ساخت ممانعت کننده های نانوساختار و بررسی آزمایشگاهی عملکرد آنها در ممانعت از تشکیل رسوبات معدنی در مخازن نفتی

هدف اصلی این پژوهش، ساخت بازدارنده های نانوساختار کلسیم-فسفونات و بررسی عملکرد بازدارندگی آن ها در جلوگیری از تشکیل رسوبات معدنی در توده محلول و نیز روی سطوح فلزی در معرض جریان شورابه های فوق اشباع است. در بخش آزمایشگاهی، کار در سه بخش انجام شده است: (1) ساخت نانوذرات کلسیم- فسفونات، (2) بررسی نقش بازدارندگی نانوذرات ساخته شده در جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم در محلول و (3) مطالعه اثر بازدارندگی نانوذرات ساخته شده در کاهش نشست رسوب روی سطح فلزی در معرض محلول فوق اشباع کربنات کلسیم. در بخش مدل سازی، شبیه سازی فرایند انتقال نانوذرات بازدارنده در محیط متخلخل مورد مطالعه قرار گرفته است. در فرایند ساخت، سه نانوذره ca-dtpmp، ca-bhpmp و ca-dequest 2054 در حضور عامل فعال سطحی ctab به روش رسوب دهی تولید شدند. اثر پارامترهای ph، غلظت کلسیم، dtpmp و ctab و اثر فراصوت در فرایند ساخت ca-dtpmp مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که نمونه های ca-dtpmp در محدوده وسیعی از ph به شکل ذرات کروی تولید می-شوند. با افزایش ph، اندازه میانگین ذرات به کمتر از nm 100 کاهش یافته، به هم چسبیدگی ذرات شدیدا کم می شود و توزیع اندازه یکنواخت تری به دست می آید. اثر غلظت کلسیم، ctab و dtpmp به طور جداگانه و به طور ترکیب نسبت مولی مطالعه شد. با انتخاب نسبت غلظت ها در محدوده 55/0 > ctab/ca> 21/0، نانوذراتی با کیفیت بالاتر تولید می شود. با افزایش نسبت مولیca/dtpmp ، نانوذرات ریز تر با پراکندگی بیشتر به دست آمد. بازدارندگی نانوذرات ساخته شده در جلوگیری از تشکیل رسوب کربنات کلسیم در محلول با اندازه گیری غلظت یون کلسیم در محلول به روش اندازه گیری مستقیم الکتروشیمیایی توسط یون متر با استفاده از الکترود انتخابگر یون کلسیم و نیز اندازه-گیری مستقیم ph محلول بر حسب زمان بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان داد که در حضور بازدارنده های nano-ca-dtpmp، رسوب دهی به شدت به تأخیر افتاده و کاهش می یابد. تصاویر fesem رسوبات تشکیل شده نشان داد که این نانوذرات از طریق ایجاد نقص های در شبکه و تغییر شکل بلوری عمل می کنند. مقایسه عملکرد سه نوع بازدارنده nano-ca-dtpmp، nano-ca-bhpmp و nano-ca-dequest 2054 نشان داد که nano-ca-dequest 2054 درصد بازدارندگی بیشتری را نسبت به دو نوع دیگر دارا است. بازدارندگی نانوذرات ساخته شده در رسوب دهی کربنات کلسیم روی سطح فلزی به روش الکترود دیسک گردان مورد بررسی قرار گرفت. میزان درصد پوشش سطح توسط رسوب به روش آنالیز الکتروشیمیایی تعیین گردید. نتایج نشان داد که نانوذرات بازدارنده میزان پوشش سطح را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. در مقایسه عملکرد انواع بازدارنده ها، بازدارنده های میکروساختار ca-dtpmp و dtpmp تجاری عملکرد به شدت ضعیف تری نسبت به بازدارنده نانوساختار نشان دادند. مقایسه عملکرد سه نوع نانوذره nano-ca-dtpmp، nano-ca-bhpmp و nano-ca-dequest 2054 عملکرد تقریبا مشابه و نزدیک به هم را برای دو بازدارنده nano-ca-dtpmp و nano-ca-dequest 2054 نشان داد در حالی که nano-ca-bhpmp به نحو موثرتری میزان پوشش سطح را کاهش داده است. بررسی اثر دما و فشار نشان می دهد که افزایش دما موجب افزایش میزان رسوب تشکیل شده روی سطح و افزایش فشار موجب کاهش آن می شود. در مطالعات شبیه سازی، انتقال نانوذرات ca-dtpmp در محیط متخلخل شبیه سازی شد. هندسه محیط متخلخل به صورت بستری از ذرات کروی صلب غیرمتداخل تولید شده و اعتبارسنجی با مقایسه افت فشار محاسبه شده با روابط موجود بررسی و تأیید شد. اثر پارامترهای سرعت و جزء حجمی نانوذرات در ورودی بستر و اندازه نانوذرات بر انتقال نانوسیال آب/نانوذرات ca-dtpmp در محیط متخلخل بررسی شد. مطالعه اثر پارامترها به روش تاگوچی با در نظر گرفتن پارامتر ترکیبی زمان نفوذ و غلظت نانوذرات در نیمه بستر به عنوان پاسخ انجام شد. نتایج نشان داد که سرعت ورودی بیشترین تأثیر را در انتقال و پخش نانوذرات در بستر دارد. طراحی شرایط بهینه با استفاده از روش تاگوچی انتخاب پارامترهای سرعت و جزء حجمی ورودی را در مقدار بیشینه و قطر نانوذرات را در اندازه های کم برای افزایش پراکندگی و انتقال سریع تر نانوذرات در طول بستر نشان داد.