاز مسدود نشود. بدین ترتیب در این فرآیند نیازی به فلز دوم برای از بین بردن فلز اول وجود ندارد ]۹[.

جدیدترین فناوری‌های در دست انجام منجر به تولید نانوکامپوزیت‌ها و نانوپوشش‌های ابرساختار شده است که به افزایش عمر قطعه پوشش داده شده خواهد پرداخت. گاهی این پوشش‌ها طوری طراحی می‌شوند که با موادی که به‌عنوان‌مثال در لوله‌های نفت حرکت می‌کنند واکنش داده و یک لایه مرزی بسیار سخت و متراکم را تشکیل می‌دهند که هم باعث عدم خوردگی می‌شود و هم از اصطکاک جلوگیری می‌کند. گاهی پوشش‌هایی که خاصیت روغن‌کاری در حالت جامد دارند باعث بهبود خواص سطحی می‌شوند که باعث لغزش آسان روی سطوح پوشش داده می‌شوند. در سال‌های اخیر گونه‌ای از پوشش‌های نانوساختار که از فازهای فلزی و سرامیکی تشکیل شده‌اند، به تولید رسیده‌اند. این پوشش‌ها معمولاً با روش PVD^۶ یا MBE^۷ تولید می‌شوند. این پوشش‌ها به علت نانوساختار بودنشان و هموژنیته یکسان آن در طول پوشش به‌طور قابل‌توجهی چندکاره هستند. این پوشش‌ها علاوه بر سختی بالا، ضریب اصطکاک پایینی داشته و خواص هدایت الکتریکی یا حرارتی بالایی دارند ]۹[.

Ø    ازدیاد برداشت:

روند اکتشاف حوزه‌های نفتی در حال کاهش است و بسیاری از مخازن نفتی نیز در انتهای بازه تولید خود قرار دارند. اهمیت اصلاح و بهبود روش‌های ازدیاد برداشت از این رو است که در بسیاری از مخازن نفتی دنیا حدود دو سوم از نفت مخزن درون آن بدون استفاده باقی می‌ماند و به کمک روش‌های مرسوم نمی‌توان آن را برداشت کرد ]۱[.

درحال حاضر کاربرد فناوری نانو در افزایش برداشت از مخازن موردتوجه بسیار جدی قرار گرفته است. نانوموادی مانند پلیمرها و افزودنی‌های شیمیایی کریستالی جهت استفاده در روش‌های ازدیاد برداشت از مخازن می‌توانند منجر به افزایش بیش‌ازحد انتظار تولید شوند. انجمن فناوری نانو و بیومهندسی استرالیا (AIBN^۸) گام مهمی در این راستا برداشته است. آزمایش‌ها و تحقیقات انجام شده منجر به ساخت نوعی از نانومواد به نام پپفکتنت (Pepfactant) شده است که می‌تواند جریان امولسیونی را کنترل و در تمامی مراحل بالادست و پایین‌دست نفت و گاز کاربرد عمده داشته باشد. این مواد توانایی جداسازی سریع دو فاز مخلوط ناشدنی مانند نفت و آب را دارند. یکی از کاربردهای عمده این نانومواد در مخازن تزریقی آب است که قابلیت جداسازی سریع آب را در سطح و شاید هم در مخزن امکان‌پذیر می‌سازد. با توسعه این نانومواد که قابلیت تغییر ویسکوزیته نفت را دارند، می‌توان آن را به جای عملیات حرارتی در مخازن به‌کار برد ]۹[.

Ø    کمپرسورها:

کمپرسورها در صنایع نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی کاربردهای فراوان و متنوعی دارند. از آن‌ها در سکوهای شناور نفت و گاز به‌منظور جبران حرکات ناشی از امواج دریا و ثبات سکوها به هنگام حفاری و استخراج استفاده می‌شود تا وقفه‌ای به هنگام این عملیات، حتی هنگامی‌که دریا مواج و طوفانی است، به وجود نیاید.
از کمپرسورها در موتورخانه کشتی‌ها و شناورهای اکتشافی، که از هوای فشرده برای تفنگ‌ها و چکش‌های بادی برای نقشه‌برداری و حفاری زیر بستر دریا به‌منظور کشف و استخراج منابع جدید نفت و گاز در سراسر دنیا، استفاده می‌کنند، بهره‌گیری می‌شود. همچنین این دستگاه‌ها نقش مهمی را در انتقال نفت و گاز و سایر محصولات پتروشیمی از طریق شبکه‌های لوله منطقه‌ای و بین‌المللی، ایفا می‌کنند. از آن‌ها در کانتینرهای نصب‌شده بر روی خودروهای سنگین به هنگام عملیات عمرانی در سایت‌های مختلف نیز، استفاده می‌شود ]۱۱[.
فیلتراسیون هوای ورودی برای هر توربین گاز ضروری است. سیستم‌های فیلتراسیون به دلیل افزایش حساسیت توربین گاز نسبت به ذراتی که همراه با هوا وارد می‌شوند پیشرفت زیادی کرده‌اند. از این رو با ورود فناوری نانو به این حوزه شاهد پیشرفت بالایی در جداسازی آلاینده‌های ورودی به توربین‌ها هستیم. برخی از عواقب فیلتراسیون ضعیف عبارت است از رسوب، فرسایش، خوردگی و بسته شدن مجاری سرمایش که در نهایت منجر به کاهش توان و بازدهی توربین و زیان اقتصادی قابل‌ملاحظه می‌شود ]۱۲ و ۱۳[.

چشم‌انداز اقتصادی

آژانس بین‌المللی انرژی (IEA^۹) پیش‌بینی می‌کند که تقاضا برای انرژی تا سال ۲۰۴۰ به میزان ۱٫۴٪ افزایش می‌یابد در صورتی که نفت و گاز طبیعی تقریباً نصف نیاز آن را تأمین می‌کند. انتظار می‌رود استفاده از تکنیک‌های ازدیاد برداشت نفت (EOR) به‌طور قابل‌توجهی در سراسر جهان افزایش یابد تا کسب بهبودی اقتصادی از میدان‌های نفت و گاز موجود را به حداکثر برساند ]۱۴[.

 

 

علاوه بر این، با افزایش شمار چاه‌های نفت بالغ و تشویق مقررات و برنامه‌های دولتی در کشورهایی مانند هند، انتظار می‌رود که رشد بازار بیشتر شود. با این حال با توجه به نمودار ۱، مسائل زیست‌محیطی، مانند آلودگی نمکی و استفاده کمتر از نفت برای داشتن طولانی‌مدت آن، ممکن است رشد بازار را در دوره پیش‌بینی شده محدود کند ]۱۴[.

در این میان استفاده از روش‌های با کارایی بالا مانند فناوری نانو می‌تواند روش بسیار مناسب و نسبتاً ارزان‌قیمتی برای ازدیاد برداشت نفت باشد.

بازار جهانی گل حفاری با ۳ بازیگر برتر که ۶۳ درصد از بازار در سال ۲۰۱۲ را تشکیل می‌دهند بسیار متمرکز شده است. بازار توسط بازیکنانی مانند شلومبرگر^۱۰، هالیبرتون^۱۱، بیکرهیوز^۱۲، نیوپارک^۱۳ و ودرفورد اینترنشنال^۱۴ هدایت می‌شود. شرکت‌های بزرگ کمپانی‌های منطقه‌ای را برای افزایش سهم خود در بازار جذب می‌کنند. برای دستیابی به پایداری در فروش، شرکت‌ها در تلاش برای نوآوری محصول با استفاده از فناوری نانو هستند. سرمایه‌گذاری‌های سنگین در بخش تحقیق و توسعه یکی دیگر از رویکردهای مشترک شرکت‌ها است. انتظار می‌رود میزان رقابت در سال‌های آتی بالا باشد ]۱۵[.

بازیکنان صنعت، تمرکز خود را نسبت به استفاده از فناوری نانو برای توسعه گل حفاری، به دلیل چندین موضوع مرتبط با استفاده از گل بر پایه آب (WBFs^۱۵) و گل بر پایه روغن (OBFs^۱۶) تغییر می‌دهند. مسائل مربوط به WBFs و OBFs شامل سرعت نفوذ آهسته، آسیب نفوذپذیری، گسترش حرارتی مایعات پایه و غیره است. نانوذرات به‌عنوان افزودنی‌های سیال (گل) حفاری برای افزایش ثبات چاه استفاده می‌شوند. انتظار می‌رود که فناوری نانو در طراحی نانوسیالاتی که درجه حرارت و فشار بالا را تحمل می‌کنند کمک شایانی کند و به‌عنوان یک فرصت برای رشد در بازار ظهور کند ]۱۵[.

بازار جهانی گل حفاری تا پایان سال ۲۰۱۸ به ارزش ۱۲٫۳۱ میلیارد دلار می‌رسد. انتظار می‌رود که بخش سرچاهی نفت و گاز در سراسر جهان تا سال ۲۰۱۸ منجر به تشکیل ۷۲٫۱ درصد از این بازار شود. آمریکای شمالی تا سال ۲۰۱۸، ۵۴٫۴ درصد بازار گل حفاری را به خود اختصاص می‌دهد ]۱۵[.

 

محصولات مؤسسات و شرکت‌های داخلی

ü     نام شرکت: مهندسی سطح سوین پلاسما

شرکت مهندسی سطح سوین پلاسما از اوایل زمستان سال ۱۳۸۷ با تشکیل یک کارگروه علمی و متخصص اولیه (متشکل از ۲ نفر کارشناس و ۲ نفر کارشناس ارشد) تشکیل شد و در بهار ۱۳۸۸ هم‌زمان با تکمیل مراحل راه‌اندازی خط پوشش‌دهی قطعات صنعتی به‌روش PVD، با هدف ایجاد پیشرفته‌ترین مرکز ارائه خدمات پوشش‌های لایه‌نازک در ایران رسماً در مقیاس صنعتی فعالیت خود را آغاز کرده است.

نام محصول: خدمات پوشش‌دهی سخت ابزار برشی

کاربرد

پوشش دادن ابزارهای برشی برای بهبود خواص و افزایش طول عمر آن‌ها

برخی حوزه‌های کاربرد

• ابزار برشی
• ابزار دنده‌تراشی
• قطعات سوخت‌رسانی موتور
• خصوصیات محصول

 

پوشش‌های نانولایه و نانوساختار

استانداردهای محصول

 

وب‌سایت		http://sevinplasma.ir‎	ایمیل	sp-pvd-co@istt.ir‎
آدرس دفتر مرکزی	اصفهان، بلوار دانشگاه صنعتی، شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان، ساختمان فن‌آفرینی ۱، ۱۱۰
تلفن	031-۳۳۸۷۶۲۱۵

 

ü     نام شرکت: فناوران سخت آرا

ایجاد پوشش‌های سرامیکی با استحکام بالا بر روی ابزارها و قالب‌ها، می‌تواند عمرکاری آن را تا چند برابر افزایش دهد. پدیده‌هایی مانند سایش، فرسایش و خوردگی با استفاده از پوشش‌های مقاوم به شدت کاهش می‌یابد. صرفه‌جویی اقتصادی، کاهش خواب دستگاه، کاهش مصرف مواد روانکار از جمله مزیت‌های استفاده از این‌گونه پوشش‌ها است. این پوشش‌های نانو، با استفاده از روش‌های پیشرفته‌ای مانند PVD قابل‌اعمال است. شرکت دانش‌بنیان فناوران سخت‌آرا خدمات نامبرده را برای صنایع کشور به‌طور حرفه‌ای فراهم می‌آورد.

نام محصول: خدمات پوشش‌دهی نانومتری بر روی سطوح گوناگون با استفاده از دستگاه PVD

برخی حوزه‌های کاربرد

• اعمال پوشش‌های پیشرفته صنعتی براساس تقاضا و نیاز مشتری
• خدمات تخصصی در زمینه ارزیابی و مشخصه‌یابی پوشش‌های سخت و لایه‌های نانوساختار
• آموزش‌های حرفه‌ای و تخصصی به شرکت‌ها و صنایع در حوزه مهندسی سطح
• ایجاد پوشش‌های سخت روی ابزارهای ساخت و تولید

خصوصیات محصول

• نانومتری بودن لایه‌های میانی جهت مقاومت در برابر اشاعه ترک
• افزایش عمر قطعات در اثر پوشش‌دهی
• چسبندگی خوب پوشش به زیرلایه در فصل مشترک پوشش و زیرلایه

استانداردهای محصول

 

 

وب‌سایت		www.hardcoating.ir‎	ایمیل	info@hardcoating.ir
آدرس دفتر مرکزی	سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران – ۳ – ۱۴۱۱۷۳۴۱۷۷
تلفن	021-۵۶۲۷۷۰۸۱

 

 

ü     نام شرکت: مجتمع فناوری‌های نوین فدک سپاهان

مجتمع فناوری‌های نوین فدک سپاهان مجموعه‌ای از گروه‌های تحقیقاتی، تولیدی و اجرایی است که از سال ۱۳۸۳ فعالیت خود را در زمینه تولید مواد شیمیایی پیشرفته و تجهیزات وابسته آغاز کرد. تولید ۸ نوع محصول با فرمولاسیون خاص برای اولین‌بار در کشور ماحصل فعالیت‌های اصلی این مجتمع فناوری تاکنون است. تیم اصلی این مجموعه تاکنون موفق به راه‌اندازی دو خط تولید صنعتی بر مبنای ایده اولیه شده‌اند که هم‌اکنون در دو شرکت مستقل دانش‌بنیان به نام هایتک سیلیکات و نیکوپاک مشغول فعالیت است..

نام محصول: پودر نانوساختار سیلیکا – گرید  A5

کاربرد

براساس خصوصیات ویژه محصول، این ماده در صنایع مختلفی مورداستفاده است که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به صنعت رنگ و پوشش، صنعت لاستیک و صنایع بتن اشاره کرد. در سازه‌های بتنی و ترکیب سیمان وجود سیلیکا به‌عنوان ماده پوزولانی باعث ایجاد پیوندهای مناسب کووالانسی در ترکیب سیمان شده و مقاومت محیطی بتن نهایی حاصل را افزایش می‌دهد. استفاده از نانوسیلیکا باعث بهبود خواص سایشی و استحکام ترکیب در کنار کاهش نفوذپذیری و کاهش حجم خشک سیمان می‌شود.

خصوصیات محصول

• اندازه ذرات سیلیکا زیر ۱۰۰ نانومتر
• ساختار آمورف نانوذرات سیلیکا

استانداردهای محصول

 

 

وب‌سایت		http://fadakgroup.ir‎	ایمیل	info@fadakgroup.ir‎
آدرس دفتر مرکزی	اصفهان، چهارراه شکرشکن، اول خیابان احمدآباد، کوچه شماره پنج، مجتمع پارسیان، طبقه سوم، واحد ۷، ۸۱۵۴۶-۸۵۳۹۱
تلفن	031-۳۲۵۰۵۳۰۴

 

 

ü     نام شرکت: صنایع نانوسیلیس ایساتیس

شرکت صنایع نانوسیلیس ایساتیس یک شرکت تحقیقاتی تولیدی است که از سال ۱۳۹۲ فعالیت خود را در زمینه تولید محصولات نانوسیلیکا آغاز کرده است. تولید ۴ نوع محصول ژل نانوسیلیس، پودر نانوسیلیس، سیلیس کلوییدی، سیلیس آمورف سنتزی و کود پتاسیم سیلیکات ماحصل فعالیت‌های اصلی این شرکت تاکنون است.

نام محصول: کلوئید سیلیکا ۲۵ درصد وزنی

کاربرد

سیلیکا سل به‌عنوان یک پیش‌ماده پرکاربرد در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورداستفاده قرار می‌گیرد.

برخی حوزه‌های کاربرد

• ساخت‌وساز: برای افزایش دوام و استحکام بتن، بهبود عملکرد سیمان و تقویت زمین
• لایه‌نشانی: کاربردهای سیلیکا سل در صنعت پوشش‌دهی شامل روکش کردن چوب، پوشش‌های مقاوم در برابر سایش، پوشش‌های عایق و غیرآلی

خصوصیات محصول

این محصول به‌عنوان سیلیکای کلوئیدی با ساختار آمورف و اندازه ذره‌ای کمتر از ۲۰ نانومتر شناخته می‌شود. غلظت سیلیکا در این کلوئید ۲۸ درصد وزنی است.

استانداردهای محصول

 

 

وب‌سایت		www.isatissilica.com‎	ایمیل	vahideslami70@yahoo.com‎
آدرس دفتر مرکزی	یزد، میدان شهدای محراب، بازارچه ۱۵ خرداد، شیمی پخش یزد
تلفن	035-۳۸۲۴۲۷۱۰

 

 

ü     نام شرکت: بهران فیلتر

شرکت تولیدی و صنعتی بهران فیلتر (سهامی خاص) از سال ۱۳۷۲ با حضور وزیر صنایع وقت افتتاح شد و در زمینه تولید انواع فیلترهای خودرو، صنعتی و نیروگاهی در ایران فعالیت داشته است.

نام محصول: فیلتر هوای نیروگاهی با نانوالیاف

کاربرد

کاربرد اصلی این محصول در سیستم‌های تصفیه هوای توربین‌های گاز مجهز به سیستم پالس کلینینگ است.

خصوصیات محصول

1. ارتقای راندمان فیلتراسیون از طریق کاهش اندازه سوراخ‌ها
2. افزایش عمر فیلتر با بهره‌گیری از فیلتراسیون سطحی

استانداردهای محصول

وب سایت	http://www.behranfilter.com/
ایمیل	Info@behranfilter.co
آدرس دفتر مرکزی	مشهد، خیابان احمدآباد، مقابل سی متری دوم، ساختمان میر، طبقه ۳
آدرس کارخانه	مشهد، شهرک صنعتی مشهد، کیلومتر ۱۴ جاده کلات
آدرس دفتر فروش	تهران، خیابان فاطمی، نبش کوچه ششم، ساختمان تهران ۶۴، پلاک ۱۵۶
تلفن دفتر مرکزی	0511-8415341	فکس دفتر مرکزی	0511-8457887
تلفن دفتر فروش	021-88971120-23	فکس دفتر فروش	021-88971124

 

ü     نام شرکت: توسعه دانش و فناوری ایلیا

شرکت دانش‌بنیان توسعه دانش و فناوری ایلیا از سال ۱۳۸۹ در پارک علم و فناوری پردیس مستقر است و درزمینه تولید مواد نانوساختار فعالیت دارد.

نام محصول: کاهش‌دهنده مصرف سوخت (IFA133)

کاربرد

افزودنی سوخت دیزل

خصوصیات محصول

کاهش ۱۸ درصدی مصرف سوخت

استانداردهای محصول

وب‌سایت		http://www.ilya-corp.com/	ایمیل	info@ilya-corp.com
آدرس کارخانه	کیلومتر ۱۵ آزادراه تهران پردیس، پارک فناوری پردیس، کوچه نوآوری ششم، پلاک ۶۳
تلفن	021-۷۶۲۵۰۳۵۹

 

 

 

محصولات شرکت‌های خارجی

ü     نام شرکت: NanoDiamondProducts

کشور: Ireland

^۱۷ NDP در سال ۲۰۰۹ با استراتژی توسعه مجموعه‌ای از محصولات الماس که طیف وسیعی از نانومتر تا میلی‌متر و طیف وسیعی از صنایع را دربرمی‌گیرد، تأسیس شد.

نام محصول: NanoPak

NanoPakمحصولی منحصربه‌فرد پلی بلوری مقاوم در برابر حرارت برای برنامه‌های کاربردی با درجه حرارت بالا است.

حوزه کاربرد:

سیستم‌های حفاری روتاری

ویژگی محصول:

• مقاومت در برابر درجه حرارت بالا
• عدم وجود ناسازگاری شیمیایی با فلزات موجود
• پایداری حرارتی تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد
• قابلیت ساخت در شکل‌ها و اندازه‌های گوناگون برای مطابقت با نیازهای دقیق کاربرد موردنظر
• با طیف وسیعی از پوشش‌ها از جمله تیتانیوم و نیکل در دسترس است که اجازه می‌دهد جوش داده شده یا لحیم شود.

وب‌سایت: http://www.nanodiaproducts.com

 

ü     نام شرکت: Tesla NanoCoatings

کشور: آمریکا

شرکت Tesla NanoCoatings توسط یک کارآفرین آموزش‌دیده در مهندسی نفت و زمین‌شناسی متولد شد که رویای برنده شدن جنگ علیه خوردگی فلزات را در سر داشت.

نام محصول: Teslan® 3000 Epoxy Low-VOC Topcoat

Teslan® 3000 Epoxy Low-VOC Topcoat  یک پوشش مقاوم و قابل‌اعتماد برای محافظت در مقابل خوردگی و سایش در بسیاری از برنامه‌های کاربردی برای استخراج نفت و گاز مانند حفاری، سکوهای دریایی، مخازن ذخیره‌سازی و مخازن فرآیند، خطوط لوله و سایر تجهیزات است.

 

حوزه کاربرد:

• اکتشاف نفت و گاز
• تجهیزات حفاری
• مخازن ذخیره‌سازی
• مخازن فرآیندی
• خطوط لوله

ویژگی محصول:

• ^۱۸ VOC پایین
• مقاومت در برابر خوردگی
• مقاومت در برابر سایش

وب‌سایت: http://www.teslanano.com/

 

پی‌نوشت

 

• Formation
• Dimond-Like Carbon
• Enhanced Oil Recovery
• Microelectromechanical Systems
• Advanced Energy Consortium
• Physical Vapor Deposition
• Molecular Beam Epitaxy
• Australian Institute Bioengineering Nanotechnology
• International Energy Agency
• Schlumberger
• Halliburton
• Baker Hughes
• Newpark
• Weatherford International
• Water-Based Fluids
• Oil-Based Fluids
• NanoDiamondProducts
• Volatile Organic Compounds

 

 

——————————

منابع

• روزبه مفیدیان، محسن جهانشاهی، سید مرتضی حسینی، حمزه عینی، زمینه‌های کاربردی و اقتصادی نانو در بهینه‌سازی صنایع بالادستی نفت، تهران، ۱۳۹۳
• مریم عبداللهی خوشمردان، حسین کلانتر هرمزی، نیما محمدیان, پیشرفت‌ها و کاربردهای فناوری نانو در حوزه حفاری و استخراج از چاه‌های نفت و گاز، تهران، ۱۳۹۵.
• https://www.ogj.com/articles/print/volume-106/issue-4/regular-features/journally-speaking/injecting-nanosensors.html
• http://webarchive.nationalarchives.gov.uk/20100215232510/interactive.bis.gov.uk/nano/sections/nanotechnologies-and-sensing-and-instrumentation/
• ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، گزارش صنعتی «مروری بر کاربرد نانوپوشش‌های سخت و مقاوم در صنایع نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی»
• http://edu.nano.ir/paper/113
• http://edu.nano.ir/paper/116
• محمد خیاط، معصومه گوهری«کاهش آلاینده‌های منابع آب مصرفی به کمک نانوفیلتراسیون و نانوکاتالیست‌ها»، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات خوزستان، اهواز، ایران
• اعظم طوسی، مهدی عسکری، تحول در صنایع بالادستی نفت با استفاده از نانوفناوری، ۱۳۹۲
• ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، گزارش صنعتی «کاربرد فناوری نانو در سیمان و سیال حفاری»

 

• https://www.plasmadatis.com/%D8%B5%D9%86%D8%B9%D8%AA-%D9%86%D9%81%D8%AA-%DA%AF%D8%A7%D8%B2-%D9%BE%D8%AA%D8%B1%D9%88%D8%B4%DB%8C%D9%85%DB%8C
• http://jhsw.tums.ac.ir/browse.php?a_id=5078&sid=1&slc_lang=fa
• “Guideline for gas turbine inlet air filtration systems”, Gas Machinery Research Council, April 2010
• https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/enhanced-oil-recovery-market?gclid=CjwKCAjwj4zaBRABEiwA0xwsP7SqaOKf90cmpfKbVpTzHnTmES0TLXj0aY37uHsWkl0gHTW14iY4

https://www.transparencymarketresearch.com/pressrelease/drilling-fluid-industry.