پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: پس از اجرای فرایندهای بازیافت اولیه و ثانویه در مخازن نفت، استفاده از روش‌های ازدیاد برداشت (EOR) به‌منظور افزایش ضریب بازیافت اهمیت می‌یابد. یکی از مهم‌ترین زیرشاخه‌های EOR، ازدیاد برداشت با استفاده از مواد شیمیایی (CEOR) است که شامل روش‌های تثبیت‌شده‌ای مانند سیلاب‌زنی با پلیمر، ترکیب پلیمر-مواد فعال سطحی، پلیمر- نانوذرات و سامانه‌های سه‌گانه پلیمر، مواد فعال سطحی و قلیا است. با وجود اثربخشی این روش‌ها، چالش‌هایی نظیر هزینه‌های بالا، پیچیدگی‌های فنی و زیست‌محیطی، مانع استفاده گسترده آن‌ها شده است. در این میان، مواد فعال سطحی پلیمری به‌عنوان روشی نوین با قابلیت ترکیب هم‌زمان دو سازوکار افزایش گرانروی و کاهش کشش بین سطحی (IFT)، توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده‌اند.
روش تحقیق: در این مطالعه، با مروری تحلیلی بر پژوهش‌های اخیر انجام‌شده در زمینه کاربرد مواد فعال سطحی پلیمری در فرایند ازدیاد برداشت نفت، عملکرد این ترکیبات از جنبه‌های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. عواملی نظیر تغییرات گرانروی، کاهش کشش بین سطحی و اثرگذاری بر ترشوندگی سنگ مخزن به‌عنوان سازوکار‌های اصلی بررسی شدند. همچنین، چالش‌های مربوط به سنتز این مواد، هزینه‌های مرتبط و پراکندگی داده‌های میدانی موجود نیز در تحلیل‌ها لحاظ شد.
نتایج اصلی: بررسی‌ها نشان می‌دهد که مواد‌ سطحی پلیمری در اکثر شرایط می‌توانند ضریب بازیافت نفت را بهبود بخشند. بااین‌حال، محدودیت‌هایی از جمله فرایندهای پیچیده تولید، هزینه‌های بالا و نبود داده‌های جامع و میدانی، کاربرد آن‌ها را در مقیاس وسیع محدود کرده است. این مطالعه ضمن جمع‌بندی یافته‌های پیشین، مسیرهایی برای تحقیقات آینده از جمله بهینه‌سازی فرمول‌بندی، کاهش هزینه‌های تولید و انجام آزمایش‌های میدانی گسترده‌تر به‌منظور ارزیابی عملکرد واقعی این ترکیبات پیشنهاد می‌دهد.

چکیده موضوع تحقیق: ازدیاد برداشت نفت (EOR) یکی از روش‌های کلیدی برای افزایش بازیابی نفت از مخازن است که از فنون شیمیایی، فیزیکی یا حرارتی بهره می‌برد. در میان روش‌های شیمیایی، مایعات یونی (ILs) به‌دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان، از جمله پایداری در شرایط سخت محیطی مانند دما و شوری بالا و قابلیت تنظیم‌پذیری برای شرایط خاص مخزن، به‌عنوان جایگزین‌های بالقوه برای مواد سنتی مانند سطح‌فعال‌ها و پلیمرها مورد توجه قرار گرفته‌اند.
روش تحقیق: مایعات یونی می‌توانند به‌عنوان جایگزین‌های سطح‌فعال‌ها در فرایندهای ازدیاد برداشت نفت عمل کنند، اما نیاز به سنتز و توسعه مناسب دارند. پایداری زیست‌محیطی بالاتر و کاهش مصرف آب از مزایای این مواد نسبت به روش‌های سنتی است. با وجود این، تحقیقات نشان می‌دهد که تأثیر آن‌ها بر عملکرد ازدیاد برداشت نفت نسبتاً محدود است و نیاز به بهینه‌سازی و آزمایش‌های آزمایشگاهی و شبیه‌سازی بیشتری دارد. در این مقاله، با مرور جامع مطالعات پیشین صورت‌گرفته، تحقیقات سال‌های اخیر در مورد کاربرد مایعات یونی در عملیات ازدیاد برداشت نفت، با تمرکز بر ویژگی‌ها، سازوکار‌ها، نتایج تجربی، چالش‌ها و چشم‌اندازهای آینده بررسی شده است.
نتایج اصلی: بررسی نتایج مطالعات اخیر نشان می‌دهد که مایعات یونی می‌توانند کشش بین سطحی آب/نفت را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داده و ترشوندگی سنگ مخزن را تغییر دهند که هر دو عامل کلیدی در بهبود جابه‌جایی نفت هستند. به‌عنوان مثال، مایع یونی 1-دسیل-3-متیل‌ایمیدازولیوم تریفلات توانایی کاهش چشمگیر کشش بین‌سطحی را نشان داده است. آزمایش‌ها حاکی از آن است که این مواد می‌توانند تا حدود 30 درصد از نفت اولیه موجود را بیشتر بازیابی کنند. همچنین بسیاری از مایعات یونی میل ترکیبی قوی با آسفالتین دارند و می‌توانند به‌عنوان حلال و عامل پخش‌کننده عمل ‌کنند. این ویژگی به جلوگیری از رسوب آسفالتین و رسوب در چاه و اطراف ناحیه تولیدی آن کمک می‌کند که می‌تواند جریان و تولید نفت را به‌طور قابل‌توجهی بهبود بخشد. مایعات یونی می‌توانند گرانروی نفت خام را کاهش دهند و جریان آن را در مخزن آسان‌تر کرده و گرادیان فشار را کاهش دهند. با این حال، بیشتر مطالعات روی مخازن سنگ‌های شنی انجام شده و تحقیقات در مخازن کربناته محدود است، که نیاز به بررسی‌های بیشتر را برجسته می‌کند.

چکیده موضوع تحقیق: در دهه‌های اخیر، تزریق آب و گاز در بهبود بازیافت نفت مورد توجه زیادی بوده است، اما برخی از مهندسان معتقدند که روش‌های جایگزین بهتری می‌توانند نقش محوری در این زمینه ایفا کنند. استفاده از موادی مانند سورفکتانت‌ها به‌عنوان روشی نوآورانه در نظر گرفته می‌شود که تأثیر قابل‌توجهی بر بخش نفتی گذاشته است؛ با این حال، تولید در مقیاس بزرگ چنین موادی از نظر مالی بسیار گران است. علاوه بر این ساخت این مواد منجر به تولید پسماند‌های سمی و خطرناکی می‌شود که می‌توانند تهدید‌های مختلفی را برای سلامت انسان و محیط زیست ایجاد کنند و در نهایت منجر به آلودگی گسترده و غیرقابل‌جبران می­شوند. استفاده از سورفکتانت‌های طبیعی به‌عنوان راه‌حلی مناسب با کارایی نسبتاً بالایی ظاهر می­شوند. این سورفکتانت‌های طبیعی از برگ گیاهان بومی استخراج می­شوند که می‌توانند به‌عنوان روشی مقرون‌به‌صرفه استفاده شوند. همچنین، این مواد زیست‌تخریب‌پذیر هستند و تهدیدی برای سلامت انسان و محیط زیست ایجاد نمی­کنند.

روش تحقیق: ترکیب این سورفکتانت‌های طبیعی در آزمایش‌های مرتبط با نفت، نتایج رضایت‌بخشی را به همراه داشته است که اثربخشی آن‌ها را در کاهش کشش سطحی بین آب – نفت و اصلاح گرانروی نفت خام نشان می‌دهد. در این پژوهش برهم­کنش میان سورفکتانت‌ها با پایین‌ترین غلظت یون‌های دوظرفیتی مورد بررسی قرار گرفت. یکی از فرایند‌های آزمایش، تزریق این محلول‌ها در یک میکرومدل بود که در ادامه مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج اصلی: ترکیب این نوع سورفکتانت‌ها در کنار یون‌های دوظرفیتی با نفت خام، کشش بین‌سطحی را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داد. نکته قابل توجه این است که ترکیب عصاره برگ توت با یون کلسیم کشش بین‌سطحی نفت خام را به عدد 6/15 میلی‌نیوتن بر متر کاهش داد، در‌حالی‌که برگ نارنج با یون سولفات آن را به عدد 6/13 میلی‌نیوتن بر متر رساند. همچنین در بسیاری از موارد آزمون‌های گرانروی، کاهش گرانروی نفت خام مشاهده شد. ترکیب یون کلسیم با عصاره برگ توت منجر به بازیابی حدود %41 نفت شد، در‌حالی‌که یون سولفات با برگ نارنج منجر به %50 بازیابی نهایی شد.

چکیده موضوع تحقیق: در سال‌های اخیر، سیلاب زنی آب هوشمند به منظور ازدیاد برداشت نفت بسیار مورد توجه قرار گرفته است و یکی از مکانیزم های اصلی آن تغییر ترشوندگی است. با این حال، اثر حضور اسید بر عملکرد آب هوشمند همچنان مشخص نیست. به بیان دیگر، سوال اصلی این است که آیا حضور اسید در کنار یون های تعیین کننده می تواند به تغییر ترشوندگی بیشتر و کاهش کشش بین سطحی منجر شود.به علاوه، در این تحقیق برای اولین بار یون‌های سه ظرفیتی به آب هوشمند اضافه شد ونتایج بدست آمده از آزمایشات انجام شده با نتایج مربوط به یون‌های دو ظرفیتی مقایسه شد.
روش تحقیق: در این مطالعه آب دریا، آب دریای 4 برابر رقیق شده و آب دریای 8 برابر رقیق شده در آب مقطر و محلول های اسید کلریدریک 0.001 و 0.01 نرمال آماده شدند و آزمایشات کشش بین سطحی و زاویه تماس انجام شد. سپس، در آب دریای 8 برابر رقیق شده که در محلول اسید کلریدریک 0.01 نرمال آماده شده بود غلظت یون های Ca²⁺، Mg²⁺ و Fe³⁺ تنظیم شد و تست‌های زاویه تماس و کشش بین سطحی انجام شد.
نتایج تحقیق: نتایج نشان داد که حضور اسید به تنهایی در آب مقطر اگرچه سبب کاهش کشش بین سطحی شد ولی زاویه تماس بسیار ناچیز کاهش یافت. همچنین، در صورت حضور اسید و یون های تعیین کننده، کشش بین سطحی کاهش قابل ملاحظه ای می کند که این به دلیل هم افزایی است که بین اسید و یون ها شکل می گیرد. اضافه شدن اسید به آب نمک با شوری مختلف توانست زاویه تماس را کاهش دهد ولی سطح شیشه همچنان نفت دوست باقی ماند. در مورد کاتیون‌های دو و سه ظرفیتی، نتایج نشان داد افزایش غلظت یون Fe³⁺ در آب هوشمند سطح شیشه را آب دوست کرد اگرچه افزایش غلظت Ca²⁺ و Mg²⁺ منجر شد ترشوندگی از شرایط نفت دوست به شرایط خنثی تغییر کند. به علاوه، حضور یون های دو و سه ظرفتی رفتار مشابهی در کاهش کشش بین سطحی داشتند و با افزایش 4 برابری غلظت هر کدام از یون ها، کشش بین سطحی در حدود mN/m 2 کاهش یافت.

چکیده چکیده
در فرایند تزریق آب به مخزن، بخشی از مواد فعال سطحی که به­طور طبیعی در نفت وجود دارند، می­توانند درآب تزریقی حل شوند. وجود این مواد پدیده­های سطحی، سامانه سه فازی آب-نفت-سنگ را تحت تأثیر قرار می‌دهد. تأثیر این مواد به­منظور اصلاح ترکیب یونی آب تزریقی، در مطالعات پیشین کمتر مورد­ توجه بوده است. در این مقاله ابتدا تأثیر ترکیبات اسیدی موجود در نفت خام و ترکیب آب اولیه بر ترشوندگی اولیه سنگ کربناته بررسی شد. سپس جهت بررسی تغییرات ترشوندگی سنگ کلسیتی نفت­دوست از آب نمک­های منیزیم­کلرید، کلسیم کلرید، پتاسیم کلرید و سدیم سولفات با مولاریته بین 1/0 تا 1 استفاده شد. کشش بین­سطحی نفت با آب مقطر و نمونه­های آب نمک با غلظت­های یونی مختلف به­طور جداگانه اندازه­گیری و مقایسه شد. تغییر در خواص سطحی نمونه­های سنگ کلسیت از طریق اندازه­گیری زاویه تماس پس از پیرسازی نمونه­های مقطع نازک در آب نمک­ها و نفت مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج نشان داد که با افزایش غلظت یون­ها و قدرت یونی محلول­های نمکی، به­دلیل انحلال ترکیبات اسیدی نفت در سطح تماس دو فاز آب و نفت، کشش بین‌سطحی کاهش می­یابد. همچنین در صورت غالب بودن ترکیبات اسیدی در نفت، یون منیزیم بیشترین تأثیر را در کاهش کشش بین‌سطحی و تغییر ترشوندگی سنگ دارد. به‌طوری که با افزایش غلظت آن تا 1 مولار، کشش بین‌سطحی به مقدار 1 (mN/m) و زاویه تماس به 42 درجه کاهش می­یابد. اندازه­گیری زاویه تماس نشان داد که ترکیب آب اولیه موجود در سنگ مخزن بر تغییر ترشوندگی اولیه سنگ موثر بوده و تشکیل لایه یونی-آلی در مجاورت سطح سنگ از مهم­ترین عوامل تغییر ترشوندگی است. حضور یون منیزیم در آب اولیه موجود در سنگ، موجب کاهش زاویه تماس به 145 درجه و افزایش آب­دوستی در سطح سنگ می­شود. همچنین افزایش حلالیت ترکیبات اسیدی محلول در نفت در فاز آبی بر تغییرات ترشوندگی سنگ تأثیر زیادی دارد. نتایج به­دست آمده نشان داد که برهم­کنش بین یون­های موجود در فاز آبی بخصوص کاتیون­ها و آنیون­های دو ظرفیتی و مواد فعال سطحی (کربوکسیلیک اسید) رفتار سطحی آب را در تماس با فاز نفت و سنگ مشخص می­کند.
واژه های کلیدی: ترشوندگی، کشش بین­سطحی، ترکیبات اسیدی نفت، یون­های دو ظرفیتی، لایه یونی-آلی

چکیده یکی از روشهای مرسوم ازدیاد برداشت در مخازن نفتی جهان، روش سیلاب زنی با آب است. اشباع بالای نفت باقی مانده در انتهای فرایند تزریق آب، ناشی از راندمان کم جاروبی و رخ دادن سریع پدیده ی مخروطی شدن می باشد. این مشکل با افزودن پلیمر به آب تزریقی و کنترل تحرک پذیری جبهه تزریقی رفع خواهد شد. در این مطالعه سعی شده است از طریق سنتز نانوکامپوزیت ﭘﻠﻲ ﺍﻛﺮﻳﻞ ﺁﻣﻴﺪ، تغیرات تحرک پذیری سیال تزریقی، کشش بین سطحی و ترشوندگی سنگ مخزن آهکی مورد بررسی قرار گیرد. علاوه بر این، عملکرد پلی آکریل آمید تزریقی در شرایط شوری بالای آب سازند، از طریق افزودن نانو ذره سلیس، کنترل گردید. نتایج تست زتا نشان می دهد که افزودن نانو ذره سیلیس موجب پایداری عملکرد پلی آکریل آمید در شرایط شوری بالا می شود. همچنین نانو کامپوزیت پلی اکریل آمید با غلظت 1 درصد نانو دارای کمترین میزان کشش بین سطحی (mN/m 18.34) و بیشترین تمایل به شرایط آبدوستی را دارد. علاوه بر این، نانو کامپوزیت پلی اکریل آمید با درصد نانو سیلیکای 1، بهترین عملکرد را برروی ویسکوزیته آب مخزن دارد که می تواند موجب بهبود نسبت تحرک پذیری گردد (1.07=M) و تولید نفت را افزایش دهد.

چکیده در سال‌های اخیر با پیشرفت علم نانو، بسیاری از محققین به استفاده از این مواد برای حل مشکلات موجود در بخش‌های مختلف صنعت نفت روی آورده‌اند. نانو سیال‌های تهیه شده با این مواد می‌توانند جدایش نفت و گاز در داخل مخزن را تسهیل نمود و میزان برداشت نفت را نسبت به روش‌های فعلی افزایش دهند. لذا در این پژوهش اثر نانو ذرات خاک رس بر روی ضریب برداشت نفت مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از دو سیال پایه مختلف آب و اتانول برای پخش شدن نانو ذرات در آن‌ها استفاده شد. اثر افزودن نانو ذرات خاک رس بر روی تغییرات گرانروی و کشش بین سطحی اندازه‌گیری شد. همچنین به منظور بررسی اثر غلظت نانو ذرات در سیال پایه بر روی ضریب برداشت نهایی نفت، نانو سیالات با 3 و 5 درصد وزنی نانو ذرات تهیه شدند. نتایج نشان دادند که اگرچه نانو سیالات حاوی نانو ذرات خاک رس پایداری کمی دارند اما در همین شرایط نیز با اضافه کردن آن‌ها به سیال پایه ضریب برداشت نفت افزایش چشمگیری داشت. همچنین اثر این نانو ذرات هنگامی که در سیال پایه آب پخش می‌شوند بیشتر از اتانول خواهد بود. به عنوان مثال در 5 درصد وزنی، ضریب برداشت نفت با نانو سیال پایه آبی 7/49 درصد و با نانو سیال پایه اتانولی 46 درصد است.