کاربرد نانو مواد در مشبک‌کاري (Perforation) صنايع بالادستي نفت نويسنده : رضا شيدپور,سيد مهدي طباطبايي,ابوذر سهرابي جهرمي نانوتکنولوژي به مواد و سيستم‌هايي مربوط مي‌شود که ساختار و اجزاي آن به دليل ابعاد نانومتري، خواص، پديده‌هاي فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي، رفتار جديدي را نشان مي‌دهند. مواد داراي اندازه ذره نانومقياس در حوزه‌اي بين اثرات کوانتومي اتم‌ها و مولکول‌ها و خواص توده قرار مي‌گيرند. با توانايي ساخت و کنترل ساختار نانوذرات مي‌توان خواص حاصل را تغيير داده و خواص مطلوب را در مواد طراحي کرد. امروزه تاثيرگذاري نانوتکنولوژي بر همه صنايع همچنين صنعت نفت پوشيده نيست. مقاله ي ذيل به بررسي کاربردهاي نانوتکنولوژي در مشبك كاري صنايع بالادستي نفت مي پردازد.
مقدمه
به دلايلي نظير توليد از يك عمق خاص (جلوگيري از توليد آب يا گاز اضافي) و نه از تمام لايه و همچنين پايدارسازي دهانه چاه و جلوگيري از ارتباط لايه ها با يكديگر، مقابل لايه نفت يا گاز يك لوله جداري قرار داده مي شود و سپس مشبك كاري (Perforation) جهت مرتبط ساختن چاه و لاية مربوطه و در يك عمق خاص، انجام مي شود. با مشبك كاري، لولة جداري به همراه سيمان پشت آن و بخشي از لاية مربوطه سوراخ ميشوند. سپس نفت يا گاز از طريق سوراخ هاي ايجاد شده به درون چاه راه پيدا مي كند. سوراخ كردن لولة جداري معمولاً امروزه توسط Jet Perforator انجام مي پذيرد كه از دو فلز با جنس هاي متفاوت و مواد منفجره براي توليد نيروي كافي تشكيل شده است.
يك فلز، استحكام كافي براي سوراخ كردن لولة جداري و سيمان را دارد و فلز ديگر باعث ذوب شدن فلز اول مي شود تا سوراخ ايجاد شده درون لايه نفت يا گاز مسدود نشود. نهايتاً با فرآيند اسيدزني، بقاياي فلزات باقي مانده نيز خارج مي شوند.
مشبک کاري.
كاربرد نانو تكنولوژي در اين بخش
1- نانومواد
جنس مواد بکار رفته در ابزار مشبک کاري اهميت حياتي در انجام اين فرايند دارد و در اين ميان نانو مواد در اين حيطه پتانسيل خوبي جهت بکار گرفته شدن دارد.
2-مواد نانوساختار
در اين بخش امكان استفاده از يك سري مواد نانوساختار كه پس از عمليات مشبك كاري پس از زمان مشخصي از بين مي روند، استفاده كرد. يعني در اين فرآيند نيازي به فلز دوم براي از بين بردن فلز اول وجود ندارد.
3-نانوپوششها
پيشرفت هاي اخير در زمينه مهندسي سطح با استفاده از پوشش هاي هوشمند و تكنولوژي هاي پوشش دهي كنترل بهتر اصطكاك و سايش را در تماس هاي سطحي ارائه مي دهد. در برخي از پوشش ها به علت جذب سولفورها و فسفرها باعث كاهش ويسكوزيته شده و خواص روانروي بهتري را در سيال موجب مي شوند. جديد ترين تكنولوژي هاي در دست انجام منجر به توليد نانوكامپوزيت ها و نانوپوشش هاي ابرساختار شده است كه به افزايش عمر قطعه پوشش داده شده و كاربردهاي ديگر توليد خواهد پرداخت. گاهي اين پوشش ها طوري طراحي مي شوند كه با موادي كه به عنوان مثال در لوله هاي نفت حركت مي كنند واكنش داده و يك لايه مرزي بسيار سخت و متراكم را تشكيل مي دهند كه هم باعث عدم خوردگي مي شود و هم جلوگيري از اصطكاك مي كند. گاهي پوشش هايي كه خاصيت روغنکاري در حالت جامد دارند باعث بهبود خواص سطحي مي شوند كه باعث لغزش آسان روي سطوح پوشش داده مي گردند.
در سال هاي اخير گونه اي از پوشش هاي نانوساختار كه از فازهاي فلزي و سراميكي تشكيل شده اند، توليد گشته اند. اين پوشش ها معمولاًٌ با روش PVD يا MBE توليد مي شوند. اين پوشش ها به علت نانوساختار بودنشان و هموژنيته يكسان آن در طول پوشش به طور قابل توجهي چندكاره[1] مي باشند.
اين پوشش ها علاوه بر سختي بالا، ضريب اصطكاك پايين را دارا بوده و خواص هدايت الكتريكي يا حرارتي بالايي دارند. سختي آنها در حد 40 تا 60 گيگاپاسكال و ضريب اصطكاك آنها 4/0 – 3/0 در مقايسه با سطح فولاد مي باشد. [1]
برايان بورن و کنث گراهام کوان از شرکت MCDONNELL BOEHNEN HULBERT & BERGHOFF LLP با ترکيب 90% وزني پودر تنگستن و 10% وزني پودر بايندر (Binder) که بصورت هرمي شکل داده شده است ، موفق به توليد گلوله هايي((Jet perforator شده اند که براي مشبک سازي لوله هاي جداري مناسب هستند . اين مواد ساختار کريستالي دارند که اندازه دانه هايشان بين 25 نانو متر تا 1 ميکرون است
مقدمه
به دلايلي نظير توليد از يك عمق خاص (جلوگيري از توليد آب يا گاز اضافي) و نه از تمام لايه و همچنين پايدارسازي دهانه چاه و جلوگيري از ارتباط لايه ها با يكديگر، مقابل لايه نفت يا گاز يك لوله جداري قرار داده مي شود و سپس مشبك كاري (Perforation) جهت مرتبط ساختن چاه و لاية مربوطه و در يك عمق خاص، انجام مي شود. با مشبك كاري، لولة جداري به همراه سيمان پشت آن و بخشي از لاية مربوطه سوراخ ميشوند. سپس نفت يا گاز از طريق سوراخ هاي ايجاد شده به درون چاه راه پيدا مي كند. سوراخ كردن لولة جداري معمولاً امروزه توسط Jet Perforator انجام مي پذيرد كه از دو فلز با جنس هاي متفاوت و مواد منفجره براي توليد نيروي كافي تشكيل شده است.
يك فلز، استحكام كافي براي سوراخ كردن لولة جداري و سيمان را دارد و فلز ديگر باعث ذوب شدن فلز اول مي شود تا سوراخ ايجاد شده درون لايه نفت يا گاز مسدود نشود. نهايتاً با فرآيند اسيدزني، بقاياي فلزات باقي مانده نيز خارج مي شوند.
مشبک کاري.
كاربرد نانو تكنولوژي در اين بخش
1- نانومواد
جنس مواد بکار رفته در ابزار مشبک کاري اهميت حياتي در انجام اين فرايند دارد و در اين ميان نانو مواد در اين حيطه پتانسيل خوبي جهت بکار گرفته شدن دارد.
2-مواد نانوساختار
در اين بخش امكان استفاده از يك سري مواد نانوساختار كه پس از عمليات مشبك كاري پس از زمان مشخصي از بين مي روند، استفاده كرد. يعني در اين فرآيند نيازي به فلز دوم براي از بين بردن فلز اول وجود ندارد.
3-نانوپوششها
پيشرفت هاي اخير در زمينه مهندسي سطح با استفاده از پوشش هاي هوشمند و تكنولوژي هاي پوشش دهي كنترل بهتر اصطكاك و سايش را در تماس هاي سطحي ارائه مي دهد. در برخي از پوشش ها به علت جذب سولفورها و فسفرها باعث كاهش ويسكوزيته شده و خواص روانروي بهتري را در سيال موجب مي شوند. جديد ترين تكنولوژي هاي در دست انجام منجر به توليد نانوكامپوزيت ها و نانوپوشش هاي ابرساختار شده است كه به افزايش عمر قطعه پوشش داده شده و كاربردهاي ديگر توليد خواهد پرداخت. گاهي اين پوشش ها طوري طراحي مي شوند كه با موادي كه به عنوان مثال در لوله هاي نفت حركت مي كنند واكنش داده و يك لايه مرزي بسيار سخت و متراكم را تشكيل مي دهند كه هم باعث عدم خوردگي مي شود و هم جلوگيري از اصطكاك مي كند. گاهي پوشش هايي كه خاصيت روغنکاري در حالت جامد دارند باعث بهبود خواص سطحي مي شوند كه باعث لغزش آسان روي سطوح پوشش داده مي گردند.
در سال هاي اخير گونه اي از پوشش هاي نانوساختار كه از فازهاي فلزي و سراميكي تشكيل شده اند، توليد گشته اند. اين پوشش ها معمولاًٌ با روش PVD يا MBE توليد مي شوند. اين پوشش ها به علت نانوساختار بودنشان و هموژنيته يكسان آن در طول پوشش به طور قابل توجهي چندكاره[1] مي باشند.
اين پوشش ها علاوه بر سختي بالا، ضريب اصطكاك پايين را دارا بوده و خواص هدايت الكتريكي يا حرارتي بالايي دارند. سختي آنها در حد 40 تا 60 گيگاپاسكال و ضريب اصطكاك آنها 4/0 – 3/0 در مقايسه با سطح فولاد مي باشد. [1]
برايان بورن و کنث گراهام کوان از شرکت MCDONNELL BOEHNEN HULBERT & BERGHOFF LLP با ترکيب 90% وزني پودر تنگستن و 10% وزني پودر بايندر (Binder) که بصورت هرمي شکل داده شده است ، موفق به توليد گلوله هايي((Jet perforator شده اند که براي مشبک سازي لوله هاي جداري مناسب هستند . اين مواد ساختار کريستالي دارند که اندازه دانه هايشان بين 25 نانو متر تا 1 ميکرون است
