روشهای نانوفناوری افزایش برداشت از مخازن نفت

به گزارش آژانس رویدادهای مهم نفت و انرژی " نفت ما " ، پاسخگویی به رشد روز افزون تقاضا برای نفت به دو روش امکانپذیر است: با یافتن منابع جدید هیدروکربنی یا با ازدیاد و افزایش برداشت (Enhance Oil Recovery-EOR) از مخازن نفتی موجود. به هر حال روند اکتشاف حوزه های نفتی در حال کاهش است و بسیاری از مخازن نفتی نیز در پایان بازه تولید خود قرار دارند. اهمیت اصلاح و بهبود روشهای ازدیاد برداشت از این روست که در بسیاری از مخازن نفتی دنیا، حدود دو سوم از نفت مخزن درجا و بدون استفاده در مخزن باقی می ماند و به کمک روشهای مرسوم نمی توان آن را برداشت کرد. روشهای ازدیاد برداشتی که تا درجات مختلفی از نظر تجاری موفق بوده اند بر سه دسته اند: 1-برداشت حرارتی: شامل اعمال حرارت به مخزن با تزریق مثال بخار آب به آن است تا بدین وسیله ویسکوزیته نفت سنگین لزج کاهش پیدا کرده و توانایی آن برای حرکت در مخزن افزایش یابد. 2- تزریق گاز: تزریق گازهایی مانند گاز طبیعی، دی اکسید کربن و نیتروژن است که در مخزن منبسط شده و باعث حرکت نفت به سمت دهانه چاه می شوند. همچنین تزریق گازهای دیگر که در نفت حل می شوند و باعث کاهش ویسکوزیته آن شده، حرکت نفت را داخل مخزن آسانتر می کند. 3- تزریق مواد شیمیایی: شامل مولکول هایی با زنجیره مولکولی بلند مانند پلیمرهایی می شود که تأثیر سیلاب زنی با آب را افزایش می دهد. همچنین این مواد شیمیایی می توانند عواملی مانند مواد فعال سطحی باشند که برای کاهش کششس طحی به کار گرفته می شود تا از تشکیل قطره های نفت در اثر عبور نفت از مخزن جلوگیری شود. هرچند هرکدام از این روشها به دلیل بالا بودن هزینه آنها یا در بعضی موارد عملکرد و بازده ضعیف در برداشت نفت، کنار گذاشته شده اند. در سیلاب زنیهای معمول آب و گاز سیال های پیشرانDriving Fluid از میان کانالهای به وجود آمده در اثر نسبت تحرک پذیری Mobiity نامطلوب به سمت چاه تولیدی حرکت کرده و از کنار مقدار زیادی از نفت مخزن شده عبور کرده و آنها را پوشش نمی دهد. سیلاب زنی شیمیایی نظیر سیلاب زنی پلیمر، تزریق آلکالین ها یا سیلاب زنی مواد فعال سطحی یا ترکیبات اینها، به علت هزینه بالای مواد تزریقی، پتانسیل خوردگی آنها، تلفات مواد تزریقی در طی حرکت درون مخزن، محدود شده اند. هنگامی که این مواد تزریقی در گلوگاههای حفره ها گیر افتادند، کنترل تحرک پذیری از دست خارج می شود، نفوذپذیری مطلق کاهش می‌یابد، برداشت نفت کم می شود و تلفات مربوط به مواد افزایش می‌یابد. نانوذرات می توانند به کنترل فرآیندهای برداشت که با فناوریهای حاضر و یا پیشین هماهنگی ندارد کمک کند. این عوامل نانویی با ارتقا ژئومکانیک (مکانیک سنگ) مخزن و ارتقا کشش سطحی به همراه بهبود و اصلاح ذخایر می توانند باعث افزایش برداشت نفت شوند. ویسکوزیته سیالی که به مخزن تزریق می شود تا نفت را جابجا کند مانند آب، دی اکسیدکربن یا محلولهای حاوی مواد فعال سطحی، معموال از ویسکوزیته نفت کمتر است. در این شرایط اضافه کردن نانوذرات می تواند ویسکوزیته سیال تزریق شده را روی مقدار بهینه تنظیم کرده و حرکت را در مخزن بهبود بخشیده و در نتیجه بازدهی برداشت نفت را افزایش می دهد. در تحقیقاتی که در زمینه افزایش نانوذرات به سیالها چاپ و منتشر شده، گزارش شده است که بعضی خواص سیال پایه از قبیل چگالی، ویسکوزیته، هدایت حرارتی و گرمای مخصوص می تواند با افزایش نانوذرات به آن، افزایش یابد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که ویسکوزیته دی اکسید کربن با اضافه کردن 1درصد از نانوذرات و مقدار اندکی از توزیع کننده (پخش کننده)Dispersant تقریبا 140 برابر ویسکوزیته دی اکسیدکربن معمولی است. بنابراین با توزیع چنین نانوذراتی در سیالهای دی اکسیدکربن پیشران می توان به نسبت تحرک پذیری مطلوب و بازدهی جاروبی بالا رسید که این خود منجر به برداشت نفت بیشتر می شود. پروژه تحقیقاتی دیگری در دانشگاه کانزاس(Kansas)، با هدف تولید و ساخت نوع جدیدی از نانوذرات پلیمری برای استفاده در سیال تزریقی به مخازن به منظور بهبود و ارتقا برداشت هیدروکربن از مخزن، به گونه ای سازگارتر با محیط زیست، تعریف و به وسیله شرکت کونوکو فیلیپس حمایت شد. چنین نانو پلیمرهایی با اندازه بسیار کوچک و همچنین نسبت سطح به حجم بسیار بالای خود می توانند از حفره ها، بدون اینکه داخل آنها به تله بیفتند، عبور کنند؛ لذا مقدار ماده تزریقی به مخزن نیز کاهش می‌یابد. بدینصورت رسیدن به فرآیند کم هزینه ای برای ازدیاد برداشت کامل امکانپذیر است. امولسیون سازی نیز روشی دیگر برای کاهش ویسکوزیته است. اما روشهایی که هم اکنون برای پایدارسازی امولسیونها به کار گرفته می شوند بسیار گران بوده و یا برای استفاده در کاربردهای مقیاس بزرگ، عملکرد ضعیفی دارند. پایدارسازی با نانوذرات بهبود یافته سطحی Surface modified nanoparticles ، می تواند راه حلی برای عبور از این مشکلات باشد. امولسیون هایی که به وسیله نانوذرات پایدار شده اند، می توانند در دمای بالای مخزن در یک بازه زمانی طولانی دوام بیاورند که در این صورت تعداد مخازنی که می توان این روش ازدیاد برداشت را در مورد آنها به کار بست، افزایش می‌یابند. پیدایش نانو امولسیون ها نظیر آب در نفت(W/O) (و نفت در آب (O/W) نیز بسیار برای استفاده و کاربرد در صنایع نفت و گاز مورد توجه قرار گرفته است. این نانو امولسیون ها با قطر قطره در حدود 200-1 ،بدون فیلتراسیون، تزریق پذیرInjectivity و نفوذ خوبی دارند. بعلاوه این نانو امولسیون ها در طول زمان بسیار پایدار بوده و در مقابل بهم پیوستگی و تعویض فاز توزیع بین قطرات، مقاوم هستند. تمام این ویژگیها می تواند پتانسیل های بسیار مفیدی برای ازدیاد برداشت باشند. در ضمن طبق مطالعاتی که انجام شد، نانوذرات سیلیکا قادر به پایدارسازی امولسیون فوق بحرانی دی اکسید کربن در آب و امولسیون فوق بحرانی آب در دی اکسیدکربن هستند. به این توانایی برای ارتقا فرآیندهای برداشت باید توجه خاصی شود. این امولسیون هایی که با نانوذرات ساخته می شوند پایداری خوبی از خود نشان می دهند و می توانند یک لابه فشرده از نانوذرات را در فصل مشترک قطرات تشکیل دهند. همچنین این امولسیون ها نشان داده اند که می توانند بسیاری از مشکلات و محدودیت هایی که در پایدارسازی با جامدات کلوئیدی یا مواد فعال سطحی به وجود می آیند، همچون عدم پایداری در دما و غلظت های نمک بالا، را پوشش داده و رفع کنند. از آنجایی که این امولسیون ها در شرایط مخزن پایدار می مانند از آنها می توان به عنوان راهکاری برای جمع آوری دی اکسید کربن CO2 Sequestration استفاده کرد. رامین موسوی/ کارشناس مهندسی شیمی