納米技術(shù)的重要作用

科技創(chuàng)新為許多行業(yè)帶來(lái)了發(fā)展進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料就是其中最有趣的代表之一。納米粒子技術(shù)的發(fā)展主要涉及材料工程，用于制造新型合金從而保證材料的強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕性和耐磨性強(qiáng)。實(shí)際上這些材料可能呈現(xiàn)出不同的形式，甚至形成特殊的納米顆粒流體。

鑒于納米技術(shù)的革新，上游石油和天然氣行業(yè)的設(shè)備可以在極端工況下實(shí)現(xiàn)正常工作，從而獲得巨大的推動(dòng)力。此外，與仿真工具相關(guān)的納米技術(shù)發(fā)展讓礦物和流體之間的界面現(xiàn)象（比如儲(chǔ)層巖石的可潤(rùn)濕性等）得到了更好的表征，從而使人們更好地理解油氣采收的機(jī)理。由于頁(yè)巖富含有機(jī)質(zhì)，納米孔廣泛發(fā)育，因此納米孔氣體傳輸是頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中關(guān)鍵一環(huán)。為了更好地表征頁(yè)巖納米孔中的有機(jī)物含量，頁(yè)巖氣和石油的生產(chǎn)增加了對(duì)納米技術(shù)革新的需求。

通過(guò)孔隙尺度成像和分析技術(shù)，經(jīng)過(guò)2D和3D的納米技術(shù)測(cè)量，可以獲得更為詳細(xì)的儲(chǔ)層巖石信息。

幾乎每個(gè)石油和天然氣公司都在納米技術(shù)上進(jìn)行大量投資，希望提高生產(chǎn)效率、降低成本，開(kāi)發(fā)出高性能產(chǎn)品，為其他行業(yè)企業(yè)服務(wù)。

EOR（提高采油率）

EOR是納米技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，因?yàn)樵谠统樘徇^(guò)程中使用納米技術(shù)可以生產(chǎn)出更多的石油，從而確保投資可以更快得到回報(bào)。油氣行業(yè)企業(yè)使用不同的納米技術(shù)發(fā)展生產(chǎn)，其中相當(dāng)有發(fā)展前景的一項(xiàng)技術(shù)是使用納米機(jī)器人實(shí)時(shí)觀察油井動(dòng)態(tài)。這些微型機(jī)器人將能夠?yàn)椴僮鲉T提供有用的信息，從而更好地實(shí)施鉆井操作，比如動(dòng)態(tài)調(diào)整添加劑或工作壓力。在EXPEC ARC（沙特阿美石油公司的高級(jí)研究中心之一，主要開(kāi)展上游尖端技術(shù)的研究，涉及地球物理、地質(zhì)學(xué)、油藏、數(shù)值模擬、油氣開(kāi)發(fā)和鉆井等領(lǐng)域，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新技術(shù)和進(jìn)行油田現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試），在油氣儲(chǔ)層中使用納米機(jī)器人方面已經(jīng)獲得了一些重要進(jìn)展，這些納米機(jī)器人被稱為Resbots，用于儲(chǔ)層信息匯報(bào)。主要的難點(diǎn)在于調(diào)整Resbots的物理和化學(xué)特性，使其穿過(guò)儲(chǔ)層的納米孔隙，可喜的是，一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得了良好的效果。

使用納米顆粒分散在合適的流體中也可以保證EOR。Ogolo等人曾使用不同的納米顆粒（例如氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅、氧化鋯、氧化錫、氧化鐵、氧化鎳、具有疏水性的二氧化硅和用硅烷處理的氧化硅）進(jìn)行了一些EOR實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示不僅提高了采收率，而且增加了油氣的產(chǎn)量。使用這些物質(zhì)所產(chǎn)生的影響與巖石潤(rùn)濕性變化、石油粘度減小、界面張力下降、遷移率降低、滲透率變化有關(guān)。阿拉斯加大學(xué)費(fèi)爾班克斯分校提供了使用納米顆粒作為添加劑的另一個(gè)EOR案例，一些研究人員強(qiáng)調(diào)在超臨界CO2中散布金屬納米顆粒對(duì)提高開(kāi)采效率有重要作用，他們表示這樣操作可以降低重油粘度，從而提高采收率。

設(shè)備可靠性提高

石油和天然氣行業(yè)的主要問(wèn)題之一在于設(shè)備材料對(duì)高腐蝕性環(huán)境的承受能力較差。含硫原油的開(kāi)采加劇了這個(gè)問(wèn)題，開(kāi)采含硫原油縮短了設(shè)備的使用壽命，特別是管道和換熱器。為了解決這些問(wèn)題，納米技術(shù)領(lǐng)域的調(diào)查研究應(yīng)運(yùn)而生，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)能夠增加耐腐蝕性的納米結(jié)構(gòu)涂層。如果設(shè)備受到腐蝕損壞或需要維修，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停滯，沙特阿美石油公司與Integran技術(shù)公司合作，在該領(lǐng)域開(kāi)展了一項(xiàng)重要的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究，名為“現(xiàn)場(chǎng)維修老化換熱器的納米技術(shù)應(yīng)用”，研究旨在開(kāi)發(fā)能夠縮短停機(jī)時(shí)間的產(chǎn)品。在強(qiáng)腐蝕和高磨損的侵蝕性環(huán)境中，保護(hù)層的使用很復(fù)雜。直到幾年前，EHC（電鍍工程硬鉻）工藝才用于殼層防護(hù)。因?yàn)镋HC的耐磨性更好，EHC比鎘或鋅鎳電鍍金屬更受青睞。由于鉻的毒性會(huì)對(duì)工人產(chǎn)生負(fù)面影響，在這方面，Integran技術(shù)公司開(kāi)發(fā)了兼具創(chuàng)新性和成本效益的電鍍納米晶鈷涂層，稱為Nanovate CoP（縮寫為nCoP）。

nCoP工藝與其它工藝在NSS（中性鹽霧測(cè)試）中出現(xiàn)紅色銹蝕的時(shí)間對(duì)比。

nCoP工藝與其它工藝在24小時(shí)CASS（銅加速乙酸測(cè)試）后的防護(hù)等級(jí)對(duì)比。

nCoP工藝與其它工藝經(jīng)過(guò)氧化鎂測(cè)試后在NSS（中性鹽霧測(cè)試）中失效的時(shí)間對(duì)比。

減少熱量損失

油氣處理過(guò)程中的熱量損失是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。據(jù)估計(jì)，設(shè)備中約有50％的熱量散失，這大大降低了工藝效率。在該領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)出了氣凝膠材料，可以為設(shè)備保溫隔熱，減少熱量損失。納米技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用也做出了重大貢獻(xiàn)，一些企業(yè)的創(chuàng)新產(chǎn)品就是有力證明，比如美國(guó)工業(yè)納米科技公司開(kāi)發(fā)的納米涂料Nansulate，通過(guò)將具有保溫功能的納米復(fù)合材料Hydro-NM-Oxide與丙烯酸樹(shù)脂和穩(wěn)定劑混合使用，能夠大大降低導(dǎo)熱系數(shù)。

使用Nansulate涂料與無(wú)涂料的導(dǎo)熱性對(duì)比。

提供油井特性的實(shí)時(shí)分析

在采收前注入納米顆粒為實(shí)時(shí)分析抽提的原油提供了可能性。這一領(lǐng)域的集大成者之一馬斯特公司開(kāi)發(fā)了一款儀器，能夠在開(kāi)采過(guò)程中識(shí)別納米顆粒的特性。這些顆粒包含磁芯，外部包裹敏感材料，可以檢測(cè)出硫、水或氣體的存在。在以往磁感應(yīng)器的基礎(chǔ)上，人們開(kāi)發(fā)出可以在完全不透明的流體中進(jìn)行觀測(cè)的技術(shù)，納米感應(yīng)器正是納米技術(shù)革新的典型代表。

納米傳感器與其它物品的大小對(duì)比。

納米感應(yīng)器還有其他應(yīng)用。由于壓裂技術(shù)可以開(kāi)發(fā)更多資源，所以應(yīng)用日益廣泛，重要性也迅速提高。但是，壓裂技術(shù)還可能對(duì)環(huán)境造成重大影響，因此有大量的環(huán)境監(jiān)管需求。在這一方面，納米感應(yīng)器可以在油井附近的地下水保護(hù)當(dāng)中發(fā)揮重要作用。

高性能潤(rùn)滑油中的納米技術(shù)

除了用于特定的混合物產(chǎn)品，納米顆粒還在不同的工業(yè)環(huán)節(jié)帶來(lái)創(chuàng)新，從而推動(dòng)高性能新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)對(duì)相關(guān)行業(yè)產(chǎn)生積極影響。最重要的創(chuàng)新之一體現(xiàn)在新一代耐磨潤(rùn)滑油當(dāng)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，納米顆粒的使用讓摩擦性能得到顯著改善。不同納米顆粒的潤(rùn)滑效果雖然因?yàn)椴牧喜煌嬖诓町?，但總體上潤(rùn)滑程度的改善體現(xiàn)了納米材料的典型特征。

通過(guò)在潤(rùn)滑油中添加氧化鈦這類納米顆粒，當(dāng)油膜承受高壓時(shí)，納米顆?？梢猿惺芤欢ǖ膲毫Ψ蛛x兩個(gè)摩擦面，同時(shí)在壓力作用下沉積在金屬部件上，形成一層保護(hù)膜，使表面更光滑，減少摩擦，安全性能大大提高。

正如這些例子所顯示的那樣，在石油和天然氣行業(yè)中應(yīng)用納米技術(shù)的許多方法已經(jīng)在探索中。進(jìn)一步的研究將有助于完善這些方法并確定新的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更有效和更低成本的石油和天然氣生產(chǎn)。

引用

1.https://mastinc.com/nanotechnology-in-the-oil-gas-industry/

2.http://www.oil-gasportal.com/nanotechnology-in-oil-industry/

3.https://v.qq.com/x/page/r0363bhmxne.html

4.https://www.zeiss.com/microscopy/int/solutions/raw-materials/oil-and-gas/rock-characterization.html

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7.https://www.worldoil.com/magazine/2010/september-2010/features/real-time-operations-saudi-aramco-s-intelligent-fields-real-time-reservoir-management

8.https://www.sohu.com/a/213439045_100081435

9.https://conspiracyanalyst.org/2015/04/24/a-closer-look-at-the-worlds-5-biggest-oil-companies/

10.https://www.sohu.com/a/124600229_115278