石油和天然气行业中的纳米技术革新

　　石油和天然气行业一直是纳米技术的早期采用者。纳米技术也在石油和天然气行业中不断革新，推动行业向前发展，一起来看看最新的纳米黑科技有哪些吧！
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　　纳米究竟有多小？
　　纳米技术的重要作用
　　科技创新为许多行业带来了发展进步，而纳米结构材料就是其中最有趣的代表之一。纳米粒子技术的发展主要涉及材料工程，用于制造新型合金从而保证材料的强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐磨性强。实际上这些材料可能呈现出不同的形式，甚至形成特殊的纳米颗粒流体。
　　鉴于纳米技术的革新，上游石油和天然气行业的设备可以在极端工况下实现正常工作，从而获得巨大的推动力。此外，与仿真工具相关的纳米技术发展让矿物和流体之间的界面现象（比如储层岩石的可润湿性等）得到了更好的表征，从而使人们更好地理解油气采收的机理。由于页岩富含有机质，纳米孔广泛发育，因此纳米孔气体传输是页岩气开发过程中关键一环。为了更好地表征页岩纳米孔中的有机物含量，页岩气和石油的生产增加了对纳米技术革新的需求。
　　通过孔隙尺度成像和分析技术，经过2D和3D的纳米技术测量，可以获得更为详细的储层岩石信息。
　　几乎每个石油和天然气公司都在纳米技术上进行大量投资，希望提高生产效率、降低成本，开发出高性能产品，为其他行业企业服务。
　　EOR（提高采油率）
　　EOR是纳米技术最重要的应用领域之一，因为在原油抽提过程中使用纳米技术可以生产出更多的石油，从而确保投资可以更快得到回报。油气行业企业使用不同的纳米技术发展生产，其中相当有发展前景的一项技术是使用纳米机器人实时观察油井动态。这些微型机器人将能够为操作员提供有用的信息，从而更好地实施钻井操作，比如动态调整添加剂或工作压力。在EXPECARC（沙特阿美石油公司的高级研究中心之一，主要开展上游尖端技术的研究，涉及地球物理、地质学、油藏、数值模拟、油气开发和钻井等领域，重点开发创新技术和进行油田现场测试），在油气储层中使用纳米机器人方面已经获得了一些重要进展，这些纳米机器人被称为Resbots，用于储层信息汇报。主要的难点在于调整Resbots的物理和化学特性，使其穿过储层的纳米孔隙，可喜的是，一些实验已经取得了良好的效果。
　　Resbots在工作的模拟场景。
　　使用纳米颗粒分散在合适的流体中也可以保证EOR。Ogolo等人曾使用不同的纳米颗粒（例如氧化镁、氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化锡、氧化铁、氧化镍、具有疏水性的二氧化硅和用硅烷处理的氧化硅）进行了一些EOR实验，结果显示不仅提高了采收率，而且增加了油气的产量。使用这些物质所产生的影响与岩石润湿性变化、石油粘度减小、界面张力下降、迁移率降低、渗透率变化有关。阿拉斯加大学费尔班克斯分校提供了使用纳米颗粒作为添加剂的另一个EOR案例，一些研究人员强调在超临界CO2中散布金属纳米颗粒对提高开采效率有重要作用，他们表示这样操作可以降低重油粘度，从而提高采收率。
　　设备可靠性提高
　　石油和天然气行业的主要问题之一在于设备材料对高腐蚀性环境的承受能力较差。含硫原油的开采加剧了这个问题，开采含硫原油缩短了设备的使用寿命，特别是管道和换热器。为了解决这些问题，纳米技术领域的调查研究应运而生，目标是开发能够增加耐腐蚀性的纳米结构涂层。如果设备受到腐蚀损坏或需要维修，会导致生产停滞，沙特阿美石油公司与Integran技术公司合作，在该领域开展了一项重要的产品开发研究，名为现场维修老化换热器的纳米技术应用，研究旨在开发能够缩短停机时间的产品。在强腐蚀和高磨损的侵蚀性环境中，保护层的使用很复杂。直到几年前，EHC（电镀工程硬铬）工艺才用于壳层防护。因为EHC的耐磨性更好，EHC比镉或锌镍电镀金属更受青睐。由于铬的毒性会对工人产生负面影响，在这方面，Integran技术公司开发了兼具创新性和成本效益的电镀纳米晶钴涂层，称为NanovateCoP（缩写为nCoP）。
　　nCoP工艺与其它工艺在NSS（中性盐雾测试）中出现红色锈蚀的时间对比。
　　nCoP工艺与其它工艺在24小时CASS（铜加速乙酸测试）后的防护等级对比。
　　nCoP工艺与其它工艺经过氧化镁测试后在NSS（中性盐雾测试）中失效的时间对比。
　　减少热量损失
　　油气处理过程中的热量损失是一个非常重要的问题。据估计，设备中约有50的热量散失，这大大降低了工艺效率。在该领域的研究开发出了气凝胶材料，可以为设备保温隔热，减少热量损失。纳米技术在这一领域的应用也做出了重大贡献，一些企业的创新产品就是有力证明，比如美国工业纳米科技公司开发的纳米涂料Nansulate，通过将具有保温功能的纳米复合材料HydroNMOxide与丙烯酸树脂和稳定剂混合使用，能够大大降低导热系数。
　　裸墙
　　涂有Nansulate的墙面
　　差异
　　通过测量区域的热流
　　32。0030W
　　20。8605W11。1425W
　　相差34。8
　　传热系数
　　1。6179Wm2K
　　1。2544Wm2K0。3636Wm2K
　　相差22。47
　　热阻
　　0。6181m2KW
　　0。7972m2KW0。1791m2KW
　　相差28。8
　　使用Nansulate涂料与无涂料的导热性对比。
　　提供油井特性的实时分析
　　在采收前注入纳米颗粒为实时分析抽提的原油提供了可能性。这一领域的集大成者之一马斯特公司开发了一款仪器，能够在开采过程中识别纳米颗粒的特性。这些颗粒包含磁芯，外部包裹敏感材料，可以检测出硫、水或气体的存在。在以往磁感应器的基础上，人们开发出可以在完全不透明的流体中进行观测的技术，纳米感应器正是纳米技术革新的典型代表。
　　纳米传感器与其它物品的大小对比。
　　纳米感应器还有其他应用。由于压裂技术可以开发更多资源，所以应用日益广泛，重要性也迅速提高。但是，压裂技术还可能对环境造成重大影响，因此有大量的环境监管需求。在这一方面，纳米感应器可以在油井附近的地下水保护当中发挥重要作用。
　　高性能润滑油中的纳米技术
　　除了用于特定的混合物产品，纳米颗粒还在不同的工业环节带来创新，从而推动高性能新产品的开发对相关行业产生积极影响。最重要的创新之一体现在新一代耐磨润滑油当中。实验结果证明在不同的应用场景中，纳米颗粒的使用让摩擦性能得到显著改善。不同纳米颗粒的润滑效果虽然因为材料不同存在差异，但总体上润滑程度的改善体现了纳米材料的典型特征。
　　通过在润滑油中添加氧化钛这类纳米颗粒，当油膜承受高压时，纳米颗粒可以承受一定的压力分离两个摩擦面，同时在压力作用下沉积在金属部件上，形成一层保护膜，使表面更光滑，减少摩擦，安全性能大大提高。
　　正如这些例子所显示的那样，在石油和天然气行业中应用纳米技术的许多方法已经在探索中。进一步的研究将有助于完善这些方法并确定新的应用，从而实现更高效、更有效和更低成本的石油和天然气生产。
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