کاربرد نانو مواد در مشبک‌کاری (Perforation) صنایع بالادستی نفت

نانو فناوری جنبه‌های فراوانی دارد، در کل هر نوع فرآیندی که بر روی اتم‌ها، مولکول‌ها، نیمه‌هادی‌ها، جامدات و مایعات در مقیاس زیر صد نانومتر صورت بگیرد، نانو فناوری نام دارد. با این‌که ابعاد مقیاس نانو به مراتب کوچک‌تر از میلیمتر و میکرو است، ولی به دلیل نزدیک بودن ابعاد نانو به ابعاد طبیعت کارکردن در این مقیاس نیز راحت‌تر است. 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. آنچه روبروی شما قراردارد مقاله ای است که بخش کوچکی از کاربردهای نانوتکنولوژی در صنایع بالادستی نفت را شامل می¬شود. در این مجال بررسی تاثیرگذاری نانوکامپوزیتها برروی بخش حفاری و حفاری اکتشافی ارایه می شود
در فرآیند اکتشاف نفت پس از انجام مطالعات زمین‌شناختی سطح ‌الارضی و نمونه‌گیری‌های در عمق کم (تا ۱۰ متر) و انجام لرزه نگاری، به حفر چاه اکتشافی در جایی که تصور می‌شود نفت وجود دارد اقدام می‌شود. 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 هرزروی 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.
مته که در پایین‌ترین قسمت رشته حفاری یک چاه در حال حفر قرار دارد، وظیفه خرد کردن سنگ‌ها را بر عهده دارد.
انواعی از مته های حفاری.
بیشترین تنش وارده در عملیات حفاری، به مته‌های حفاری است. مته‌های حفاری، جزء قسمت‌هایی از رشته حفاری هستند که مرتباً در حال فرسایش می‌باشند و پس از حفر یک متراژ مشخص، کارایی خود را از دست می‌دهند و بایستی جایگزین شوند. بنابراین مواد جدیدی که مته‌ها را در برابر خوردگی فرسایش مقاوم‌تر نمایند در این بخش بسیار مفید هستند.
کاربرد نانوکامپوزیتها در این بخش
کاربرد اصلی نانوتکنولوژی در مته های حفاری به صورت نانوپوشش می باشد. این پوشش ها را با توجه به سختی آنها، به دوگروه مجزا تقسیم می کنند : ۱) پوشش های سخت که دارای سختی کوچکتر از GPa ۴۰ می باشند و ۲) پوشش های ابر سخت که دارای سختی بیشتر از GPa ۴۰ می باشند. تعداد پوشش های سخت در مقایسه با پوشش های ابرسخت مانند نیترید بور (دارای ساختار مکعبی (c– BN)) ، الماس واره های بی شکل (DLC)، نیتریدهای کربن بی شکل ( &#۶۱۵۳۷;-CNx ) و الماس های پلی کریستال، بسیار زیاد است. و این پوشش های ابرسخت از لحاظ ترمودینامیکی به شدت ناپایدار هستند. این ناپایداری گاهاً باعث حل شدن یکی از عناصر ترکیب درون ماده ریز پایه خواهد شد.
پوششهای سخت ابر ساختار
پوشش های ابرساختار چند لایه ی نانومتری هستند که به طور معمول از دو لایه مختلف ساخته شده اند. ضخامت این لایه ها در محدوده ۵ تا ۱۰ نانومتر است. این لایه های دوتایی می توانند لایه های فلزی، نیتریدی، یا اکسیدی یا ترکیبی از فلز و دیگر ترکیبات باشند.
با توجه به ترکیب شیمیایی، پوشش های سخت ابرساختار به ۵ گروه تقسیم بندی می گردند:
۱) ابرساختار فلزی که سختی پوشش های ابرساختار فلزی بسیار کم است.
۲) ابر ساختارهای نیتریدی که سختی این پوشش ها در محدوده ۴۵ تا ۵۵ گیگا پاسکال می باشد.
۳) ابر ساختارهای کربیدی که سختی این پوشش ها در محدوده نیز درمحدوده ۴۵ تا ۵۵ گیگا پاسکال می باشد.
۴) ابر ساختارها اکسیدی
۵) ابر ساختارهای نیتریدی – کربیدی یا ابر ساختارهای اکسید/ فلزی.
منتهی این پوشش ها در مقایسه با پوشش های نانوکامپوزیتی در راستای پوشش، تغییرات سختی دارد چرا که نفوذ بین فازی اجزای لایه های مجاور باعث کاهش سختی آن در دماهای بالا خواهد شد که این مشکل از طریق تولید پوشش های نانوکامپوزیتی برطرف شده است.
پوشش های نانوکامپوزیتی
طبقه بندی پوشش های سخت نانوکامپوزیتی با توجه به مراجع به گونه های زیر تقسیم بندی می شوند: - نانوکامپوزیت نیترید فلز در زمینه نیتریدی با ساختار a (nc – MeN/a-Nitride)
در مقالات متعدد راجع به تولید نوعی از نانوکامپوزیتهای با استفاده از نانولوله های کربنی شده اند که در نوک مته های حفاری کاربرد دارند. [۱۴]در پتنت ها ثبت شده است که پیتر و همکاران در دسامبر ۲۰۰۲ موفق به ساخت لوله های نانوکامپوزیتی ویژه ای شده اند. این لوله ها دارای جداره های ضد خوردگی و عایق حرارتی هستند و در مقابل دما و فشار بالا مقاومت خوبی از خود نشان می دهند. لذا می توانند جایگزین لوله های استیل متداول جهت انتقال نفت وگاز، هم درخشکی و هم زیر دریا باشند. همچنین می توانند جایگزین خوبی برای لوله های حفاری نیز باشند. [۱۵]
همچنین شرکت های BP , Shell روی نانوکامپوزیت ها برای افزایش استقامت ابزارهای حفاری کار می کنند. شرکت South West ، نیز درحال تولید پوشش لوله های حفاری با استفاده از نانو لوله های کربنی است. این نانوکامپوزیتها به تولید انبوه نیز رسیده اند. [۱۶]


منابع :
S. Veprek , P. Nesladek , A. Niederhofer, F. Glatz, M. Jilek , M. Sima , surf . Coat. Technol. ۱۰۸/۱۰۹ (۱۹۹۸) ۱۳۸.
C. Louro , A. Cavaliero, Hardness versus structure in W- Si – N sputtered coatings , ۶th Int . Conf . on Plasma Surface Engineering, PSE – ۹۸. September ۱۴ , ۱۸ , Garmisch Partenkirchen , Germany (۱
M. Diserens , J , Patscheider , F. levy , Surf . Coat Technol . ۱۰۸/۱۰۹ (۱۹۹۸) ۲۴۱.

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

منبع : ستاد ویژه توسعه فناوری نانو