نفت و گاز ماده حیاتی بشر
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 میباشد. 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 فناوری‌های جدید در جهت توسعه علمی و عملی استخراج و تولید احساس می‌شود. در این میان ، فناوری جدید و منحصر به فرد نانو این پتانسیل را دارد که تغییرات چشم‌گیری را در حوزه‌های متنوع نفت و گاز ایجاد نماید. در این مقاله تاثیرات و عملکرد نانو فناوری بر تولید و استخراج از مخازن نفت و گازی بیان خواهد شد و با اشاره به منابع معتبر، کارآئی استفاده از نانو فناوری در این عرصه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
استخراج نفت و گاز
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 آلودگی‌ها و سیالات نامطلوب بوجود آمده در حین فرآیند استخراج و تولید از چاه میباشد.
پروسه ازدیاد برداشت نیز شامل انواع عملیاتی می‌گردد که سیال تولیدی از مخزن را مورد بهره برداری بیشتر قرار می‌دهد. امروزه ثابت شده است که علم نانو توانائی بهبود فرآیندها در مقیاس مولکولی را دارا میباشد و تاثیر آن در حیطه فرآیندهای جداسازی و ازدیاد برداشت از مخازن نفتی و گازی نیز بسیار چشمگیر است. به گونه‌ای که با استفاده از نانوسورفکتانت‌ها، نانوغشاها، نانوذرات، نانوژل‌ها، نانوسیالات و هیدروژل‌های نانوکامپوزیتی، تحول عمده‌ای 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 می‌گیرد.
فناوری نانو
کاربرد فناوری نانو در بهبود فرآیند تولید و استخراج چاه های نفتی و گازی:
امروزه با استفاده از نوآوری‌های عرصه نانوفناوری، روش‌های متعدد و بسیار مناسبی جهت بهبود فرآیند استخراج و تولید نفت و گاز صورت گرفته است. در این زمینه می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
استفاده از نانوغشاها
در حالت کلی غشا به ماده‌ای اطلاق می‌شود که بعنوان یک سد عمل کرده و سبب جداسازی دو فاز و همچنین محدود کردن انتقال اجزای شیمیائی معین بصورت گزینش شده می‌گردد. ضخامت غشاها می‌تواند از مقداری به کوچکی ۱۰ میکرون تا مقادیری در محدوده چند صدمیکرومتر متغیر باشد.
در سالهای ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۰، استفاده از غشاء جهت جداسازی کاربرد وسیعی پیدا کرد و در پایان سال ۱۹۸۰، نانوغشاءها متولد شدند. از نانوغشاءها معمولا در فرآیند نانوفیلتراسیون استفاده می‌شود. این پروسه بصورت کلی در مورد مواد حل شده در مایعات و نه مواد توزیع شده در آنها کاربرد دارد. در این حالت پروسه جداسازی شامل نفوذ مولکول‌های حلال در جرم ماده غشائی بوده که توسط فشار انتقالی بالای غشاء، و نه حفرات آن صورت می‌گیرد. در حقیقت نانوفیلتراسیون نوعی پروسه جداسازی در فاز مایع است که جامدات حل شده را جدا می‌سازد. امروزه نانوفیلتراسیون کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف از جمله صنعت نفت دارد.
انواع روش های فیلتراسیون در فناوری نانو
یکی از کاربردهای فناوری نانو در بهبود فرآیند تولید و استخراج چاه های نفتی و گاز، استفاده از نانوغشاها می باشد که بسته به کاربرد غشاء فیلتراسیون، می تواند از نوع فیلتراسیون ته بسته یا جریان عبوری باشد. پروسه جداسازی شامل نفوذ ملکول های حلال در ماده غشائی است که توسط فشار انتقالی بالای غشاء صورت می گیرد و باعث جداشدن جامدات حل شده در مایع می شود.
پروسه جداسازی و انتقال ماده در نانوفیلترها توسط نفوذ، جابجائی و مهاجرت الکترونی صورت می‌گیرد. در این حالت بارهای منفی روی سطح قرار گرفته و یون‌های مثبت جذب می‌شوند (بعلت تفاوت بین ثابت دی الکتریک در حفرات نانوفیلتر، ماده نانوغشاء و حلال). همچنین جداسازی گازهای تولیدی پروسه مهمی در صنعت تولید و استخراج به شمار می‌رود. در این حالت استفاده از غشاء به دلیل سادگی و هزینه پائین بسیار مناسب میباشد. ولی رابطه معکوس بین گزینش پذیری اجزای یک گاز و تراوائی آنها سبب کاهش تاثیر استفاده از غشا می‌گردد. در این حالت استفاده از غشاهای نانوکامپوزیت پلیمر- ماده غیرآلی که بصورت هماهنگ گزینش پذیری و تراوائی را بهبود می‌بخشند بسیار مناسب است.
نانوکامپوزیت‌های پلیمری- ماده غیرآلی از دو ماتریس یعنی یک پلیمر و یک ماده غیرآلی تشکیل شده است. در این حالت، فاز غیر آلی در مقیاس نانومتری درون فاز پلیمری توزیع می‌شود. به دلیل ساختار مناسب ایجاد شده، خاصیت جداسازی گازی غشاهای نانوکامپوزیت پلیمر- ماده غیرآلی نسبت به پلیمرهای خالص بهبود می یابد.