سنگ های هوشمند با نقش‌‌های تاثیرگذار در مخازن

برای قرن ها، زمین شناسان به دنبال درک دقیقی از داخل ساختارهای متخلخل سنگ‌های مخازن هستند. در حال حاضر (24 آگوست 2016)، در درون سنگهایی سنسورهایی تعبیه شده است که قادر هستند اطلاعاتی از ساختار‌های متخلخل سنگ به زمین‌شناسان ارائه نمایند.
انجمن تحقیقاتی اروپا (ERC) به تازگی برای پروژه تحقیقاتی سنگ‌های هوشمند، 3 میلیون یورو کمک مالی به یک تیم از مهندسین و دانشمندان در دانشگاه هریوت وات اسکاتلند اهدا کرده است.
این تیم تحقیقاتی کپی دقیقی از سنگ متخلخل با استفاده از چاپگر 3بعدی ارائه کرده است که سنسوری در اندازه میکرو درون آن تعبیه شده  و اصطلاحاً به آن "سنگ هوشمند" می‌گویند.
آنها توانسته‌‌اند با استفاده از این فناوری به جمع آوری اطلاعات از سنگ‌های متخلخل، درجه حرارت جریان مخازن دست یابند که پیش از این جمع آوری این اطلاعات امکان پذیر نبود.
سنسورهای تعبیه شده در سنگ می تواند متغیرهای مختلفی از جمله دما، فشار، pH و ترکیب مایع / گاز  را اندازه‌گیری کند و قادر است در در داخل یک محیط میکرو  و بسیار کوچک به جمع آوری اطلاعات در درون مخازن بپردازد.

هسته‌ی این سنگ هوشمند می تواند با توجه به شرایط مخزن از جنس پلیمر، شیشه و فولاد باشد. همچنین این سنگ اطلاعات کافی را  از مخازن در اختیار مهندسین شیمی قرار می دهد، بطور مثال، اطلاعات کافی در خصوص عملکرد سورفاکتانت در درون ساختار منافذ سنگ‌های متخلخل در پروژه ازدیاد برداشت نفت در اختیار مهندسین قرار می‌‌دهد.

این محققان در برنامه‌ای دراز مدت، بدنبال روشی‌هایی هستند که بتوانند سنگ هوشمندی تولید کند تا در فشارهای بسیار بالای مخزن توانایی فعالیت داشته و متغیرهای بیشتری از سنگ‌های متخلخل مخزن و منافذ موجود در آنها را در اختیاز زمین شناسان قرار دهد.

استفاده از فناوری نانو در ازدیاد برداشت از مخازن نفت و گاز

امروزه نفت و گاز به عنوان حیاتی ترین نیاز سوختی جوامع انسانی به شمار می آید. حال آنکه با در نظر گرفتن محدودیت منابع نفتی و گازی و توانایی محدود بشر در اکتشاف و تولید از منابع هیدروکربوری، نیاز به توسعه فناوریهای جدید در جهت ازدیاد برداشت از مخازن نفت و گاز احساس می شود. در این میان فناوری جدید و منحصر به فرد نانو این ظرفیت و پتانسیل را دارد که تغییرات چشمگیری را در حوزه‌های متنوع نفت و گاز ایجاد نماید.
 عملکرد فناوری نانو بر روی عملیات ازدیاد برداشت از مخازن نفت و گاز در چهار بخش اصلی نانوسیال ها، نانو ذرات، نانو سورفکتانت ها و هیدروژل های نانو کامپوزیتی تقسیم می شود.

ازدیاد برداشت با استفاده از نانوسیالات

امروزه نسل جدیدی از سیالات مورد توجه محققین در صنایع نفت و گاز قرار گرفته اند که نانوسیالات و یا سیالات هوشمند نام دارند و از افزودن نانوذرات با غلظت‌های حجمی کم به سیالات به منظور افزایش و بهبود خواص آنها بدست می آید. از مهمترین خواص نانوسیالات می توان به این امر اشاره نمود که خواص آنها شدیداً تابع ابعاد نانوذرات موجود در آنهاست. چنین سیالات هوشمندی می توانند با تغییر ترشوندگی، کاهش نیروی کششی و نیز استحکام ماسه، فرآیند ازدیاد برداشت از مخازن را بهبود دهند.
اخیراً (آگوست 2016) محققان دانشگاه هوستون و دانشگاه صنعت نفت چین، ماده شیمیایی (نانو سیال) جدیدی را با هدف استفاده در پروژه های ازدیاد برداشت از میدان های خشکی و دریایی معرفی کردند.
این ماده شیمیایی با نام «نانو سیال آمفی فیلیک» بر پایه گرافن معرفی شده است. بکارگیری این ماده شیمیایی در روش های ثالثیه ازدیاد برداشت با غلظت کم (در حدود یک درصد)، افزایش ضریب بازیافت ١٥ درصدی را به همراه داشته است. دلیل اصلی عملکرد مثبت این ماده در ازدیاد برداشت، تشکیل فیلمی جامدگونه از آب و نفت است که در عین برخورداری از قدرت هیدرودینامیکی بالا در انتقال مایعات، تنش میان رویه آب و نفت را نیز کاهش می دهد. از مزایای نانوسیال جدید می توان به سازگاری با محیط زیست و مقرون به صرفه بودن آن اشاره کرد.
بررسی ها نشان می دهد استفاده از سایر نانوسیال ها در غلظت مشابه (یک درصد) به افزایش پنج درصدی ضریب بازیافت نفت می‌انجامد و حال آنکه استفاده از این نانوسیال جدید، افزایش ١٥ درصدی ضریب بازیافت را به دنبال دارد و از این رو نقش موثری در کاهش هزینه های ازدیاد برداشت ثالثیه ایفا می کند.
ازدیاد برداشت با استفاده از نانوذرات
از جمله کاربردهای مهم نانوذرات در این زمینه می توان به استفاده از نانو مواد جهت تسهیل جدایش نفت و گاز در داخل مخزن و استفاده از نانوردیاب ها در داخل سنگ مخزن اشاره نمود. این نانو ذرات هنگامی که با سنگهای حاوی نفت خام تماس پیدا می کنند، محموله‌های خود را رها کرده و باعث بازیافت نفت خام می‌شوند.
شرکت نانوتکنولوژی "جی پی"در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعه کربید سیلیکون (یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو) می‌باشد. با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیواره مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد. همچنین طبق مطالعات انجام شده، یکی از کاربردهای اساسی نانوذرات، تغییر دادن میزان ترشوندگی (Wet ability) سنگ مخزن می باشد. اثر نانوسیالات بر روی ترشوندگی سنگ کربناته به عنوان یکی از عوامل اصلی در ازدیاد برداشت در مطالعات مورد بررسی قرار گرفته  است  و از نانوذرات   ZrO2، TiO2 ، CaCO3  وSiO2  در این راستا استفاده می شود.

ازدیاد برداشت با استفاده از نانوسورفکتانت ها

این مواد را می‌توان بر اساس ساختار و روش تولید به انواع سورفکتانتهای زیستی (بیوسورفکتانت)، سورفکتانت با ابعاد نانو (نانوسورفکتانت) و سورفکتانتهای پلیمری تقسیم بندی نمود. در حقیقت زمانی که این مواد در حلال حل می شوند، ساختارهائی با ابعاد نانو تا میکرومتری پدید می آورند.
طبق بررسی‌های انجام شده توسط محققان، فعالیت مواد با اندازه آنها و نیز میزان سطح فعال آنها رابطه دارد. این پدیده می تواند بیانگر این امر باشد که خواص سورفکتانت ها (که همان فعالیت‌های سطحی آنها می‌باشد) نیز با کاهش ابعاد به گونه بسیار چشمگیری افزایش می یابد. در حالت عادی می توان گفت که پوشاندن یک سطح با سورفکتانت های کلاسیک، نسبت به نانوسورفکتانت ها حدود  100 برابر ماده بیشتری می طلبد.  همچنین خودآرائی مولکول ها در نانوسورفکتانت ها به گونه بسیار بهتری صورت می پذیرد.
هدف اولیه از استفاده از سورفکتانت‌ها در ازدیاد برداشت از مخازن،‌کاهش کشش سطحی، تصحیح          ترشوندگی سنگ مخزن و کاهش ویسکوزیته نفت می باشد. در تحقیقات اخیر دانشمندان نشان داداند که نانوسورفکتانت‌ها سبب کاهش فشار موئینگی در ناحیه شکست مخزن شده و جریان یافتن سیال مخزن را در این ناحیه بهبود می بخشند. زیرا زمانیکه ابعاد این مواد در محدوده نانومتری قرار می گیرد، توانائی آنها برای نفوذ به درون حفرات سازند و نیز سطح فعال آنها افزایش چشمگیری می یابد.

ازدیاد برداشت با استفاده از هیدروژل های نانوکامپوزیتی

طبق مطالعات چنانچه مقدار تولید آب همراه نفت به دلیل شکاف طبیعی مخزن یا افزایش تزریق آب برای ازدیاد برداشت، افزایش یابد و چاه به مرحله آب دهی برسد در این صورت، تأسیسات سطح الارضی قادر به جداسازی آب از نفت نخواهد بود. لذا باید پس از شناسایی منشأ شکاف ها، از ژل ها یا روش‌های دیگر برای مدیریت آب مخزن استفاده شود. در این روش، ترک ها (شکاف ها) و سطح مخروطی آب مخزن با استفاده از ژل پوشیده شده و در نتیجه از افزایش و بالا آمدن بیش از اندازه آب در مخازن جلوگیری می شود. در حقیقت هیدروژل‌ها، پلیمرهای سه بعدی آبدوستی هستند که در تماس با آب متورم شده ولی حل نمی شوند. در حال حاضر از انواع این مواد که در فرآیند ازدیاد برداشت استفاده می شود می توان به ژل‌های نانوکامپوزیتی با پایه پلی اکریل آمید (Polyacrylamide-based nanocomposite gels) اشاره نمود.
امروزه در جهت افزایش مقاومت شبکه ژل های پلیمری، از هیدروژل های نانوکامپوزیتی استفاده می گردد، که به اختصار به آنها NC gels اطلاق می‌شود. این ژل ها تمایل زیادی به جذب آب دارند در حالیکه مقاومت مکانیکی و پایداری حرارتی بالائی نیز از خود نشان می دهند. در حقیقت نانوکامپوزیت های پلیمری نسل جدیدی از مواد هستند که حاوی یک زمینه (ماتریس) پلیمری و درصد کمی (کمتر از ۱۰ درصد وزنی) از یک تقویت کننده نانومتری می باشند که با یک روش مناسب با هم آمیخته شده اند. ذرات نانو به علت داشتن ابعاد بسیار کوچک و سطح تماس بسیار بالا در میزان بارگذاری (Loading) ، باعث بهبود خواص مورد نظر گردیده و مسائل مربوط به تقویت کننده های رایج، نظیر افزایش وزن، نقایص سطحی و مشکلات فرآیندپذیری در آنها کمتر دیده می شود.

محققان گزارشی از تولید انرژی پاک و کم هزینه دادند


 

محققان اخیراً در دانشگاه هوستون و موسسه تکنولوژی ماساچوست گزارش یک دستاورد بزرگ را  در تولید برق از طریق ترکیبی از انرژی خورشیدی متمرکز و مواد ترمو الکتریک ارائه کردند.
محققان این پروژه امیدوار هستند تا با ترکیب انرژی خورشیدی متمرکز (که نور را به گرما تبدیل و سپس برای تولید برق استفاده می‌شود) و بازوهای ترمو الکتریک (این بخش از دو مواد مختلف ترموالکتریک ساخته شده و هریک در محدوده‌ای از دما فعالیت می‌کنند) یک انرژی جدید با بازدهی بیشتر را جایگزین انرژی خورشیدی کنند.
رن ژیفینگ، استاد فیزیک در دانشگاه هوستون و نویسنده این مقاله، گفت: در این تحقیق بدنبال تولید برقِ کم هزینه تر و کاملاً سازگار با محیط زیست خواهیم بود.
در آینده ی نزدیک می توان این فناوری جدید را جایگزین ساخت نیروگاههای برق با مقیاس بزرگ کرد. همچنین استفاده از این فناوری بویژه در مناطقی که در آنها شبکه برق سنتی وجود ندارد بسیار حائز اهمیت است، چرا که با استفاده از این انرژی‌های خوشه‌ای کوچک، می توان برق خانه و یا محل کسب و کار را تامین و  از آنها برای گرم کردن آب در مقیاس صنعتی و خانگی در مناطق محروم بهره گرفت.
در این تکنولوژی با استفاده از بازو‌های ترمو الکتریک، شاهد بهبود عملکرد استفاده از انرژی خورشیدی با دمای جاذب 600 درجه سانتی گراد خواهیم بود.
 محققان در این پروژه امیدوار هستند که با تمرکز بر روی ساخت ژنراتور حرارتی خورشیدی (STEGs) به یک تکنولوژی انرژی جایگزین با چند برابر بازدهی بیشتر نسبت به انرژی خورشیدی دست یابند.

تبدیل روغن سوخته به سوخت هواپیما

چند روز پیش، پروژه آزمایشی سوخت بیولوژیک هواپیمایی چین و آمریکا که با همکاری شرکت بوئینگ و شرکت هواپیمایی تجاری چین ایجاد شده است، در شهر هانگ‌جو واقع در شرق چین به طور رسمی راه اندازی شد. در این پروژه روغن سوخته و روغن مصرف شده به سوخت هواپیمایی تبدیل می‌شود.
روغن‌های سوخته و مصرف شده آلوده و غیرخوراکی هستند و استفاده از آنها برای انسان سرطان زاست، اما برخی تاجران بی اخلاق برای کسب سود بالا و غیرقانونی روغن‌های سوخته و مصرف شده را جمع آوری کرده و با تصفیه ساده آن را به روغن خوراکی تبدیل می‌کنند. واقعیت این است که روغن‌های سوخته و مصرف شده هم می‌توانند منابع ارزشمندی باشند و استفاده از آنها برای چین که بزرگ‌ترین وارد کننده انرژی است، بسیار اهمیت دارد.
چند سال قبل، پروژه آزمایشی سوخت بیولوژیک هواپیمای چین و آمریکا آغاز و پس از ساخت و ساز دوساله، راه اندازی شد. اکنون میزان تولید روزانه این پروژه به 500 کیلوگرم رسیده و تولیدات آزمایشی آن، با استاندارد فنی سوخت هواپیمایی بین المللی هماهنگ است.
سوخت بیولوژیک هواپیما سوختی است که با مواد قابل تولید مجدد تهیه می‌شود و مواد خام آن نیز به طور عمده روغن نارگیل، روغن نخل، روغن سوخته رستورانی و چربی حیوانی است که پژوهش در مورد ساخت آن از سال 2008 آغاز شد. پیش از راه اندازی پروژه همکاری بوئینگ و شرکت هواپیمایی تجاری چین، شرکت پتروشیمی چین پروژه مربوط به استاندارد فنی سوخت بیولوژیک هواپیمای این کشور را بدست آورد، هرچند تا کنون برخی نسبت به امنیت روغن سوخته به عنوان سوخت هواپیما تردید دارند. روغن سوخته در حقیقت به طور عمده شامل چربی نباتی و حیوانی است که پس از تکمیل عناصر شیمیایی، ترکیبات آن به سوخت بیولوژیک تبدیل می‌شود. کاربرد این فناوری که در حال حاضر قابل بهره برداری است، در آمریکا و اروپا تعداد هواپیماهایی که با سوخت بیولوژیک پرواز می‌ کنند به 10% رسیده است.
یکی از موانع توسعه روغن های بیولوژیک هواپیما، قیمت تمام شده آن است که بسیار بالا است. بر اساس استاندارد بین المللی، تولید یک تن سوخت هواپیما به 3 تن روغن سوخته نیاز دارد و قیمت تمام شده آن نیز 2 تا 3 برابر سوخت معمول هواپیماست، اما با توسعه فنی آن قیمت آن بسیار کاهش می‌یابد. معاون شرکت تحقیقات و فناوری بوئینگ می‌گوید: با توسعه فنی سوخت بیولوژیک، افزون بر صرفه جویی انرژی و کاهش آلایندگی، به تقاضای کشور در خصوص سوخت هواپیما پاسخ داده می‌شود. ضمن اینکه اشیای بلامصرف نیز به گنجینه تبدیل می‌شوند و در این فرآیند، از آلودگی محیط زیست نیز جلوگیری بعمل می‌آید.
در سال 2015 هاینان ایرلاینز (Hainan Airlines) اولین پرواز تجاری چین با سوخت های زیستی را برای حمل 156 مسافر از شانگهای به پکن انجام داد. سوخت عرضه شده شامل یک ترکیب حاوی 50 درصد از روغن‌های سوخته رستوران‌ها با 50 درصد از سوخت معمولی جت که توسط شرکت سینوپک (Sinopec) ساخته شده بود.

پاکسازی لکه‌های نفتی از آب با اسفنج جدید