کاربرد نانو مواد در مشبک‌کاری (Perforation) صنایع بالادستی نفت

نانوتکنولوژی به مواد و سیستم‌هایی مربوط می‌شود که ساختار و اجزای آن به دلیل ابعاد نانومتری، خواص، پدیده‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، رفتار جدیدی را نشان می‌دهند. مواد دارای اندازه ذره نانومقیاس در حوزه‌ای بین اثرات کوانتومی اتم‌ها و مولکول‌ها و خواص توده قرار می‌گیرند. با توانایی ساخت و کنترل ساختار نانوذرات می‌توان خواص حاصل را تغییر داده و خواص مطلوب را در مواد طراحی کرد. امروزه تاثیرگذاری نانوتکنولوژی بر همه صنایع همچنین صنعت نفت پوشیده نیست. مقاله ی ذیل به بررسی کاربردهای نانوتکنولوژی در مشبك كاری صنایع بالادستی نفت می پردازد.
به دلایلی نظیر تولید از یك عمق خاص (جلوگیری از تولید آب یا گاز اضافی) و نه از تمام لایه و همچنین پایدارسازی دهانه چاه و جلوگیری از ارتباط لایه ها با یكدیگر، مقابل لایه نفت یا گاز یك لوله جداری قرار داده می شود و سپس مشبك كاری (Perforation) جهت مرتبط ساختن چاه و لایهٔ مربوطه و در یك عمق خاص، انجام می شود. با مشبك كاری، لولهٔ جداری به همراه سیمان پشت آن و بخشی از لایهٔ مربوطه سوراخ می­شوند. سپس نفت یا گاز از طریق سوراخ های ایجاد شده به درون چاه راه پیدا می كند. سوراخ كردن لولهٔ جداری معمولاً امروزه توسط Jet Perforator انجام می پذیرد كه از دو فلز با جنس های متفاوت و مواد منفجره برای تولید نیروی كافی تشكیل شده است.
یك فلز، استحكام كافی برای سوراخ كردن لولهٔ جداری و سیمان را دارد و فلز دیگر باعث ذوب شدن فلز اول می شود تا سوراخ ایجاد شده درون لایه نفت یا گاز مسدود نشود. نهایتاً با فرآیند اسیدزنی، بقایای فلزات باقی مانده نیز خارج می شوند.
● مشبک کاری.
▪ كاربرد نانو تكنولوژی در این بخش
۱- نانومواد
جنس مواد بکار رفته در ابزار مشبک کاری اهمیت حیاتی در انجام این فرایند دارد و در این میان نانو مواد در این حیطه پتانسیل خوبی جهت بکار گرفته شدن دارد.
۲-مواد نانوساختار
در این بخش امكان استفاده از یك سری مواد نانوساختار كه پس از عملیات مشبك كاری پس از زمان مشخصی از بین می روند، استفاده كرد. یعنی در این فرآیند نیازی به فلز دوم برای از بین بردن فلز اول وجود ندارد.
۳-نانوپوششها
پیشرفت های اخیر در زمینه مهندسی سطح با استفاده از پوشش های هوشمند و تكنولوژی های پوشش دهی كنترل بهتر اصطكاك و سایش را در تماس های سطحی ارائه می دهد. در برخی از پوشش ها به علت جذب سولفورها و فسفرها باعث كاهش ویسكوزیته شده و خواص روانروی بهتری را در سیال موجب می شوند. جدید ترین تكنولوژی های در دست انجام منجر به تولید نانوكامپوزیت ها و نانوپوشش های ابرساختار شده است كه به افزایش عمر قطعه پوشش داده شده و كاربردهای دیگر تولید خواهد پرداخت.
گاهی این پوشش ها طوری طراحی می شوند كه با موادی كه به عنوان مثال در لوله های نفت حركت می كنند واكنش داده و یك لایه مرزی بسیار سخت و متراكم را تشكیل می دهند كه هم باعث عدم خوردگی می شود و هم جلوگیری از اصطكاك می كند. گاهی پوشش هایی كه خاصیت روغنکاری در حالت جامد دارند باعث بهبود خواص سطحی می شوند كه باعث لغزش آسان روی سطوح پوشش داده می گردند.
در سال های اخیر گونه ای از پوشش های نانوساختار كه از فازهای فلزی و سرامیكی تشكیل شده اند، تولید گشته اند. این پوشش ها معمولاًٌ با روش PVD یا MBE تولید می شوند. این پوشش ها به علت نانوساختار بودنشان و هموژنیته یكسان آن در طول پوشش به طور قابل توجهی چندكاره می باشند.
این پوشش ها علاوه بر سختی بالا، ضریب اصطكاك پایین را دارا بوده و خواص هدایت الكتریكی یا حرارتی بالایی دارند. سختی آنها در حد ۴۰ تا ۶۰ گیگاپاسكال و ضریب اصطكاك آنها ۴/۰ – ۳/۰ در مقایسه با سطح فولاد می باشد.
برایان بورن و کنث گراهام کوان از شرکت MCDONNELL BOEHNEN HULBERT & BERGHOFF LLP با ترکیب ۹۰% وزنی پودر تنگستن و ۱۰% وزنی پودر بایندر (Binder) که بصورت هرمی شکل داده شده است ، موفق به تولید گلوله هایی((Jet perforator شده اند که برای مشبک سازی لوله های جداری مناسب هستند . این مواد ساختار کریستالی دارند که اندازه دانه هایشان بین ۲۵ نانو متر تا ۱ میکرون است.

نویسنده : رضا شیدپور,سید مهدی طباطبایی,ابوذر سهرابی جهرمی

منبع : سایت عسلویه