کشف قابلیت‌های خاصی از نانو مواد برای استفاده در مخازن نفتی

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم تولید شده در پژوهشکده علوم و فناوری نانو با همکاری دانشکده مهندسی شیمی و نفت دانشگاه صنعتی شریف در مخازن ماسه سنگی و کربناته مورد آزمایش قرار گرفته است و در هر دو نوع از مخازن موجب افزایش چشمگیر بازیابی نفت در غلظت‌های پایین نانوذرات شده است. علاوه بر این محققان کشورمان طی این تحقیق که سه سال به طول انجامید، کشف کردند که برای اثرگذاری نانوذرات در غلظت‌های پایین مکانیسم متفاوتی مورد نیاز است. بدین ترتیب آن‌ها موفق شدند میزان غلظت نانوذرات موجود در سیالات مورد استفاده برای ازدیاد برداشت از مخازن نفت را تا یک صدم درصد کاهش دهند.

بنا به گفته مسؤولین این پروژه، پیش از این در تحقیقات جهانی روند کلی استفاده از نانوذرات در غلظت‌های بالا یک تا ده درصد انجام شده است، در حالی‌که پژوهش‌ انجام شده در دانشگاه صنعتی شریف نشان داد که می‌توان از این نوع مواد در غلظت‌هایی مابین یک دهم تا یک صدم درصد نیز استفاده کرد.

دکتر محمد مهدی احدیان به عنوان یکی از اعضای همکار در این پروژه ضمن اشاره به تحقیقات فراوانی که در دنیا به منظور استفاده از نانومواد در ازدیاد برداشت از مخازن نفت در جریان است، اظهار کرد: هرچند هم‌اکنون در دنیا بر روی طیف وسیعی از نانومواد در این زمینه تحقیقات صورت می‌گیرد، اما تا کنون به ظرفیت بالای نانوذرات تیتانیوم دی اکسید توجهی نشده بود.

به گفته این استاد دانشگاه صنعتی شریف، نانوذرات تیتانیوم دی اکسید یکی از شناخته شده‌ترین مواد در حوزه نانوتکنولوژی هستند که به عنوان یک ماده دوستدار محیط زیست تحقیقات زیادی بر روی آنها انجام شده است.

وی همچنین به هزینه‌های پایین استفاده از نانومواد نسبت به کارآمدی آن‌ها در موضوع ازدیاد برداشت از مخازن نفت اشاره کرد و افزود: با تولید نانومواد در مقیاس آزمایشگاهی تنها یک دلار به هزینه تزریق در هر متر مکعب افزوده می‌شود. این هزینه در مقایسه با مواد شیمیایی رایج در تزریق جهت ازدیاد برداشت بسیار مناسب است.

دکتر وحید تقی خانی، استاد دیگر این پروژه نیز درباره پژوهش انجام شده در دانشگاه صنعتی شریف گفت: این فعالیت با رویکرد شناخت مکانیسم کلی عملکرد نانوذرات انجام شده است که به موجب آن موفق به ارائه روشهای نوینی برای انجام تحقیقات کامل‌تر در حوزه ازدیاد برداشت نفت شدیم. همچنین تلاش شده است علاوه بر بهبود مقدار بازیابی نفت شناخت مناسبی از نحوه عملکرد نانوذرات نیز حاصل شود.

وی در ادامه به دستاوردهای دیگر حاصل از این پروژه اشاره و تصریح کرد: استفاده از تکنولوژی‌های مشخصه یابی نوین به همراه ابداع شیوه‌هایی جدید در به کار بردن این روش‌ها در حوزه EOR یکی از دستاوردهای قابل توجه این پروژه است.

بر اساس این گزارش، صنایع نفت و گاز از مهمترین منابع تأمین انرژی در گذشته وحال هستند. پیش بینی می‌شود با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در بهره برداری از منابع انرژی تجدید پذیر حداقل تا دو دهه آینده این منابع تنها تکمیل کننده منابع هیدروکربنی به شمار روند و تقاضا برای انرژی‌های هیدروکربنی سالانه حدود ۲ تا ۳ درصد افزایش پیدا کند که منجر به افزایش ۵۰ درصدی نیاز به این نوع انرژی طی ۲۰ سال آینده می‌شود. در نتیجه می‌توان گفت منابع عظیم هیدروکربنی در سالهای آینده نیز همچنان سهم عمده خود را در بازار انرژی دنیا حفظ خواهند کرد و دستیابی به انرژی‌های تجدیدپذیر جایگزین که هم از نظر فنی و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشند، در آینده نزدیک کمی دور از انتظار به نظر می‌رسد. به همین دلیل اهمیت توسعه فناوری در این حوزه نه تنها کاهش نخواهد یافت، بلکه به دلیل کاهش منابع نفتی، استخراج از آن‌ها نیاز به فناوری‌های پیشرفته‌تری نیز پیدا خواهد کرد.

منابع هیدروکربنی معمول که دسترسی به آنها ساده بوده و از لحاظ خصوصیات مخزنی، پیچیدگی نداشته باشند، رو به اتمام هستند و یا برای برداشت بیشتر از این میادین نیازمند استفاده از فناوری‌های نوین هستیم. از این‌رو، در حال حاضر صنعت نفت و گاز با میادینی روبرو است که یا تولید بیشتر از آنها با فناوری‌های گذشته امکان پذیر نیست، یا به دلایل متعددی از قبیل عمق زیاد و محل قرارگیری میدان یا خصوصیات مخزنی مثل نفوذپذیری بسیار کم، تولید از آنها دشوار است. این عوامل موجب می‌شود تا پژوهشگران به دنبال توسعه فناوری‌هایی باشند که بتوانند بر این مشکلات غلبه کرده و همچنان سهم این منبع انرژی را در بازار حفظ کنند. از روشهای متعارف بهبود بازیابی نفت، تزریق آب و مواد شیمیایی به مخزن نفتی است. در این روش سیال خاصی به داخل مخزن پمپ شده تا با افزایش فشار درون مخزن، نفت باقی مانده را از آن بیرون بکشد.

دکتر احدیان مشکلات درمورد روش‌های معمول برای انجام این کار گفت: در روشهای متعارف تزریق آب محدودیتهای جدی نظیر باقی ماندن نفت‌های سنگین در مخزن، لطمه به ساختمان مخزن به دلیل عدم سازگاری بین آب تزریق شده و مخزن و دشواری کنترل سیالات درون مخزن وجود دارد.

وی تصریح کرد: برای حل مشکلات و بهبود روش‌های متعارف ازدیاد برداشت از مخازن نفتی تحقیقات بسیاری در جریان است و یکی از شاخه‌های تحقیقاتی پیشگام در این حوزه استفاده از نانوفناوری است. نانوفناوری بر شناخت و کاربرد مواد نوین در مقیاس ۱ تا ۱۰۰ نانومتر تمرکز دارد. شناخت و کاربرد مواد در این مقیاس تا کنون فرصتهای زیادی را در حوزه‌های متفاوت فراهم کرده که در سطح جهانی رقابت گسترده‌ای برای دست یافتن به این فرصت‌ها شکل گرفته است، چرا که نانومواد با ارائه خواصی مانند سطح به حجم بالا، قدرت نفوذ بیشتر و ... می‌توانند کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف داشته باشند.

دکتر حمیده احتسابی که رساله وی در پژوهشکده علوم و فناوری نانو تحت عنوان «سنتز و مشخصه‌یابی نانوذرات TiO2 در کاربرد ازدیاد برداشت از مخازن نفتی» منجر به این دستاوردها شده، درباره شیوه استفاده از خواص نانومواد مورد نظر در این پروژه گفت: یکی از خواص نانوذرات این است که به ازای حجم مشخصی از ماده، دارای سطح خیلی زیادی هستند. این خاصیت یک نیروی محرک قابل توجه برای نفوذ به خصوص در دماهای بالا ایجاد می‌کند. با افزودن نانوذرات، خواص سیال پایه از قبیل دانسیته، گرانروی، هدایت حرارتی و گرمای مخصوص افزایش می‌یابد. این افزایش در خواص فیزیکی سیال پایه، برای کاربردهای ازدیاد برداشت مطلوب است.

وی همچنین به روش‌های دیگر استفاده از نانومواد برای ازدیاد برداشت از مخازن نفت اشاره کرد و گفت: در مواردی نیز نانوذرات ازدیاد برداشت نفت را با بهبود خاصیت ترشوندگی سنگ مخزن افزایش می‌دهند، بدین معنی که با استفاده از برخی از این نوع مواد می‌توان کاری کرد که به جای عبور نفت از میان سنگ مخزن کاری کرد که آب از آن عبور کند که این امر به حل برخی مشکلات در این زمینه کمک می‌کند.

بنا به گفته مسؤولین پروژه این طرح در مرحله تحقیقاتی قرار دارد و امید می‌رود با تکمیل تحقیقات در مخازن نفتی به کار گرفته شود. بدین منظور تعاملات با شرکت ملی نفت ایران و مجموعه‌های تابعه در جریان است.

احدیان همچنین درباره تحقیقات بیشتری که باید در این زمینه صورت بگیرد، اظهار کرد: هر چند این تحقیقات حوزه جدیدی را پیش روی محققان گشوده، ولی نیاز است تا فعالیت‌های زیادی بر روی بهبود پایداری نانوذرات در شرایط مخزن انجام شود. همچنین بحث کنترل گرفتگی مسیرهای تزریق نانوذرات باید مورد توجه قرار گیرد.