دانلود تحقیق بررسی پتانسیل های کاربرد نانوتکنولوژی در صنایع بالادستی نفت

اختصاصی از ژیکو دانلود تحقیق بررسی پتانسیل های کاربرد نانوتکنولوژی در صنایع بالادستی نفت دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

نانوتکنولوژی به مواد و سیستم هایی مربوط می شود که ساختار و اجزای آن به دلیل ابعاد نانومتری، خواص، پدیده های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ، رفتار جدیدی را نشان می دهند. مواد دارای اندازه ذره نانو مقیاس در حوزه ای بین اثرات کوانتومی اتمی ها و مولکول ها و خواص توده قرار می گیرند. با توانایی ساخت و کنترل ساختار نانو ذرات می توان خواص حاصل را تغییر داده و خواص مطلوب را در مواد طراحی کرد. در این مجال با توضیح فرآیندهای منابع بالادستی نفت، رسم شماتیک فرآیندها، پتانسیل های آتی نانوتکنولوژی بررسی شده است.

طبق گزارش ها بین المللی دهه آینده ، دهه چالش انرژی خواهد بود و کشور ما نیز یکی از بزرگترین تولید کنندگان نفت می باشد. در این مجال سعی شده است که تأثیرات نانوتکنولوژی بر صنایع بالا دستی نفت به همراه توضیح کامل آورده شود. شاید کشور ما با اعمال این تکنولوژی بر این بخش از صنعت بتواند راهگشای این چالش بزرگ در دهه ‌آینده باشد.

نانوتکنولوژی ، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح حاضر می شود. از همین تعریف ساده برمی آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. فناوری نانو هنوز در مراحل اولیه رشد خویش می باشد. اگر چه هم اکنون برخی از محصولات این فناوری در بازار موجود است، ولی این دانش بایستی قبل از تجاری شدن ، هم از جنبه های تکنولوژیکی و هم از جنبه های علمی پیشرفت نماید.

نانوتکنولوژی را باید به عنوان مقوله ای بلندمدت نگاه کرد که حداقل نیمه اول قرن بیست و یکم را به طور مداوم تحت تأثیر قرار خواهد داد. کشورهای  مختلف ، در آموزش و پرورش نانو به عنوان فعالیت بلندمدت سرمایه گذاری نموده اند و برای دستیابی به دستاوردهای نزدیک مدت نیز پژوهش های متعددی در حوزه هایی چون نانو مواد، نانوالکترونیک و مانند آن در دست انجام است. از ویژگی های نانوتکنولوژی می توان به موارد زیر اشاره نمود :

• نانو تکنولوژی ، یک تکنولوژی عام است که در بسیاری از تکنولوژی های دیگر کاربرد داشته و بعضی از آنها را متحول می کند.
• اثرات نانو تکنولوژی بر امنیت و دفاع
• اثرات نانوتکنولوژی بر حفظ محیط زیست
• نانوتکنولوژی تمام دستاوردهای گذشته بشر را که در مواد تحقیق یافته است، متحول می سازد؛ در واقع تحول نانوتکنولوژی ظرف چند دهه به اندازه تحولات چند قرن خواهد بود.
• نانوتکنولوژی ظرف چند دهه به اندازه تحولات چند قرن خواهد بود.
• نانوتکنولوژی رقیب سایر تکنولوژی ها نیست بلکه مکمل و پایه آنهاست.
• کاربردهای نانوتکنولوژی همه جا همراه با هزینه کمتر، دوام و عمر بیشتر، مصرف انرژی پایین تر، هزینه نگهداری کمتر و خواص بهتر است.
• رویکرد جدید و اولویت بسیار از تکنولوژی های جدید نیز در مقیاس نانو بوده و حتی پاسخگوی چالش های مطرح آن نمی باشد، به عنوان مثال دو چالش عمده بیل سوختی ، یعنی ذخیره ایمن هیدروژن و عدم استفاده از مواد گران با نانوتکنولوژی حل خواهد شد.

مجموعه عملیاتی که از اکتشاف تا قبل از پالایشگاه در زمینه ی تولید و استخراج نفت انجام می گیرد، صنایع بالادستی گفته می شود. این عملیات شامل اکتشاف، حفاری، بهره برداری و مدیریت مخازن می شود. در اکتشاف ابتدا یک انفجار انجام می شود، سپس بازتابش های صوتی توسط ژتوفون ها ثبت میشود. از تحلیل این بازتابش ها و بر پایه تفاوت سرعت حرکت صوت در لایه های مختلف، ساختار لایه و نوع سیال درون آنها مشخص می شود. بدین ترتیب ساختارهایی که می توانند احتمالاً حاوی نفت و گاز باشند، مشخص می شوند. با حفاری زمین تا عمق مورد نظر که در ایران معمولاً بین 1500 تا 3500 متر است، فرضیه  های اکتشافی نهایی می گردد. در صورتی که مخزن مورد نظر حاوی نفت و گاز باشد، چاه حفر شده برای تولید نفت آماده می شود که شامل نصب یک سری ابزارها درون چاه تا سطح زمین و خط لوله از سطح زمین تا قبل از پالایشگاه است. سپس تا حد امکان درون یک مخزن چاههای دیگری که چاه های توسعه ای گفته می شود، خطر می شوند.

نهایتاً تعداد چاهها، نرخ بهره برداری از هر کدام، استراتژی تولید در آینده و تکنیکهای لازم می بایست برای حداکثر کردن برداشت از مخزن با حداقل هزینه ها مدیریت شود، که در مقوله ی مدیریت مخازن می گنجد.

شماتیک تقسیم بندی این فرآیندها در شکل 1 به اختصار آورده شده است. در این مجال سعی شده است تا به توضیح مختصر فرآیندها، کاربردهای آتی نانوتکنولوژی در آنها بیان گردد.

فصل اول : اکتشافات نفت

مقدمه :

در این بخش اکتشاف نفت مورد بررسی قرار می گیرد. وجود گل فشانها، قیرهای طبیعی، چشمه های گازی و فسیل ها در سطح زمین می تواند مبین وجود یک بستر مناسب برای تولید نفت و گاز باشد. در چنین نواحی از سطح زمین، یک نمونه از سنگ ها در عمق حدود 10 متری توسط دستگاه مخصوص گرفته می شود و میزان گاز موجود در آن در آزمایشگاه تعیین می شود. در صورت مناسب بودن شرایط اقدام به لرزه نگاری می شود. ابتدا یک انفجار روی سطح زمین ایجاد می شود و توسط ژئوفون، بازتابش های صوتی ثبت می شود. با تحلیل بازتاب های ثبت شده به شکل ساختارهای زیر زمینی و سیال درون آنها ، پی می بریم. در صورت وجود ساختار زمین شناسی مناسب و سیال هیدروکربنی ، اقدام به حفاری اکتشافی می شود.

1-1) لرزه نگاری (Seismic) :

1-1-1) شرح فرآیند :

با ایجاد انفجار در نقاط مختلف روی زمین و ثبت لرزه های ایجاد شده، ساختار کلی لایه های زمین و مخزن به دست آورده می شود. این فرآیند بر اساس تفاوت سرعت حرکت صوت در لایه های مختلف انجام می گیرد. لرزه نگاری به صورت یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی انجام می شود. از این طرح می توان تشخیص داد که لایه های مختلف حاوی گاز، نفت یا آب هستند. لرزه نگاری چهار بعدی همان لرزه نگاری سه بعدی است که در زمانهای مختلف انجام می شود و از طریق آن می توان نحوه پیشروی سیالات مختلف را تشخیص داد.

کاربردهای نانوتکنولوژی در این بخش

2-1-1) ایده پردازی :

به نظر می رسد که با کاربرد نانوتکنولوژی در ایجاد سنسورهای جدید می توان ثبت لرزه ها را به صورت دقیق تر انجام داد. زیرا امکان وارد کردن سنسورها در لایه های مختلف زمین و ثبت لرزه ها از موقعیت های متنوع تر وجود دارد.

در این بخش یک نوع سنسورهای صوتی مورد استفاده قرار می گیرد ، که ژئوفون نام دارد. این سنسورها با ثبت اطلاعات به صوتی و بازیابی آن ها پس از عملیات لرزه نگاری  مورد استفاده قرار می گیرند. نانوتکنولوژی می تواند علاوه بر پیشرفت فوق با نانوساختار کردن ژئوفون ها به عملکرد سریع و ثبت اطلاعات صوتی دقیق تر منجر گردد.

ونگ و مادو[1] نشان دادند که یکی از  انواع سنسورهای میکروالکترومکانیکی کربنی ‌کارآیی مناسبی در گستره وسیعی از بیومواد و مواد شیمیایی دارد. با استفاده از روش تولید این سنسورها می توان ساختارهای کربنی میکروالکترومکانیکی با « ضریب طول»[2] بزرگ تر از 10 تولید کرد.[1]

با تکنیک تولید [3]C-MEMS می توان گستره وسیعی از MEMS ها و [4] NEMS ها با «ضریب طول» بالا کمه قابلیت شارژ/دشارژ شدن توسط یون Li را دارند،‌تولید کرد. این سیستم ها پتانسیل تولید آرایه باتری هایی از مواد هوشمند قابل سوئیچ را خواهند داشت. تکنیک تولید C-NEMS  با استفاده از Nano fabrication و با کنترل روش پیرولیز می باشد.

نیاز به مینیاتوری کردن ساختارها، سرعتهای بالاتر، اتلاف حرارت بهتر، مصرف توان کمتر و سازگاری بیشتر با محیط زیست در تولید این سنسورها باعث اقبال عمومی زیاد آنها شده است.

آقای « جونگ کیم »[5]  از دانشگاه تگزاس در کنفرانس نانوتکنولوژی انجمن مهندسین برق آمریکا[6]  تکنولوژی « شناوری مغناطیسی با دقت بالا»[7] را که در بسیاری از زمینه های تحقیقاتی نانوتکنولوژی و سایر تکنولوژی هایی که بر اساس اندازه گیری دقیق حرکات و نیروها کار می کند، مورد بررسی قرار داده است. این تکنولوژی ها شامل ساختن ساختارهای نانومقیاس، کاربردی در مقیاس اتمی[8]، سر هم بندی میکروقطعات و آشکارسازهای حرکات لرزه ای می باشند. با توجه به کاربرد گسترده تکنولوژی مورد نظر در علوم و مهندسی نانو، کاربرد آن در فعالیت های بالادستی نفت از جمله لرزه نگاری نیز محتمل است. ‍‍[2]

3-1-1) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-1-1) نانومحاسبات

مقالات :

در بسیاری از حوزه های مهندسی انجام سریع محاسبات از اهمیت زیادی برخوردار است . با ورود نانوتکنولوژی در حوزه های مختلف، استفاده از نانومحاسبات در کاربردهایی مانند پیش بینی وضع هوا ، مدل سازی جریان های اقیانوسی و ... رایج شده است. در تحلیل داده های لرزه نگاری چاه های نفت نیز می توان از نانومحاسبات استفاده کرد. [3]

2-3-1-1) نانوسنسورها

کاربرد تجاری :

شرکتهای BP و Shell برای کشف و استخراج میدان های جدید نفت و گاز از تکنولوژی های نانو در تصویربرداری لرزه ای و لرزه نگاری چهار بعدی استفاده می کنند.[4]

شرکت Texas-Based Input از MEMS برای تهیه لرزه نگاری چاه های نفت و گاز استفاده خواهد نمود. این ابزار، داده را به صورت دقیقتر و کم حجم تر از ژئوفون های معمولی ثبت می کند. [15]

2-1) حفاری اکتشافی (Exploration Drilling)

1-2-1) شرح فرآیند :

پس از انجام مطالعات زمین شناختی سطح الارضی و نمونه گیری ها در عمق کم ( تا 10 متر) و انجام لرزه نگاری، به حفر چاه اکتشافی در جایی که تصور می شود نفت وجود دارد، اقدام می شود. در حفاری اکتشافی ممکن است به نفت دست یافته شود و یا اینکه در تشخیص محل مخزن اشتباهی رخ دهد. با توجه به عدم شناخت کامل از منطقه، در حفاری اکتشافی خطرات بیشتری نهفته است، زیرا احتمال هرز روی کامل گل حفاری و متعاقب آن گیر کردن ابزارهای حفاری درون چاه و یا احتمال برخورد با لایه های غیرعادی پرفشار که منجر به فوران چاه می شود، وجود دارد.

کاربردهای نانوتکنولوژی در این بخش

2-2-19 ایده پردازی :

همه موارد مربوط به حفاری (گل حفاری، مته، ابزارآلات حفاری و... ) که در قسمت های بعدی به صورت مجزا شرح داده شده اند، در این قسمت کاربرد دارند. حفاری اکتشافی از ریسک بالاتری برخوردار است.

همان طور که در شرح فرآیند اشاره شد، این حفاری به خاطر عدم شناخت کامل از منطقه بسیار خطرناک می باشد. بنابراین نانوتکنولوژی می تواند با ایجاد مته هایی مقاوم در برابر سایش و خوردگی که بر روی آنها نوعی از نانوپوشش ها یا پوشش های نانوساختاری قرار دارد، باعث تخریب کمتر مته حفاری شود. همین طور با  هوشمند کردن لایه نشانده شده بر روی مته حفاری که قابلیت مقاومت فشاری و کششی و سایشی نیز دارد، می توان شرایط نوک مته حفاری را استخراج کرد و از این طریق اطلاعات ارزشمندی از فرآیند حفاری، خصوصیات لایه های زمین، گرادیان شیمیایی آن نقطه از زمین را به طور بسیار دقیق به دست آید.

اخیراً تحقیقات متعددی بر روی نانوسنسورهایی که از نانوسیم برای شناسایی مواد شیمیایی استفاده می کنند، صورت گرفته است.

قطر این نانوسیم ها در حدود اندازه های قطعات مواد شیمیایی و یا بیولوژیکی که قرار است شناسایی شوند، می باشد. از مواد شیمیایی که می تواند توسط این نوع از نانوسنسورها ردیابی شود، یون های هیدروژن موجود در محیط آبی است. همچنین گونه های بیولوژیکی مانند ویروس ها که در حدود  تا 50 نانومتر هستند، می تواند حس شوند. ‍[5]

فهرست مندرجات:

چکیده

مقدمه

1-1) لرزه نگاری (Seismic)

1-1-1) شرح فرایند

2-1-1) ایده پردازی

3-1-1) عینیت بخشی به ایده ها

2-1) حفاری اکتشافی (Exploration Drilling)

1-2-1) شرح فرآیند

3-2-1) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-1) شرح فرآیند

2-3-1) ایده پردازی

3-3-1) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-3-1) نانوسنسورها

مقدمه

1-2) مته های حفاری (Drilling Bit)

1-1-2) شرح فرآیند

2-1-2) ایده پردازی

2-2) گل حفاری (Mud Drilling)

2-2-2) ایده پردازی

3-2-2) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-2-2) نانو مواد

1-3-2) شرح فرآیند

2-3-2) ایده پردازی

3-3-2) کاربردهای تجاری

4-4) نمودارگیری گل حفاری (Mud Logging)

1-4-2) شرح فرآیند

2-4-2) ایده پردازی

3-4-2) کاربردهای تجاری

5-2) لوله های تابیده (Coiled Tubing)

1-5-2) شرح فرآیند

2-5-2) ایده پردازی

6-2) لوله های جداری (Casing)

1-6-2) شرح فرآیند

7-2) حفاری افقی و زاویه دار (Horizontal & Deviated Drilling)

2-7-1) شرح فرآیند

2-7-2) ایده پردازی

8-2) نمودارگیری در حین حفاری (LWD)

1-8-2) شرح فرآیند

2-8-2) ایده پردازی

1-3-8-2) نانوسنسورها

4-8-2) کاربردهای تجاری

9-2) اندازه گیری در حین حفاری (MWD)

1-9-2) شرح فرآیند

2-9-2) ایده پردازی

3-9-2) عینیت بخشی به ایده ها

4-9-2) کاربردهای تجاری

1-10-2) شرح فرآیند

3-10-2) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-10-2) نانومواد

11-2) حفاری تاپ درایو (Turbo drill)

1-11-2) شرح فرآیند

2-11-2) ایده پردازی

12-2) حفاری تاپ داریو (Top Drive)

3-12-2) ایده پردازی

3-12-3) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-12-3) نانوسنسورها

13-3) حفاری غیر تعادلی (UBD)

3-13-3) عینیت بخشی به داده ها

1-3-13-3) نانوذرات

4-13-13) کاربردهای تجاری

منابع و مراجع

مقدمه

1-1-3) شرح فرآیند

3-1-3) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-1-3) نانو مواد

1-2-3) شرح فرآیند

3-2-3) کاربردهای تجاری

3-3) شکاف مصنوعی (Artificial Fracturing)

3-3-3) کاربردهای تجاری

4-3) فراز آورش مصنوعی (Artificial lift)

1-4-3) شرح فرآیند

4-3-3) کاربردهای تجاری

5-3) جلوگیری از تولید شن (Sand Production Control)

2-5-3) ایده پردازی

6-3) جداسازی آب و نفت و گاز در محل

1-6-3) شرح فرآیند

3-6-3) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-6-3) نانو مواد

7-3) جلوگیری از چندفازی شدن

1-7-3) شرح فرآیند

3-7-3) عینیت بخشی به ایده ها

1-3-7-3) نانو امولوسیون

4-7-3) کاربردهای تجاری

8-3) جلوگیری از تشکیل هیدرات

1-8-3) شرح فرآیند

3-8-3) کاربردهای تجاری

9-3) جلوگیری از تشکیل هیدرات

1-9-3) شرح فرآیند

3-9-3) کاربردهای تجاری

10-3) سیال تکمیل چاه (Well Completion Fluid)

1-10-3) شرح فرآیند

3-10-3) کاربردهای تجاری

11-3) چاه های فشار – دما بالا (HP,HT)

1-11-3) شرح فرآیند

3-11-3) کاربردهای تجاری

منابع و مراجع

مقدمه

1-4) تعیین خواص سیال

1-1-4) شرح فرآیند

3-1-4) کاربردهای تجاری

2-4) تحلیل خواص سنگ

1-1-4) شرح فرآیند

3-1-4) کاربردهای تجاری

2-4) تحلیل خواص سنگ

1-2-4) شرح فرآیند

3-2-4) کاربردهای تجاری

3-4) چاه ‌آزمایی

1-3-4) شرح فرآیند

3-3-4) عینیت بخشی به ایده ها

4-3-4) کاربردهای تجاری

4-4) شبیه سازی

1-4-4) شرح فرآیند

3-4-4) کاربردهای تجاری

5-4) تزریق آب

1-5-4) شرح فرآیند

3-5-4) کاربردهای تجاری

6-4) شرح فرآیند

2-6-4) ایده پردازی

7-4) تزریق پلمیر

1-7-4) شرح فرآیند

8-4) تزریق میکروارگانیسم

1-8-4) شرح فرآیند

2-8-4) ایده پردازی

9-4) تزریق مواد فعال سطحی (Surfactant Injection)

2-9-4) ایده پردازی

3-9-4) کاربردهای تجاری

1-10-4) شرح فرآیند

3-10-4) کاربردهای تجاری

11-4) تزریق بخار

12-4) تزریق دوره ای بخار (Huff and Puff)

2-12-4) شرح فرآیند

2-13-4) ایده پردازی

14-4) تزریق دی اکسید کربن و نیتروژن

1-14-4) شرح فرآیند

2-14-4) ایده پردازی

15-4) تزریق کف

2-15-4) ایده پردازی

3-15-4) عینیت بخشی به ایده ها

16-4) توپک رانی (Pigging)

منابع و مراجع

شامل 99 صفحه فایل word قابل ویرایش