‏خلاصه توصيف اختواع: ‏سنتز وطراحي فرمولاسيون هاي نانوسيالات اكسيد هاي تيتانيم و سيليكا به عنوان تركيبات جديدي در تغيير ترشوندگي سنگ مخزن كربناته در اين اظهار نامه مطرح شده است كه با استفاده از دو نوع نانو ذره اكسيد تيتانيم و سيليكا و نانو سيالات سنتزي ادعا شده طي چندين فرآيند شيميائي تهيه و توليد شدند. اين نانو سيالات جديد به عنوان عوامل اصلي تغيير دهنده ي ترشوندگي سطح سنگ كربناته، براي اولين بار معرفي مي شوند كه مي تواند به موضوع بسيار مهم و حياتي روز دنيا كه همانا مسئله ي ازدياد برداشت نفت يا EOR ‏است، ارتباط پيدا كند. براي اين كار ابتدا نانو ذرات اكسيد تيتانيم ' سيليكا در آزمايشگاه دانشگاه سنتز، خالص سازي وساخته شدندكه همه ي مراحل تهيه، ساخت وفرمولاسيون هادر آزمايشگاه وبا بهره گيري از دانش و تجربيات علمي فناوري نانو انجام گرديد. نانو ذرات توليدي توسط حلال پايه پارافين خالص و يا آب در محيط هاي اسيدي و بازي با انواع سورفكتانت ها فرمولاسيون ودر ادامه در سنگ نفت - ترشده به صورت هموژن در تماس مستقيم قرار گرفتند و به مدت ۴٨ ‏ساعت در دماي ۴٠ ‏- ۵٠ ‏درجه سانتيگراد در آون به حالت هيدروترمال نگه داري شدند. بعد از اين سنگ ها از محتوي نانو سيالات خارج شده ، شسته و خشك مي شوند و آزمايش اندازه گيري زاويه تماس بر روي آن ها انجام مي گيرد. اينجاست كه ميزان توانائي ويا عدم توانائي عملكرد نانو سيالات سنتز شده، در نقش عوامل مهم تغيير دهنده ي ترشوندگي سطح سنگ اندازه گيري مي شود. تئوري هاي جالب ومدوني از اين فرايند ها حمايت و پشتيباني علمي مي كنند مثل: بارسطح نانوذرات در نانو اموسيون ها، پديده هاي جذب سطحي نانو سيالات درون و روي سطح سنگ، توليد پيوند ها و واكنش هاي شيميائي جديد بين نانو ذرات با سنگ. اين پديده ها توسط آزمايش هاي متعدد اندازه گيري زتا پتانسيل، آزمايش توزيع اندازه ي ذرات يا XRD 1SEM 1DLS ‏و زاويه تماس تاييد و صحت آن ها اثبات گرديد ودر انتها راندمان بازيافت نفت هاي محبوس شده در سنگ مخزن، توسط اين نانو ذرات ونانو سيالات ساخته شده براي اولين بار بين ۵۵ ‏تا 60% در ساعات او ليه فرآيند بازيافت و نهايتا´´ بعد از يك هفته گزارش شده است كه نسبت به نمونه هاي ساخته شده ‏قبل كه از فرمولاسيون هاي تركيبات شيميائي ديگري استفاده شده است و فناوري جديد نانو در توليد آن ها ‏اصلا´´دخالت نداشته است، راندمان بسيار بالاترو چشمگيري است، مضاف بر اينكه در ساخت آن ها، مسائل صرفه هاي اقتصادي و نيز رعايت سلامتي و تنفسي افراد در گير با چاه هاي نفتي و حفظ محيط زيست و منابع آبي زير زميني نيز كاملا´´رعايت شده است. از طرفي كليه ي آزمايش ها 9 ‏. تست هاي شناسائي لازم وضروري در رابطه با نانو ذرات سنتزي و واكنش فرمولاسيون ها كاملا`´مطالعه، بررسي و تحقيق شده است و نتايج زاويه هاي تماس سنگ هاي كربناته آغشته با نانو سيالات مورد ادعا توسط كارشناسان محترم مديريت پژوهش و فناوري شركت ملي نفت ايران بررسي و كاملا مثبت ارزيابي گرديدند و كارائي و راندمان نانو سيالات اكسيد تيتانيم و سيليكا به عنوان يكي از بهترين تركيبات جديد شناخته شد. لازم به ذكر است كه اين طرح مطابق با قرارداد شماره 81-88009 از طرف مديريت پژوهش و فناوري شركت ملي نفت ايران بطور كامل حمايت مالي شده است.

بحث نوآوري اختراع ادعا شده شامل چند عامل اساسي ابتكاري وظريف علمي فني وتكنولوژي جديد نانو است با توجه به اهميت روز افزون انرژي هاي فسيلي دردنيا وازطرفي كاهش ميزان كشف مخازن جديد يافتن روش هاي نوين جهت ازياد برداشت نفت از اهميت بالايي برخوردار است از سويي با توجه به پيشرفت هاي روزافزون نانو تكنولوژي درزمينه هاي مختلف وكارايي بالاي اين تكنولوژي ازدياد برداشت نفت به كمك اين فناوري ايده اصلي اين اختراع وتحقيق است وبه اين منظور اثر بسياري از نانوسيالات حاوي انواع نانو ذرات مثل اكسيد هاي نانو ذرات : زير كونيوم ، كربنات كلسيم ، سيليكا ، تيتانيوم ، الو مينا ، منيزيم ، روي وبالاخره اكسيد قلع ومخلوط دوتاتي نانوذرات برروي خواص ترشوندگي سنگ كربناته به عنوان يكي از عوامل اصلي درازدياد برداشت نفت (eor) مورد بررسي وپژوهشي دراين اختراع قرار گرفته شد ترشوندگي سنگ كربناته به كمك تست زاويه تماس وتست اشام خودبه خودي مورد بررسي قرار گرفت نانوسيالات جديد تهيه شده باانجام تست زاويه تماس بهينه سازي شده ودرنهايت فرمولاسيون هاي برتر ومناسب جهت تست آشام خودبه خودي مورد استفاده قرار گرفتند نتايج آزمايشات نشان دهنده توانايي اين نانوسيالات جديد در تغيير ترشوندگي سنگ مخزن مي باشد درتست آشام خودبه خودي توسط سل آموت هاروي ميزان بازيابي به حدود 51 درصد نفت درون سنگ درهمان ساعات اوليه رسيد كه نشان از توانايي اين نانو سيال جديد فرموله شده درتغيير ترشوندگي سنگ هاي كربناته وماسه سنگ ها مي باشد به منظور مشخصه يابي وشناسايي سنگ ها از آناليز ميكروسكوپ الكتروني رويشي يا Edax,sem كه درصد عناصر ونانو ذرات رادر نانو سيال مربوطه نشان مي دهد ونيز از تكنيك تعيين ساختار نانو ذرات توسط xrd استفاده شد اين آناليز ها نشان دهنده تاثير اين نانو سيال وحضور نانوذرات برروي سطح سنگ مي باشد به طوريكه هر كدام ازآن ها با ساختار كروي وبسط يافته به فرم نانو ميله به طرز بسيار جالبي روي سنگ پوشانده شده از نانو سيالات رشد نموده اند مراحل كلاسيك بازيافت نفت به سه دسته تقسيم مي شود 1-primary tecovery : توليد اوليه نفت توسط سيستم پمپاژ حفاري از لايه هاي شني وسنگ هاي خلل وفرج دارزير زمين وبه وجودآوردن چاه هاي توليدي – به طور طبيعي تنها 5 تا 30 درصد نفت در محل (%ooip )به كمك انرژي فشاري ذخيره شده در مخزن قابل استخراجاست كه اين بخش از توليد به توليد اوليه نفت معروف است 2-secondary recovery : توسط تزريق آب به داخل مخزن ويا تزريق گاز به منطقه گازي زير زمين انجام مي گيرد با حركت جاروبي آب نفت به طرف چاه توليد فرستاد ه ميشود كه درنتيجه سبب افزايش برداشت نفت مي گردد روش سيلايزنس تقريبا به صورت تصادفي درسال 1870 كشف شد كه به طور معمول ميزان استخراج نفت را تا 60-40 درصد نفت درمحل افزايش مي دهد درطول مدت سيلابزني نفت با يك نسبت روبه رشد اب درنفت درطول چاه توليد مي شود هنگامي كه نسبت آب به نفت توليدي به حداكثر خود مي رسد ديگر از نظر اقتصادي توليد نفت به اين روش اقتصادي نيست ودر اصطلاح چاه به حد اقتصادي خود رسيده است دراين موقعيت هنوز 40 تا 60 درصد نفت در محل به دلايل زير درچاه باقي مانده است شرايط نامطلوب ترشوندگي مهم ترين دلايل براي عدم توليد باقيمانده نفت داخل چاه مي باشد 3-tertiary recovery : سومين اقدام جهت بيرون آوردن نفت باقي مانده درلايه هاي سنگ مخزن به بازيافت نوع سوم برمي گردد به عبارتيديگر راندمان جا به جايي وجاروئي نفت محبوس شده (يه تله افتاده ) درلايه هاي داخلي سنگ مخزن را بالا مي برند كه به اين تكنيك خاص فرايند eor با نفت بهبود يافته مي گويند طبق نظر مارل درسال 1991 روش هاي بهبود يافته ازدياد برداشت نفت به سه گروه بزرگ وكاربردي تقسيم مي شوند : 1-روش شيميايي 2- روش غير امتزاجي 3 روش حرارتي تزريق پليمر – ژل ژل تزريق بخار آب دي اكسيد كربن گازهاي طبيعي وهيدرو كربنب امتزاج پذير تزريق موادفعال سطحي (سور فكتا نت ها) وتزريق موادقليائي از جمله روش هاي ازدياد برداشت نفت مي باشند دراين پروژه از روش شيميايي وبا بهره گرفتن از سورفكتا نت هاي آنيوني وغير يوني درون نانو سيالات تهيه وفرموله شده به كمك نانو ذرات نمكك كلسيم كربنات با تنظيم عوامل محيطي مثل hlb.ph وتعويض نوع مولكول وتغيير ساختار مواد افزودني لازم براي تشويق وتحريك نانو ذرات موجود درسيال كه بتوانند كارائي مطلوبي از خود نشان دهند استفاده شده است روش ازدياد برداشت نفت همراه با تغيير درترشوندگي سنگ به عنوان هدف اصلي دراين تحقيق دنبال مي شود روش ازديادبرداشت نفت توضيح داده شده دراين تحقيق براي بازيابي نفت درمخازن نفت – تر استفاده شده است وبيشتر مخازن كربناته به صورت ذاتي نفت- تر مي باشند از آن جا كه روش هاي شيميايي دراستفاده از مواد فعال سطحي با ميزان نمك بالا وسازندهاي آهكي با مشكل مواجه مي باشند محققين اين پروژه اميدوارند كه با بكارگيري كاربرد نانوتكنولوژي واستفاده از نانو ذرات فعال و اكتيو بهتوانند بهروري اين روش ها راافزايش دهند زيرا هم از نظر اقتصادي بسيار مهم واز هم ديدگاه استراتزي بين المللي بسيار باارزش وچشم گير خواهد بود مونشي وهمكارانش درسال 2008 اثر اندازه نانو ذره برروي زاويه تماس رابررسي كردند وتيانتيان ژانگ درسال 2010برروي پايداري نانو امولسيون ها با هدف استفاده از آنها درازدياد برداشت نتايج اميدوار كننده اي بدست اورده است پيش بيني مي شود كه پروژه هاي ازدياد برداشت نفت با بهبود واستفاده از روش هاي جديد وفناوري نانو به تواند شصت بيليون بالا مي باشد كوچكي اين ذرات به آنها اين قابليت را مي دهد كه داخل حفرات ريز زيرزمين نفوذ كرده وباتغيير درتوشوندگي سنگ از نفت –تر به آب – تر سبب خروج نفت از داخل حفرات گردند 2-1 تغيير ترشوندگي (wettability alteration 9 ترشوندگي از ديدگاه ترمودينامكي به اين صورت تعريف مي شود( تمايل يك سيال به جدايش ويا چسبيدن ب يك سطح جامد در حضور يك سيال غيرقابل امتزاج ديگر )سيالي به عنوان فازتر كننده شناخته مي شود كه با تمايل بيشتر سطح جامد براي پذيرفتن آن روبرو شود در حالي كه سيالات ديگر به عنوان فاز غير تر كننده شناخته مي شوند. در اين بين زاويه تماس (زاويه بين فازهاي مختلف) به عنوان معيار ترشوندگي مطرح است. براي يك سيستم شامل دو سيال خالص غير قابل امتزاج كه بر روي يك سطح جامد همگن صاف قرار گرفته اند زاويه تماس به كمك قانون يانگ كه به سال 1805 بر مي گردد، عبارت است از موازنه نيروهاي مكانيكي براي حضور كشش سطحي و بين سطحي. قانون يانگ، زاويه تماس يك قطره مايع (مثلا آب) بر روي يك سطح جامد (مثل سنگ مخزن) در حضور يك سيال امتزاج ناپذير (مثلا نفت، گاز و يا هوا) را به صورت تنش هاي ميان رويه امتزاج ناپذير بستگي دارد و لذا ترشوندگي يك خاصيت از كل سيستم مي باشد. به طور قراردادي آب به عنوان سيال مرجع در نظر گرفته مي شود و لذا هميشه بدون در نظر گرفتن اينكه سطح آب - تر است و يا خير زاويه تماسθ نسبت به فاز آب سنجيده مي شود. زاويه تماس θ مي تواند از صفر تا 180 درجه براساس تمايل نسبي سيال به سطح تغيير كند. زاويه كمتر از 90 درجه نشان دهنده تمايل بيشتر سطح به تر شدن به وسيله آب در حضور فاز ديگر (در اينجا نفت) مي باشد و لذا سطح آب - تر ناميده مي شود. بر عكس در صورتي كه زاويه θ بالاي 90 باشد سطح در حضور آب تمايل بيشتري براي تر شدن به وسيله نفت داشته و لذا سطح نفت - تر ناميده مي شود. بنابراين ترشوندگي يك پارامتر بسيار مهم در بازيابي نفت مي باشد. اين پارامتر داراي تاثير قوي بر روي توزيع، موقعيت و جريان نفت و آب در مخزن در مدت زمان بهره برداري مي باشد. نمونه سنگي كه تنها آب به صورت خود به خودي در آن اشام مي كند آب - تر ناميده مي شود. در حالي كه نمونه اي كه تنها نفت به صورت خودبه خودي به درونش وارد مي گردد نفت - تر ناميده مي شود.

بحث نوآوري اختراع ادعا شده شامل چند پارامتر اساسي و ظريف علمي فني و ابتكاري زير مي باشد. آسفالتين سنگين ترين و قطبي ترين بخش موجود در نفت خام و نيز حاوي ساختمان مولكولي پيچيده و حلقه هاي آروماتيك در هسته و اجزاي تفتنيك در اطراف هسته مي باشد. ساختار اصلي آسفالتين از هيدروژن و كربن تشكيل شده و همچنين در ساختارشان يك يا چند عنصر معدني شامل اكسيژن ، گوگرد، نيتروژن و همچنين فلزاي از قبيل نيكل واناديم و آهن نيز مشاهده مي گردد. رسوب دهي آسفالتين در مخازن تجهيزات سر چاهي و لوله هاي انتقال نفت اتفاق مي افتد و سبب مسدود شدن آنها مي گردد كه اين موضوع موجب صرف هزينه و زمان بسياري جهت تميز كاري مي گردد. به طور خاص در مخازن نفت دو علت اصلي براي اين رسوب دهي وجود دارد. علت اول مربوط به كاهش تدريجي فشار مخزن در حين فرايند توليد بوده و علت دوم مربوط به تزريق گاز و حلال به درون مخزن به منظور فرايند ازدياد برداشت مي باشد. گازهاي اصلي كه امروزه در فرايند ازدياد برداشت براي تزريق به مخازن مورد استفاده قرار مي گيرند، شامل دي اكسيد كربن نيتروژن و گاز طبيعي (بخش عمده ي آن شامل متان و اتان است) مي باشند و در پژوهش هاي فراواني اثر گذاري اين مواد بر رسوب دهي آسفالتين در نفت مورد بررسي قرار گرفته است. از سوي ديگر امروزه به دليل اين كه تشكيل رسوب در مخازن و ساير بخش هاي توليد هزينه هاي زيادي را صرف خود مي كند انجام تحقيقات براي استفاده از روش هاي جلوگيري از تشكيل رسوب بسيار مورد توجه قرار گرفته است. از مهمترين بحث هايي كه در اين زمينه مطرح مي باشد استفاده از مواد شيميايي براي تزريق به نفت و جلوگيري از تشكيل رسوب مي باشد. يكي از مكانيزم هاي اصلي فعاليت اين بازدارنده ها براساس قطبيت آنها و ايجاد نيروي دافعه بين كلوئيدهاي آسفالتين و جلوگيري از به هم چسبيدن اين كلوئيدهاست. امروزه يكي از فناوري هاي مطرح در بخش هاي مختلف صنايع بالادستي نفت كه سهم عمده اي از جمله در بخش ازدياد برداشت به خود اختصاص داده است فناوري نانو مي باشد كه البته به دليل كارايي شگفت انگيز آن و همچنين شرايط مخزن كه به صورت حفره هاي بسيار ريز ميكرومتري مي باشد به نظر مي رسد اين تكنولوژي در آينده اي نزديك در اكثر بخش هاي مهندسي مخازن به صورت عملياتي مورد استفاده زيادي قرار مي گيرد و از جمله كاربردهاي در دست تحقيق و جديد نانو فناوري در مهندسي مخزن مربوط به استفاده از نانو ذرات و نانو سيالات در بهره برداري بيشتر از مخازن نفتي مي باشد. نانو ذرات از يك سو بصورت ذرات بسيار ريزي ميباشند كه قابليت تنظيم بار سطحي آنها با تنظيم PH سيال حاوي آنها وجود دارد و بنابراين احتمال انيكه بتوانند در نفت به عنوان عوامل بازدارنده از رسوب دهي مورد استفاده قرار گيرند و همچنين از سوي ديگر به دليل استفاده از آنها به منظور ازدياد برداشت و تماس آنها با نفت تعيين اثرگذاري آنها بر رطوب دهي آسفالتين بسيار حائز اهميت مي باشد. مولكول هاي آسفالتين در ثار عوامل مختلفي مانند تغيير در توزيع وزن مولكولي نفت و همچنين تغيير عواملترموديناميكي توسط مكانيزم هاي مختلف رسوب مي كنند. در چند دهه ي گذشته يكي از مهمترين معضلات صنعت نفت در زمينه ي بهره برداري استخراج ذخيره ي نفت در مخازن سطحي و خطوط لوله انتقال نفت خام و مواد سنگين هيدروكريوري تشكيل مواد آلي سنگين و به دنبال آن ايجاد رسوب در روي سازندهاي نفتي و تاسيسات خطوط انتقال مي باشد. در مراحل استحصال اوليه و ثانويه به علت تغيير در شرايط ترموديناميكي نظير تغيير در تركيب نفت خام (به علت تزريق يا توليد) درجه حرارت و تغيير در فشار تعادلي ظرفيت ترموديناميكي مواد سنيگن آلي نظير آسفالتين به هم ريخته و در نتيجه مواد جامد با مكانيزم هاي مختلف تشكيل و در اثر حركت در محيط متخلخل سازند يا داخل لوله چاه توليد رسوب مي نمايند. از بين بردن اين رسوب در اين شرايط هزينه بر مي باشد. موارد فوق و اثرات فني اقتصادي آن سبب مي گردد پديده ي تشكيل آسفالتين در صنعت نفت به صورت حاد مطرح و تلاش هاي تحقيقي گسترده و فشرده اي را در اين زمينه ايجاد مي نمايد. معرفي آسفالتين به ابهامات زيادي منجر شده است چرا كه بعد از گذشت سال ها هنوز ساختمان تركيب مواد تشكيل دهنده وزن مولكولي و خواص شيميايي فيزيكي كاملا شناخته نشده است.

اين اختراع با استفاده از نانو ذرات اكسيد زير كونيوم و نانو سيالات جديد فرموله شده در پروژه به عنوان موادي كه مي توانند سطح نفت دوست سنگ مخزن كربناته را به سطح كاملا آبدوست تبديل كنند براي اولين بار در فرايند ازدياد برداشت نفت معرفي گرديده است. براي اين كار ابتدا نانو ذرات در آزماشگاه سنتز و ساخته شدند. سپس توسط مواد فعال سطحي الكل هاي اتوكسيله استرهاي سوربيتان استرهاي اتوكسيله حلال و كمك حلال هاي قطبي مواد فعال سطحي آنيوني و كاتيوني در محيط هاي اسيدي و بازي در پايه هاي سيال آبي كه دوستدار محيط زيست هستند مخلوط و با اولتراسونيك هموژن و محلول شدند. آنگاه به منظور ارائه مواد جديدي كه مي توانند فاكتور ترشوندگي سنگ مخزن كربناته را از نفت - تر به آب - تر تبديل كنند و ميزان توانائي و يا عدم توانائي عملكرد نانو ذرات و نانو سيالات فرموله شده ي جديد را در نقش فوق بدانيم آزمايش هاي متعددي با اندازه گرفتن زاويه تماس بين سنگ و سيال كه معرف تغيير ترشوندگي است براي آن ها در آزماشگاه دانشگاه بطور كامل و با نتايج عالي و بسيار جالب انجام گرديد. تئوري هاي جالبي از اين فرايندها حمايت و پشتيباني مي كنند مثل بار سطح نانو ذرات در نانو امولسيون ها پديده ي جذب سطحي مايسل ها روي سطح سنگ كه باعث جدائي سنگ از نفت مي شود و يا توليد لايه هاي بزرگ آبدوست از نانو ذرات ما بين سنگ و نفت. در نهايت راندمان و كارائي اين نانو ذرات و نانو سيالات جالب بين 65 تا 70 درصد و نيز 52 تا 60 درصد در تست هاي اشام خود بخودي در ساعات اوليه گزارش گرديد كه در نوع خودش تحسين برانگيز مي باشند. اين ادعا و اختراع در ايران و خارج از ايران براي اولين بار در دانشگاه تهران انجام مي شود. از طرفي همه تست هاي شناسائي لازم جهت شناختن ساختار مورفولوژي و بار روي سطح نانو ذرات در نانو سيالات تهيه شده و ابتكاري جهت اين كاز مطالعه و ارائه شده است و نتايج توسط كارشناسان محترم مديريت پژوهش و فناوري شركت ملي نفت ايران بررسي تائيد و كاملا مثبت ارزيابي گرديد.