معرفی انواع نانو افزودنی های گل حفاری

امروزه نانو ساختارهای گوناگونی برای افزودن به گل حفاری مخصوص چاه‌های نفت با هدف بهبود خواص آن در جهان مورد پژوهش قرار گرفته است. در واقع افزودن نانوساختارها، ویژگی‌های مختلفی را برای گل حفاری فراهم می‌کنند که هرکدام مزایای خاصی برای انجام عملیات حفاری دارد. در این مقاله قصد داریم تا شما را با چند نانو افزودنی مهم در این زمینه که نقش معمی در استخراج قیر معدنی دارند، آشنا کنیم.

نانورس‌ها

اولین نمونه نانو افزودنی، نانورس‌ها هستند که باعث بهبود خواص مکانیکی سیال حفاری و کاهش میزان تراوایی فیلتر کیک می‌شوند. کارایی‌ مذکور به این دلیل است که نانورس‌ها تا چند برابر وزن خود، قادر به حجیم شدن هستند و از این طریق در کاهش هرزروی سیالات نقش مهمی دارند.

در این فرایند از نانورس‌ها به عنوان شناساگر آنالیت در چاه استفاده می‌شود. یکی از معروف‌ترین شرکت‌های نفتی که از این ماده افزودنی در گل حفاری استفاده کرده؛ آرامکو عربستان است. بررسی نتایج این استفاده نشان می‌دهد که میزان هرزروی سیال، کاهش یافته و رفتار حرکتی گل نیز بهبود یافته است.

نانورس‌ها  دارای خواص دیگری هم هستند. مثلا شرکت بیکر هیوز برای نمونه‌گیری از چاه، بهبود خواص الکتریکی و ثبات دی الکتریک گل حفاری استفاده کرده است. همچنین در آزمایشگاه ملی تکنولوژی انرژی ایالات متحده، نانورس‌ها را به عنوان نانو افزودنی در شرایط فشار و دمای بالا مورد استفاده قرار دادند.

نانو بنتونیت

دومین نانو افزودنی معرفی شده در این مقاله، نانو بنتونیت است. این ماده مانند بسیاری از نانوذرات دیگر جهت کاهش هرزروی سیال و تقویت پایداری چاه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله مراکزی که از این مواد در تحقیقات خود جهت بهبود خواص گل حفاری استفاده کردند؛ دانشگاه نفت چین، موسسه تحقیقات نفت مصر و دانشگاه نفت و گاز پلوشیت رومانی هستند.

نانو اکسیدهای فلزی

نانو اکسید فلزی دیگر نانو افزودنی موثر و پرکاربرد در سیالات حفاری است. این نانوذره می‌تواند در بهبود خواص مکانیکی و رئولوژیکی گل حفاری اثرگذار باشد. همچنین این نانوذره در کاهش تراوایی فیلتر کیک، کاهش هرزروی سیال، حفظ خاصیت گل در شرایط فشار و دمای بالا، افزایش پایداری چاه، بهبود خواص الکتریکی گل، جلوگیری از اختلاط گل و سیمان حفاری و استفاده به عنوان روان‌کننده نیز کاربرد دارد.

نانو اکسیدهای فلزی خود به چند نمونه مختلف تقسیم می‌شوند که در ادامه به معرفی انواع پرکاربرد آن‌ پرداختیم.

نانوسیلیکا

نانوسیلیکا را شاید بتوان به عنوان پرکاربردترین نانو افزودنی مورد استفاده در گل حفاری دانست. نانوذرات سیلیکا اثرات متنوعی بر گل حفاری دارند. کاهش تخریب سازند و در نتیجه بهبود پایداری چاه، کاهش نیروهای گشتاور و پسا، حفظ خواص گل حفاری در فشار و دمای بالا و کاهش هرزروی سیال از جمله خواص و کاربردهای نانو سیلیکا هستند.

  • نانو اکسید آهن

نانو اکسید آهن یکی دیگر از نانوافزودنی‌هایی است که در بهبود خواص سیالات حفاری نقش دارند. این نانواکسید فلزی موجب کاهش نیروهای گشتاور و پسا می‌شود. همچنین از این ماده می‌توان برای کاهش هرزروی سیال در دما و فشار بالا هم استفاده کرد. نانو اکسید آهن در زمینه کاهش تراوایی فیلتر کیک، بهبود خواص مکانیکی و رئولوژیکی گل حفاری و کاهش هرزروی سیال نیز تاثیرات مثبتی دارد.

در یک پژوهش مشترک میان دانشگاه کلگری کانادا و دانشگاه علم و فناوری میسوری، کاربرد نانوذرات اکسید آهن در بهبود خواص گل حفاری، مورد بررسی قرار گرفته و اثبات شده است.

  • نانو اکسید روی

گاز سولفید هیدروژن یکی از گازهای سمی و خورنده است؛ که اثر منفی و مضری بر فرآیند حفاری دارد. در نتیجه یکی از مهم‌ترین فرآیندها در این زمینه حذف و جداسازی این گاز از گل حفاری است. یکی از راه‌کارهای موثر در انجام این کار، افزودن نانو اکسید روی به گل حفاری است؛ این نانو افزودنی کمک می‌کند تا جداسازی این گاز از سیال حفاری، ساده‌تر و سریع‌تر انجام شود.

نانوپلیمرها

نانوپلیمرها را باید از پرکاربردترین نانوساختارهای مورد استفاده در گل حفاری دانست. این نانوپلیمرها در انواع مختلفی تولید شده و خواص گسترده‌ای را به سیالات حفاری اضافه می‌کنند. بر اساس گزارش‌های مختلف می‌توان از این دسته نانوساختارها در زمینه پایداری چاه، کاهش گل گرفتگی مته، کنترل هرزروی سیال و کاهش نیروی گشتاوری و پسا استفاده کرد.

در کاربردی دیگر شرکت بیکر هالیبرتون از نانوپلیمرها به عنوان یک شناساگر حساس و انتخاب‌گر برای شناسایی و تعیین غلظت آنالیت‌ها در چاه و همچنین اندازه‌گیری دمای چاه، استفاده کرده است. همچنین دانشگاه نفت و گاز پلویشت رومانی در پژوهشی دیگر خواص نانوپلیمرها را در کاهش هرزروی سیال حفاری، نشان داده است. از مثال‌های کاربردی در زمینه استفاده از این نانوساختارها، باید به شرکت ملی نفت چین اشاره کرد که از نانو پلیمرها در عمل و برای کاهش هرزروی سیال و افزایش پایداری چاه در دما و فشار بالا، استفاده می‌کند.

در ادامه با هفت نانو ذره پلیمری کاربردی در صنعت حفاری آشنا می‌شویم.

  • نانو الیاف سلولزی

نانو الیاف سلولزی از جمله نانو پلیمرهایی هستند که با بهبود رفتار رئولوژیکی گل حفاری، پایداری آن را تا دمای 200 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهند. نکته مهم در مورد این پلیمرها این است که در کنار سایر افزودنی‌های گل حفاری نیز پایداری خود را حفظ می‌کنند. در نهایت این مواد می‌توانند علاوه بر بهبود خواص فیلتر کیک، امکان تخریب سازند را کاهش دهند.

  • کربوکسی متیل سلولز

این نانوپلیمرها به کمک تغییر pH از حالت خنثی به حالت باز، رفتار رئولوژیکی گل حفاری را کنترل می‌کنند. این ویژگی سبب می‌شود که هرزروی سیال، کاهش یافته و در چاه‌های نفتی به افزایش بازیابی نفت کمک شود.

پلی هیدروکسی اتیل متاکریات

از پلی هیدروکسی اتیل متاکریات برای بهبود رفتار رئولوژیکی گل حفاری در شرایط pH باز، استفاده می‌شود. در این حالت نانوساختار می‌تواند به شکل یک نانو افزودنی موجب کاهش هرزروی سیال شود. در نهایت جالب است بدانید که این نانوساختار برای اولین بار توسط دانشگاه نفت و گاز پلوشیت رومانی معرفی شده است.

  • پلی متیل متاکریات

با بررسی نانو ذرات پلی متیل متاکریات و اثر آن روی گل حفاری، اثر ممانعت‌کنندگی بالای آن روی آماس شیل به اثبات رسیده است. اضافه کردن این نانوذرات به سیال حفاری، موجب کاهش قابل توجهی در هرزروی سیال می‌شود. نکته مهم این است که این نانو ذره را می‌توان تا دمای 180 درجه سانتی‌گراد نیز مورد استفاده قرار داد. این نانوذره را برای اولین بار محققان دانشگاه نفت جنوب غرب چین، مورد بررسی قرار دادند.

  • دندریمر و پلیمرهای دندریمری

با بررسی اثر استفاده از نانوساختارهای دندریمری در گل حفاری، مشخص شد که این ماده قابلیت‌های زیادی را در گل حفاری ارائه می‌دهد. این نانوساختارها علاوه بر کاهش قابل توجه هرزروی سیال، پایداری و استحکام چاه را افزایش داده و از این طریق خطر تخریب سازند را نیز کاهش می‌دهند. نکته مهم اینکه این نانوساختارها در دما و فشار بالا کارایی داشته و قابلیت خود را حفظ می‌کنند.

کاربرد دیگر پلیمرهای دندریمری استفاده از آن‌ها در کاهش گل گرفتگی مته، تمیزکاری مته، کاهش نیروهای پسا و گشتاور و خنثی‌سازی سولفید هیدروژن است.

  • پلی وینیل پیرولیدون

این نانوساختار، بیش از هرچیز نقش روان‌کننده را در سیالات حفاری بازی می‌کند. این ویژگی سبب می‌شود که اثر نیروهای گشتاوری و پسا را کاهش داده و از هرزروی سیال تا حدود زیادی جلوگیری کند.

کوپلیمرهای استایرن-بوتادین

اثر این نانوذره هم مانند سایر نانوذره‌های PVP موجب کاهش هرزروی سیال و نیروهای گشتاوری و پسا می‌شود.

  • نانوساختارهای کربنی

این مواد از پرکاربردترین نانو افزودنی‌های مورد استفاده در گل حفاری است. بهبود ضریب انتقال حرارت، بهبود پایداری گل، بهبود خواص رئولوژیکی گل، بهبود خواص الکتریکی گل از جمله تغییراتی است که این نانوساختار در گل حفاری ایجاد می‌کند. همچنین نانوساختارهای کربنی به عنوان وزن دهنده گل، کاهنده هرزروی سیال، کاهنده میزان خوردگی تجهیزات حفاری، حفظ کننده خواص گل در دمای بالا و شناساگر آنالیت در چاه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دو نمونه بسیار پر استفاده از نانوساختارهای کربنی شامل نانولوله‌های کربنی و گرافن هستند که در ادامه به بررسی خواص و اثر آن‌ها بر گل حفاری می‌پردازیم.

  • نانولوله‌های کربنی

ویژگی اصلی نانولوله‌های کربنی در این است که علاوه بر توانایی کاهش هرزروی سیال، قادر است وزن گل حفاری را کنترل کند. همچنین استفاده از این نانوساختار در شرایط دما و فشار بالا، یکی دیگر از ویژگی موثر این نانوذره است. توانایی نمودارگیری برای چاه، افزایش پایداری چاه، کاهش گل گرفتگی مته، کاهش نیروهای گشتاور و پسا نیز از دیگر ویژگی‌های این نانوساختار است.

‌این ماده به نسبت سایر نانوذره‌ها بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. چنان ‌که آمارها نشان می‌دهد؛ شرکت‌های نفتی بزرگی در سراسر جهان، از جمله آرکما و توتال فرانسه، نیوپارک کانادا، هالیبرتون، شرکت نفت عربستان سعودی، بیکر هیوز، شلمبرژه و میسواکو از جمله شرکت‌هایی هستند که به قابلیت‌های این نانوذره اطمینان کردند.

  • گرافن

گرافن یکی دیگر از نانوساختارهای کربنی است که در صنایع حفاری چاه به کار گرفته می‌شود. این ماده دارای خواصی مشابه با سایر نانوذرات است. عملکردهایی مانند کاهش هرزروی سیال، افزایش پایداری چاه، کاهش میزان گل گرفتگی مته، بهبود خواص الکتریکی گل حفاری، بهبود خواص دی الکتریک گل حفاری، افزایش خواص رئولوژیکی سیال و در نهایت افزایش پایداری گل از جمله خواص اثبات شده گرافن است.

در یک پژوهش مشترک که توسط دانشگاه رایس، شرکت میسوآکو و موسسه علوم و تکنولوژی نانو انجام شد؛ مزایای کاربرد گرافن برای بهبود خواص گل حفاری به اثبات رسیده است.

نانوذرات کربنات کلسیم

برای اولین بار محققان دانشگاه کلگری و نیـز پژوهشگران دانشگاه نفـت و گاز پلویشـت رومانی ایـن نانوذرات را بـه عنـوان نانو افزودنی گل حفاری بـه کار گرفتند. این نانوذره نیز دارای خواصی مشابه از جمله افزایش پایداری چاه و کاهش هرزروی سیال است. نانوکامپوزیت، نانوامولسیون، نانوهیدروکسید و نانوابر مغناطیس، از جمله نانوذرات کربنات کلسیم هستند که در ادامه به‌طور خلاصه به بررسی ویژگی‌های آن‌ها می‌پردازیم.

  • نانوکامپوزیت

نانوکامپوزیت از نانوساختارهای پر استفاده در گل حفاری اسـت و معمولا بـه عنـوان روان‌کننـده بـرای کاهـش نیروهای گشتاور و پسا، حفظ خواص گل حفاری در شرایط دما و فشـار بـالا، کاهش هرزروی سیال و افزایـش پایداری چاه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • نانوامولسیون

نانوامولسیون‌ها نیز با هدف کاهش هرزروی سیال، کاهش تخریب سازند در اثر نفوذ سیال بـه جـداره چاه، کاهش گل گرفتگی مته و همچنین کاهش نیروهای گشتاوری و پسا به گل حفاری اضافه می‌شود.

  • نانو هیدروکسید

نانوذره هیدروکسید آهن را هم می‌توان برای کاهش هرزروی سیال و افزایش پایداری به گل حفاری اضافه کرد. این ویژگی اولین بار در تحقیقات محققین دانشگاه کلگری کانادا شناسایی و گزارش شد.

  • نانو ابر مغناطیس

این نانوذرات شامل فلزات گروه خاصی هستند. از این نانوذره می‌توان برای کاهش هرزروی سیال و کنترل وزن گل حفاری استفاده کرد. شرکت ونزوئلایی اینتوپ به عنوان اولین شرکت در جهان از این نانوساختار در گل حفاری مورد استفاده خود، بهره برده است.

0 0 vote
رتبه بندی
Subscribe
Notify of
guest
0 نظرات
Inline Feedbacks
View all comments