納米技術的重要作用

科技創(chuàng)新為許多行業(yè)帶來了發(fā)展進步，而納米結構材料就是其中最有趣的代表之一。納米粒子技術的發(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度高、重量輕、耐腐蝕性和耐磨性強。實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。

鑒于納米技術的革新，上游石油和天然氣行業(yè)的設備可以在極端工況下實現(xiàn)正常工作，從而獲得巨大的推動力。此外，與仿真工具相關的納米技術發(fā)展讓礦物和流體之間的界面現(xiàn)象（比如儲層巖石的可潤濕性等）得到了更好的表征，從而使人們更好地理解油氣采收的機理。由于頁巖富含有機質，納米孔廣泛發(fā)育，因此納米孔氣體傳輸是頁巖氣開發(fā)過程中關鍵一環(huán)。為了更好地表征頁巖納米孔中的有機物含量，頁巖氣和石油的生產(chǎn)增加了對納米技術革新的需求。

通過孔隙尺度成像和分析技術，經(jīng)過2D和3D的納米技術測量，可以獲得更為詳細的儲層巖石信息。

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

EOR（提高采油率）

EOR是納米技術最重要的應用領域之一，因為在原油抽提過程中使用納米技術可以生產(chǎn)出更多的石油，從而確保投資可以更快得到回報。油氣行業(yè)企業(yè)使用不同的納米技術發(fā)展生產(chǎn)，其中相當有發(fā)展前景的一項技術是使用納米機器人實時觀察油井動態(tài)。這些微型機器人將能夠為操作員提供有用的信息，從而更好地實施鉆井操作，比如動態(tài)調整添加劑或工作壓力。在EXPEC ARC（沙特阿美石油公司的高級研究中心之一，主要開展上游尖端技術的研究，涉及地球物理、地質學、油藏、數(shù)值模擬、油氣開發(fā)和鉆井等領域，重點開發(fā)創(chuàng)新技術和進行油田現(xiàn)場測試），在油氣儲層中使用納米機器人方面已經(jīng)獲得了一些重要進展，這些納米機器人被稱為Resbots，用于儲層信息匯報。主要的難點在于調整Resbots的物理和化學特性，使其穿過儲層的納米孔隙，可喜的是，一些實驗已經(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）進行了一些EOR實驗，結果顯示不僅提高了采收率，而且增加了油氣的產(chǎn)量。使用這些物質所產(chǎn)生的影響與巖石潤濕性變化、石油粘度減小、界面張力下降、遷移率降低、滲透率變化有關。阿拉斯加大學費爾班克斯分校提供了使用納米顆粒作為添加劑的另一個EOR案例，一些研究人員強調在超臨界CO2中散布金屬納米顆粒對提高開采效率有重要作用，他們表示這樣操作可以降低重油粘度，從而提高采收率。

設備可靠性提高

石油和天然氣行業(yè)的主要問題之一在于設備材料對高腐蝕性環(huán)境的承受能力較差。含硫原油的開采加劇了這個問題，開采含硫原油縮短了設備的使用壽命，特別是管道和換熱器。為了解決這些問題，納米技術領域的調查研究應運而生，目標是開發(fā)能夠增加耐腐蝕性的納米結構涂層。如果設備受到腐蝕損壞或需要維修，會導致生產(chǎn)停滯，沙特阿美石油公司與Integran技術公司合作，在該領域開展了一項重要的產(chǎn)品開發(fā)研究，名為“現(xiàn)場維修老化換熱器的納米技術應用”，研究旨在開發(fā)能夠縮短停機時間的產(chǎn)品。在強腐蝕和高磨損的侵蝕性環(huán)境中，保護層的使用很復雜。直到幾年前，EHC（電鍍工程硬鉻）工藝才用于殼層防護。因為EHC的耐磨性更好，EHC比鎘或鋅鎳電鍍金屬更受青睞。由于鉻的毒性會對工人產(chǎn)生負面影響，在這方面，Integran技術公司開發(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（中性鹽霧測試）中出現(xiàn)紅色銹蝕的時間對比。

nCoP工藝與其它工藝在24小時CASS（銅加速乙酸測試）后的防護等級對比。

nCoP工藝與其它工藝經(jīng)過氧化鎂測試后在NSS（中性鹽霧測試）中失效的時間對比。

減少熱量損失

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

使用Nansulate涂料與無涂料的導熱性對比。

提供油井特性的實時分析

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

納米傳感器與其它物品的大小對比。

納米感應器還有其他應用。由于壓裂技術可以開發(fā)更多資源，所以應用日益廣泛，重要性也迅速提高。但是，壓裂技術還可能對環(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，納米感應器可以在油井附近的地下水保護當中發(fā)揮重要作用。

高性能潤滑油中的納米技術

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)帶來創(chuàng)新，從而推動高性能新產(chǎn)品的開發(fā)對相關行業(yè)產(chǎn)生積極影響。最重要的創(chuàng)新之一體現(xiàn)在新一代耐磨潤滑油當中。實驗結果證明在不同的應用場景中，納米顆粒的使用讓摩擦性能得到顯著改善。不同納米顆粒的潤滑效果雖然因為材料不同存在差異，但總體上潤滑程度的改善體現(xiàn)了納米材料的典型特征。

通過在潤滑油中添加氧化鈦這類納米顆粒，當油膜承受高壓時，納米顆?？梢猿惺芤欢ǖ膲毫Ψ蛛x兩個摩擦面，同時在壓力作用下沉積在金屬部件上，形成一層保護膜，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)中應用納米技術的許多方法已經(jīng)在探索中。進一步的研究將有助于完善這些方法并確定新的應用，從而實現(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

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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