گروهی از پژوهشگران ایرانی موفق به طراحی و توسعه هیدروژل‌های نانوکامپوزیتی هوشمند شده‌اند که با قابلیت کنترل و کاهش تولید ماسه از مخازن نفتی، می‌تواند نقش چشمگیری در افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های صنعت نفت ایفا کند.
به گزارش هیچ یک از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، پژوهشگران پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران با همکاری محققان یک شرکت تخصصی، با تکیه بر دانش بومی و توانمندی‌های فناوری‌نانو موفق به طراحی هیدروژل‌های نانوکامپوزیتی هوشمندی شده‌اند که می‌تواند یکی از چالش‌های جدی صنعت نفت، یعنی تولید ماسه از مخازن، را کنترل کند.
این دستاورد با هدف افزایش بهره‌وری، کاهش هزینه‌های ناشی از فرسایش خطوط لوله و مسدود شدن چاه‌ها، و نیز کاهش آسیب‌های محیط‌زیستی توسعه یافته است.
هیدروژل نانویی ایرانی به دلیل ساختار پیشرفته و رفتار هوشمند خود، قادر است همزمان از تولید ماسه جلوگیری کرده، میزان آب همراه نفت را کاهش دهد و در عین حال نرخ برداشت نفت را افزایش دهد.
تولید نفت همواره با چالش‌های متعددی همراه بوده است که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، پدیده تولید ماسه از مخازن است. تولید ماسه در واقع به ورود ذرات جامد و ریزدانه‌های ماسه‌ای به جریان سیال مخزن اطلاق می‌شود که همراه با نفت استخراج می‌شوند.
این پدیده سالانه میلیون‌ها دلار هزینه به صنعت نفت تحمیل می‌کند و پیامدهای مخربی از جمله فرسایش خطوط لوله و تجهیزات، افزایش هزینه‌های جداسازی، کاهش نرخ تولید، مسدود شدن چاه‌ها و آسیب‌های محیط‌زیستی به همراه دارد. از همین رو، کنترل ماسه به عنوان یکی از چالش‌های اساسی در بهره‌برداری از مخازن نفتی مطرح است.
در این میان، یک تیم پژوهشی متشکل از مهسا باغبان صالحی از پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران و اعضای شرکت تخصصی شامل فرزین سقندلی، علی‌اصغر نوزعیم و حسین پهلوانی، با طراحی یک هیدروژل نانوکامپوزیتی نوآورانه توانسته‌اند راهکاری مؤثر و پایدار برای این مشکل ارائه دهند. این محصول با تکیه بر فناوری نانو و پلیمر، نه‌تنها کنترل تولید ماسه را ممکن می‌سازد، بلکه در کاهش تولید آب و افزایش برداشت نفت نیز کارایی دارد.
ضرورت توسعه روش‌های نوین
ضرورت استفاده از فناوری‌های نوین برای ازدیاد برداشت نفت، بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود. افزایش نیاز داخلی، حفظ منابع ملی، و رقابت در بازار جهانی، ایجاب می‌کند که روش‌هایی اقتصادی، ایمن و سازگار با محیط‌زیست به کار گرفته شوند.
در حالی که روش‌های مرسوم کنترل ماسه در بسیاری از موارد نیازمند صرف هزینه‌های گزاف و عملیات پیچیده هستند، بهره‌گیری از نانوکامپوزیت‌های پلیمری می‌تواند راهکاری کارآمد و مقرون به‌صرفه محسوب شود.
راه‌حل خلاقانه با نانو
نوآوری اصلی این تیم پژوهشی در استفاده از هیدروژل‌های نانوکامپوزیتی هوشمند نهفته است. این هیدروژل‌ها قابلیت رفتار دوگانه در مقابل نفت و آب دارند. در محیط آبی متورم شده و حجم آن‌ها افزایش می‌یابد، در حالی که در محیط نفتی دچار کاهش حجم می‌شوند. این رفتار هوشمند باعث می‌شود تا محصول همزمان بتواند میزان آب تولیدی را کاهش دهد و جریان نفت را بهبود بخشد.
ویژگی مهم دیگر این نانوکامپوزیت‌ها، توانایی تغییر پتانسیل زتا در ذرات ماسه و افزایش استحکام سازند است. به عبارت دیگر، این ماده باعث چسبندگی ماسه‌ها به یکدیگر شده و از حرکت آزادانه آن‌ها در جریان سیال مخزن جلوگیری می‌کند، بدون اینکه آسیبی به سازند وارد کند.
مشخصات محصول
این نانوکامپوزیت هیدروژلی از ساختار سه‌بعدی و مقاومی برخوردار است که حضور نانوذرات در آن موجب افزایش پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی می‌شود.
چنین ویژگی‌هایی برای شرایط سخت و پرچالش مخازن نفتی بسیار حیاتی است. افزون بر این، محصول از نظر مصرف بهینه، گرانروی قابل قبول برای تزریق، نفوذپذیری در عمق مخزن، و چسبندگی به سطح ماسه‌ها، عملکردی بی‌نظیر دارد.
به این ترتیب، محصول علاوه بر جلوگیری از حرکت ماسه و کاهش تولید آب، هیچ‌گونه تخریب یا آسیب به سازند وارد نمی‌کند و می‌تواند جایگزین مناسبی برای روش‌های پرهزینه و گاه مخرب کنونی باشد.
مصرف‌کنندگان نهایی
مصرف‌کنندگان اصلی این فناوری، حوزه‌های عملیاتی شرکت ملی نفت ایران به‌ویژه مخازن ماسه‌سنگی، و همچنین شرکت‌های خصوصی بهره‌بردار نفت خواهند بود. این محصول می‌تواند در مقیاس وسیع به کار گرفته شود و با توجه به امکان بومی‌سازی، وابستگی به روش‌ها و محصولات خارجی را نیز کاهش دهد.
مزیت رقابتی و جایگاه جهانی
هیدروژل نانوکامپوزیتی ارائه‌شده دارای مزیت‌های رقابتی قابل توجهی است. نخست آنکه می‌توان فرمولاسیون و خواص آن را متناسب با شرایط خاص هر مخزن طراحی و تنظیم کرد. دوم آنکه این محصول از پایداری حرارتی و مکانیکی بالایی برخوردار بوده و حتی در شرایط سخت مخزن نیز خاصیت خودترمیم‌شوندگی دارد. در نهایت، توانایی همزمان کاهش تولید آب و جلوگیری از تولید ماسه، این فناوری را به ابزاری کلیدی در بهبود بهره‌برداری از مخازن نفتی بدل می‌سازد.
این دستاورد نه تنها می‌تواند صرفه‌جویی اقتصادی برای صنعت نفت به همراه داشته باشد، بلکه به دلیل کاهش آثار محیط‌زیستی، در مسیر توسعه پایدار نیز گامی ارزشمند محسوب می‌شود. به علاوه، با توسعه و تجاری‌سازی این فناوری در داخل کشور، ایران قادر خواهد بود جایگاه خود را در بازار جهانی فناوری‌های پیشرفته نفتی ارتقا دهد.
