۱-۳-۳-۳- سیستم تصفیه و بازیافت آب………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۲۵

………………………………………..۲۶

۱-۳-۴-۱- مکانیسم انعقاد…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۷

۱-۳-۴-۲- انواع منعقد کننده ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۲۷

۱-۳-۴-۳- عوامل موثر در انعقاد :…………………………………………………………………………………………………………………………………………………۲۹

۱-۳-۴-۴- بهینه سازی فرایند انعقاد و لخته سازی…………………………………………………………………………………………………………………………. ۳۰

۱-۴- پلیمر……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۳۱

۳۱

۳۳

۱-۴-۲-۱- کاربرد پلیمرهایی مثل پلی آکریل آمید در سیالات حفاری :……………………………………………………………………………………………… ۳۳

۱-۴-۲-۲- تولید سیال پلیمری برای جایگزینی سیال روغنی در صنعت حفاری…………………………………………………………………………………. ۳۳

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۱-۴-۲-۳- شیرین سازی گازها با غشاهای پلیمری………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۴

۱-۴-۲-۴- دیگر کاربردهای پلیمرها در صنعت حفاری و پالایش نفت……………………………………………………………………………………………… ۳۴

و انعقاد سازی…………………………………………………………………………………………………………………………. ۳۵

۱-۴-۳-۱- کاربرد پلی الکترولیت ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۳۵

۱-۴-۳-۲- مکانیسم انعقاد توسط این دسته از پلیمرها……………………………………………………………………………………………………………………. ۳۶

۱-۴-۳-۳- انتخاب نوع و مقدار پلی الکترولیت مناسب………………………………………………………………………………………………………………….. ۳۶

۱-۵- فناوری نانو………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ۳۷

۳۷

۳۷

۱-۵-۱-۲- تعریف نانو تکنولوژی و تشریح مفهوم کلی آن……………………………………………………………………………………………………………… ۳۸

۱-۵-۱-۳- اصول بنیادی در نانو…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ۳۹

۱-۵-۲- کاریرد فناوری نانو در زمینه حفاری چاه های نفت…………………………………………………………………………………………………………… ۴۰

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………۴۲

۲-۱- مروری بر کارهای گذشته:………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۴۲

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۵۸

۵۸

فهرست منابع…………………………………………………………………………………………………………………….۸۴

فهرست جداول

عنوان جدول صفحه

جدول ۳-۱٫ مشخصات اصلی مربوط به تولید آزمایشگاهی پلی سولفات فریک……………………………………………………………. ۶۰

جدول ۴-۱٫ پایداری گروه های مختلف ZnOPFS و PFA………………………………………………………………………………………. 69

فهرست شکل ها

عنوان شکل شکل

شکل ۳-۱٫ تصویر SEM از نانوذرات اکسیدروی در مقیاس ۵ میکرومتر………………………………………………………………………. ۵۹

شکل ۳-۲٫ تصویر SEM از نانوذرات اکسیدروی در مقیاس ۵۰۰ نانومتر………………………………………………………………………. ۵۹

شکل ۴-۱٫ طیف FTIR نمونه ZnOPFS(N=20) در مقادیر pH اولیه متفاوتpH 3.0) (pH 2.0 ,…………………………………. 65

شکل ۴-۲٫ طیف XRD از نمونه ZnOPFS (n=2.0 و pHاولیه =۲٫۰)…………………………………………………………………………. ۶۷

شکل ۴-۳٫ عکس TEM در ابعاد میکرو از ZnOPFS………………………………………………………………………………………………… 68

شکل ۴-۴٫ تغییرات Ph با گذشت زمان الف) ZnOPFS با مقدار n متفاوت ب)ZnOPFS در Ph اولیه ی متفاوت………… ۷۱

شکل ۴-۵٫ الف) تاثیر pH بر پتانسیل زتای نمونه ی ZnOPFS ( ب).تاثیر n بر روی پتانسیل زتای تعلیق دیاتومیت و پساب روغنی بعد از اضافه کردن ZnOPFS……………………………………………………………………………………………………………………………74

شکل ۴-۶٫ تاثیر pH اولیه ی نمونه ی ZnOPFS بر روی باقی مانده کدورت پساب روغنی……………………………………………….۷۵

شکل ۴-۷٫ تاثیر مقدار منعقد کننده بر باقی مانده ی کدورت پساب های روغنی در pH های متفاوت : الف ) pH=4.5 ; ب) pH=7.0 ; پ) pH=9.5……………………………………………………………………………………………………………………………………………..78

شکل ۴-۸٫ . مقایسه ی میزان ته نشینی بین ZnOPFS و پلی آکریل آمید و پلی سولفات سیلیکات روی…………………………….. ۸۰

شکل ۴-۹٫ تاثیر مقدار منعقد کننده ی مصرفی بر حذف ذرات معلق جامد………………………………………………………………………. ۸۱

شکل ۴-۱۰٫ تاثیر مقدار منعقد کننده ی مصرفی بر حذف COD……………………………………………………………………………………….82

فهرست علائم اختصاری

علامت

معادل انگلیسی

معادل فارسی

ζ-potential

Zeta potential

پتانسیل زتا

AMWD

Apparent molecular weight distribution

توزیع وزن مولکولی ظاهری

AOM

Amorphous organic matter

ماده آلی بی شکل

CFM

coagulation/flocculation-microfiltration

منعقدسازی/لخته سازی-میکروفیلتراسیون

CFSM

coagulation/flocculation-sedimentation-microfiltration

منعقد سازی/لخته سازی-رسوب گزاری –میکرو فیلتراسیون

COD

Chemical oxygen demand

اکسیژن خواهی شیمیایی

DMBR

dynamic membrane bioreactor

روش بیوراکتور غشایی فعال

DOC

Dissolved organic carbon

کربن آلی محلول

DY

Disperse Yellow

زرد پراکنده

FI

Flocculation Index

شاخص لخته­سازی

FT-IR

Fourier transform infrared spectroscopy

تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز

HAR

hydrolysis acidification reactor

راکتور اسیدیفیکاسیون آبکافتی

HRT

hydraulic retention time

زمان ماند هیدرولیکی

IPF

Inorganic polymer coagulant

منعقدکننده ی پلیمری معدنی

LA

an organic polymer flocculant

یک پلیمر آلی لخته­ساز

LC50

lethal concentration 50

غلظتی که باعث مرگ ۵۰ درصد از جمعیت یک گونه می شود

PFA

Poly feeic acid

پلی فریک اسید

PFC

Poly ferric chloride

پلی فریک کلرید

PFS

Poly Ferric Sulfate

پلی فریک سولفات

PHPA

partially-hydrolyzed polyacrylamide

پلی اکریل آمید نیمه هیدرولیز شده

PWPF

produced water from polymer flooding

آب تولید شده از جاری شدن سیل پلیمر

RB

Reactive Blue

آبی واکنش پذیر

SEM

scanning electron microscope

میکروسکوپ الکترونی روبشی

TEM

Transmission electron microscopy

میکروسکوپ الکترونی انتقالی

XPS

X-ray photoelectron spectroscopy

طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X

VEM

Video electron microscopy

ویدئو الکترون میکروسکوپی

XRD

X-ray diffraction

پراش اشعه X

ZnOPFS

Zinc oxide Poly Ferric Sulfate

نانوذرات اکسید روی پیوند داده شده به پلی فریک سولفات

چکیده:

در مقاله­ حاضر به بررسی و مطاله­ی نوع جدیدی از مواد منعقدکننده پرداخته شده است و عملکرد فرایند انعقاد با بهره گرفتن از این نوع منعقدکننده مورد ارزیابی قرار گرفت. این نوع جدید، ترکیبی از نانوذرات اکسید روی و پلی فریک سولفات(ZnOPFS) است. ساختار نانوذرات اکسید روی به وسیله­ روش­های^[۱]FTIR، ^[۲]XRD و TEM^[3] تعیین شد و بر این اساس، مشخص گردید که ZnOPFS، ترکیب پیچیده و مختلطی است که عمدتا از نانوذرات اکسید روی و سولفات فریک تشکیل شده است. اثرات نسبت مولی روی/آهن(Zn/Fe) و (زمان) کهنگی^[۴] بر pH و پتانسیل زتا^[۵] نیز با بهره گرفتن از روشی معین مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست­آمده نشان داد که در فرایند بسپارش همزمان^[۶]، یون روی می ­تواند مانع از شکل­ گیری انعقاد پلی فریک اسید^[۷] و متعاقبا بهبود ثبات ZnOPFS ­شود. به علاوه، نتایج حاصله نشان داد که ZnOPFS به دلیل داشتن یون روی اضافی، می ­تواند توان خنثی­سازی بارالکتریکی^[۸] را در فرایند تعلیق دیاتومیت^[۹] و فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی افرایش دهد. علاوه بر این، ZnOPFS از نظر انعقادی کارایی بهتری نسبت به پلیمرهای انعقادی متداول یعنی، پلی آکریل اسید^[۱۰] و پلی روی سیلیکات سولفات^[۱۱] در فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی دارد.

فصل اول

مقدمه:

نگرانی­ها در مورد مسائلی از قبیل کمبود منابع، افزایش آگاهی­ های زیست­محیطی و تبدیل شدن دغدغه مسائل زیست­محیطی به یک موضوع همگانی، موجب شده است تا بسیاری از شرکت­ها و تولیدکنندگان فردی به بررسی کارایی و انطباق زیست­محیطی فرآیندهای صنعتی خود بپردازند. تولید زباله به عنوان یکی از ناقلین مهم آلودگی، مرکز توجه بسیاری از مطالعات و طرح­ها بوده است. در خصوص پسماندهای مایع از قبیل آب­های آلوده به مواد روغنی، مشکل مضاعف، اتلاف منبعی حیاتی همچون آب و تخلیه­ی آلاینده­های مضر به محیط زیست است که منجر به به­کار گیری روش­های مختلف کمینه­سازی^[۱۲] آب­های آلوده شده است که عبارتند از:

کاهش منابع^[۱۳]:

در واقع، یکی­از راهبردهای کاهش آب­های آلوده با بیشترین تاثیر مستقیم زیست­محیطی، کاهش منابع است، که منظور از این، کاهش میزان آب مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی و بنابراین، کاهش میزان آب تخلیه شده به عنوان پسماند است. این فرایند عمدتا شامل شناسایی فرایندهایی از قبیل شست­وشو، خنک­سازی و انحلال ترکیبات شیمیایی است که در آن­ها آب، عنصر اصلی است و نیز تعیین حداقل میزان آب لازم جهت تکمیل فرآیندهای مذکور است. کاهش جریان پسماندها، در پسماندهای مایع بالقوه مضری همچون آب­های آلوده به مواد روغنی که به دفع^[۱۴] و تصفیه^[۱۵]­ی خاص نیاز دارند، نیز سبب کاهش فضای دفع و یا انرژی تصفیه­ی مورد نیاز جهت بی­خطر سازی پسماندها می­گردد. تمیز کردن سطوح با پارچه خشک حتی در کارهای روزمره­ای همچون روغن­کاری قطعات فلزی، موجب کاهش میزان آب و پسماندهای آلوده به مواد روغنی شده و باعث افزایش طول عمر بسیاری از روان­کننده­ های روغنی می­ شود.

بازیافت و استفاده مجدد^[۱۶]:

راهبرد دوم جهت کاهش آب­های آلوده، بازیافت و استفاده مجدد از پسماندهای مایع مضر است که به فرآیندهای صنعتی این امکان را می­دهد تا میزان آب سالم و پاکیزه مورد استفاده را به حداقل رسانده و به دنبال آن میزان آب آلوده­ی حاصله را کاهش دهند. برای مثال، لازم نیست که آب مورد نیاز جهت خنک­سازی قطعات ماشین­ کاملا پاکیزه باشد تا کارکرد بهتر و موثرتری داشته باشد. بنابراین، استفاده از آب نسبتا آلوده جهت اهداف مختلف موجب کاهش کلی مصرف آب و تولید پسماند می­ شود و حتی در فرآیندهایی با مقیاس کوچکتر، برای تمیزکردن سطوح متعدد، استفاده از یک سطل آب به جای بازگذاشتن آب(آب جاری)، مصرف آب و حجم آب آلوده به مواد روغنی ایجادشده را به طور قابل توجهی کاهش می­دهد.

تصفیه^[۱۷]:

کانال اصلی هدایت آلاینده­ها(روش تصفیه End-of-pipe)^[18] یکی دیگر از راهبردهای مهم کاهش پسماندهای سیال صنعتی مانند آب­های آلوده به مواد روغنی است. با توجه به نوع روغن­های محلول در آب می­توان از فرآیندهای پالایشی^[۱۹] و شیمیایی مختلفی به منظور پاک­کردن همه یا بیشتر روغن­های معلق در پسماندها استفاده کرد و در همن راستا می­توان جریان آب پاکیزه­ای که برای محیط­زیست خطر کمتری دارد و برای دیگر فرآیندها نیز قابل استفاده مجدد است را ایجاد نمود. حتی در مکان­های خانگی، عبور آب آلوده از فیلتر شنی^[۲۰] و یا حتی سطل شنی حفره­دار حاوی مقداری شن­وماسه می ­تواند به طور قابل توجهی آب را پاکیزه کرده و آب­ آلوده را به یک منبع پاکیزه و قابل استفاده تبدیل کند.

اولویت­ بندی و هم افزایی:

هیچ­یک از سه مورد مذکور به تنهایی کارساز نیستد و با ترکیب هر سه روش، می­توان به موثرترین راهبرد کاهش آب­های آلوده دست یافت. گام اول، محدود کردن منابع مورد استفاده، تعیین دقیق میزان آب مورد نیاز و شناسایی هر نوع فرایند مصرفی است. شناسایی نوع آب­های آلوده در حال ایجاد و این­که آیا می­توان مجددا از آن­ها استفاده کرد یا خیر کمک شایانی به کاهش میزان آب­های آلوده می­ کند. و در نهایت، طراحی رویکردی عملیاتی، موجب به حداقل رساندن تاثیرات زیست محیطی خواهد شد.

در واقع، فاضلاب­های آلوده به مواد روغنی، ترکیبی از آب و مقداری روغن سطحی، لجن نفتی و مواد ته­نشین شده اند که اغلب نیز حاوی مقدار قابل توجهی سنگ­ریزه و ذرات جامد همراه با نفت هستند که می­بایست به کمک تاسیسات فرآوری نفتی کنترل و مهار شوند.

پلی آکریل آمید با نام آیوپاک poly (2-propenamide) یا poly (1-carbamoylethylene) پلیمری است که از زیرواحدهای آکریل آمیدی ساخته شده است(-CH2CHCONH2-). این نوع پلیمر را می­توان طوری سنتز کرد که دارای ساختار خطی- زنجیره­ای ساده و یا اتصال عرضی باشد و این کار معمولا با بهره گرفتن از (N,N’-methylenebis acryl amide) صورت می­گیرد. پلی آکریل آمید سمی نیست. و در صورتی که دارای اتصال عرضی باشد، امکان حضور مونومر در ساختار آن بسیار کاهش می یابد. از آنجایی که این پلیمر قدرت جذب آب بالایی دارد، در زمان هیتدارته شدن به صورت ژلی نرم ظاهر می­ شود که در تولید الکتروفورز ژل پلی آکریل آمید^[۲۱] و ساخت لنزهای تماسی کاربرد دارد. در صورتی که دارای ساختار خطی- زنجیره­ای باشد، می­توان از آن به عنوان عامل غلیظ­کننده^[۲۲] و معلق­کننده^[۲۳] نیز استفاده نمود و اخیرا نیز به عنوان پرکننده زیرپوستی^[۲۴] در جراحی­های زیبایی چهره مورد استفاده قرار گرفته است. پلی آکریل آمید،یک پلیمری خطی است که شامل واحد های مونومری با گروه های عاملی آمیدی است و روی سطح ذرات جذب می­شوند. این ذرات در ظول زنجیره­ ی پلیمری، پل هایی جهت نزدیکتر شدن به هم تشکیل می­ دهند. این فرایند، لخته سازی^[۲۵] نامیده می­ شود و به طور گسترده ای در تصفیه فاضلاب­ مورد استفاده قرار می­گیرد. پلی آکریل آمید توانایی اتصال ذرات معلق در محلول را از طریق فرایند جذب سطحی دارند. پلیمرها اغلب دارای بارهای الکترواستاتیک^[۲۶] می­باشند، که این در فرایند لخته سازی به ذرات معلق اجازه می­دهد که بارهای سطحی خود را خنثی نموده و به هم بچسبند. زمانی که پلی آکریل آمید آبی محلول به فاضلاب اضافه می­ شود، گروه ­های آمیدی فعال روی زنجیره­ ی پلیمری، به سطح ذرات معلق در فاضلاب چسبیده و با پل­های اتصالی که از این طریق بین آن­ها به وجود می ­آید، با ساختار تازه شکل گرفته خود، شروع به دفع از آب می­ کنند. اکنون وقتی که ذره­ای کوچک، به لخته­ای بزرگتر تبدیل می­ شود می ­تواند میزان ته­نشینی مواد در فرایند شفاف­سازی، میزان سیالیت در سیستم DFA و پاکیزه کردن آب در تجهیزات غلیظ­کنند­ه­ی لجن را بهبود بخشد. پلی آکریل آمید به طور گسترده در تصفیه فاضلاب خانگی،به صورت خمیر در آوردن پسماند معدن­کاری و کاغذ سازی، و درمان پساب پتروشیمی، مواد شیمیایی، صنایع نساجی، ماسه­های نفتی و صنایع معدنی استفاده می­ شود. علاوه بر این، پلی سولفات سیلیکات روی، نوع جدیدی از لخته­سازهای معدنی^[۲۷] است که از طریق فرایند بسپارش همزمان (کوپلیمریزاسیون) تولید شده و متشکل از سیلیکات، سولفات و روی است.مقایسه ی رفتارهای لخته سازی مربوط به پلی آلومینیوم کلراید، پلی سولفات فریک، پلی سیلیکات فریک و پلی سیلیسیم بور فریک زینک سولفات مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج مقالات مختلف مربوط به بررسی تاثیر درجه حرارت، قدرت اسیدی^[۲۸]، زمان نگهداری و مقدار مصرفی(دوز) بر فرایند لخته­سازی مطالعه شد و نتایج نشان داد که ترکیب نانوذرات اکسید روی و پلی سولفات فریک(ZnOFS)، بهترین عملکرد لخته­ای را دارند.

• 1. نفت و حفاری

     1. مروری بر تاریخچه ی استخراج نفت در ایران و جهان

نفت در ایران از هزاران سال پیش به واسطه نشت طبیعی آن در مناطق جنوبی شناخته شده بود. در دایره المعارف بزرگ لاروس آمده است ” نخستین چاه نفت به فرمان داریوش شاهنشاه هخامنشی در استان شوش حفاری شده است. کاوش های باستان شناسی نشان داده است که مردمان کشور ایران حدودا پنج هزار سال قبل از قیر برای تهیه ملاط و اندود کردن کشتی ها و همچنین از نفت برای ایجاد روشنایی و درمان بعضی از امراض استفاده می کرده اند. هردوت تاریخ نویس یونانی دنیای باستان در کتاب خود چگونگی کندن چاه و استخراج نفت در ایران را شرح داده است، به گفته وی در محلی به نام ” اردریکا” در نزدیکی شوش، چاهی بوده است که نفت و آب نمک را از آن به کمک چرخ و دلو استخراج کرده و در حوضچه های سرباز نزدیک آن میریختند، تا مواد سبک نفت، تبخیر شده و از قیر و نمک سفت شده استفاده می کردند.

در دنیای مدرن اولین چاه نفت توسط شخصی به نام دریک (DRAKE ) که پایه گذار موسسه ای بنام PENNSYLVANIA ROCK OIL COMPANY بود، به تاریخ ۲۷ اوت ۱۸۵۹ میلادی در ایالت پنسیلوانیای آمریکا حفر شد، از این حلقه چاه که بعد از حدود ۵ سال تلاش در عمق ۲۳ متری به نفت رسید، در اولین روز حدود چهار هزار لیتر نفت به دست آمد. و این مقدمه ی پیدایش صنعت بزرگی به نام صنعت نفت در جهان بود که تمام معادلات سیاسی و اقتصادی دنیا را تحت شعاع قرار داد.

لوفتوس^[۲۹] اولین فرد خارجی بود که بطور تخصصی از مناطق نفت خیز ایران بازدید به عمل آورد. وی در گزارشی که به سال ۱۸۵۵ منتشرنمود اظهار داشته است که تنها چمشه قیربررسی شده توسط ایشان در کنار کوه های بختیاری و مسجد دور افتاده ای در نزدیکی کوه آسماری مسجد سلیمان قرار داشته است.

در سال ۱۸۹۰ میلادی(۱۲۶۹ شمسی)، امتیاز اکتشاف و استخراج کلیه معادن ایران از جمله نفت، توسط ناصرالدین شاه به یک انگلیسی به نام ” بارون جولیوس رویتر” داده شد که به علت عدم موفقیت در اکتشاف نفت و مخالفتهای داخلی و خارجی این قرارداد با شکست مواجه شده و طرف ایرانی مجبور به پرداخت غرامت سنگینی شد. ولی در سال ۱۹۰۱ میلادی(۱۲۸۰ شمسی) طبق امتیاز نامه دیگری اجازه اکتشاف، استخراج، تصفیه، حمل و نقل و فروش نفت و همچنین احداث خط لوله در تمام خاک ایران بجز پنج ایالت شمالی، به یکی دیگر از اتباع انگلستان به نام ویلیام ناکس دارسی^[۳۰] و به مدت ۶۰ سال داده شد. از آن پس فعالیتها برای اکتشاف و استخراج نفت در منطقه دور افتاده ای بنام چاه سرخ در حوالی کرمانشاه شروع گردید که در تابستان ۱۹۰۳ حفاری ها در عمق ۵۰۷ متری به گاز نفت و سپس به نفت رسید. چند ماه بعد دومین چاه نیز در عمق مشابهی حفر شده و به نفت رسید. بهره برداری از این چاه ها، با توجه به بازده کم روزانه حدود ۳۰ تن و هزینه های بالای حفاری و حمل نقل، مقرون به صرفه تشخیص داده نشد، دارسی که سرمایه گذاری زیادی انجام داده بود وبه نتیجه مطلوب نرسیده بود مجبور به همکاری با شرکت نفت برمه شد. که آن نیز یک شرکت انگلیسی بود. همکاری این دو گروه با هم منجر به ایجاد شرکت جدیدی بنام سندیکای امتیازات در سال ۱۹۰۵ شد. جورج برنالد رینولدز^[۳۱] زمین شناس معروف، بعد از تحقیقات ابتدایی اعلام کرد که حفاریها باید در منطقه مسجد سلیمان که دارای ساختار تاقدیسی است صورت گیرد. ولی شرکت با تکرار اشتباه اولیه اقدام به حفاری دو حلقه چاه به عمقهای ۶۶۱ و ۵۹۱ متر در منطقه رامهرمز نمود که هیچ کدام به نفت نرسید. بعد از این اشتباه و عدم موفقیت شرکت با ناامیدی تمام دستور توقف حفاری را صادر نمود ولی رینولدز که به وجود نفت در مسجد سلیمان اطمینان داشت حفاری ها را به منطقه نفتون در مسجد سلیمان منتقل نموده و از اجرای دستور خودداری نمود. در ۲۶ می ۱۹۰۸ ( پنجم خرداد ۱۲۸۷ ) وقتی حفاری چاه در مسجد سلیمان به پایان رسید نفت به ارتفاع ۵۰ فوت در هوا فوران کرد که سطح تولید آن به ۲۳۰۰ بشکه در روز می رسید. برای تبدیل این میدان نفتی به یکی از بزرگترین میادین نفتی جهان و بهره برداری از آن احتیاج به سرمایه گذاری زیادی بود که برای تامین آن شرکت انگلیس- ایران ANGELO – PERSIAN OIL COMPANY در سال ۱۹۰۹ تاسیس گردید. بعد از گذشت ۴۰ سال از حفر اولین چاه در میدان نفتون که بعدها در سال ۱۹۳۰ به مسجد سلیمان تغییر نام داد، اولین محموله نفتی ایران از بندر آبادان صادر گردید. دارسی و شرکت نفتی انگلیس و ایران تا سال ۱۹۱۴ در ایران به فعالیت خود ادامه دادند تا اینکه با کاهش کمک های دولت انگلستان در این سال، شرکت بنگال لنسر برای بهره برداری از منابع نفتی ایران وارد مسجد سلیمان شد. که با هوشیاری وینستون چرچیل این مسئله بحرانی به پایان رسیده و طی قراردادی دولت انگلستان ۵۱% سهام شرکت انگلیس – ایران را به دست گرفته و حق انتصاب دو عضو هیأت مدیره با حق وتو را برای خود محفوظ داشت.

تا سال ۱۹۳۳ که قرارداد دارسی لغو شد جمعا ۵۶۱۴۷۰۰۰ تن متریک نفت صادر گردید. (والتر^[۳۲]،۱۹۵۳)

• • 1. تعریف حفاری

به طور کلی کندن زمین جهت رسیدن به ‌هدف مورد نظر را حفاری می گویند. حفاری می‌تواند جهت رسیدن به نفت، آب، گاز و غیره انجام گیرد.

در صنعت نفت، عملیات‌ حفاری با سرعت بسیار زیادی انجام می‌گیرند، زیرا استفاده از دکل حفاری به‌مدت طولانی از نظر اقتصادی بسیار پرهزینه می‌باشد. عملیات حفاری بسیار خطرناک می‌باشد و همواره از باتجربه‌ترین افراد جهت انجام این کار استفاده می‌شود.

تعیین محل حفاری در صنعت نفت، کاریست که مهندسین زمین‌شناس انجام می‌دهند و پس از آن با هماهنگی با مهندسین مخزن و تعیین محل دقیق وجود نفت عملیات حفاری آغاز می‌گردد.

پس از اتمام موفقیت‌آمیز عملیات اکتشاف، عملیات حفاری در طول تمامی مراحل توسعه میدان نفتی و در تمامی محیط‌ها انجام می‌شود. حفاری یکی از کارهای پیچیده، گران، طاقت‌فرسا و تخصصی در صنعت نفت بشمار می‌رود. اصولن هر کاری که قبل از حفاری انجام شده باشد، در صورتی که حفاری بدرستی انجام نگیرد، بی‌فایده است. بنابراین به حفاری اهمیت زیادی داده‌ می‌شود.

همواره بسته به شرایط و موقعیت های مختلف، از روش های متفاوتی برای حفر چاه استفاده می شود که هرکدام، از آنها از مزایا و معایب خاصی برخوردار هستند.

از سوی دیگر همزمان با پیشرفت و توسعه علم و تکنولوژی، در زمینه حفاری نیز تحقیقات گسترده ای توسط شرکتها، مؤسسات و دولتهای مختلف در حال انجام است. احتمال استفاده از برخی پروژه های تحقیقاتی در طی چند سال آینده وجود دارد. نه تنها روش های موجود حفاری مدام در حال تغییر و تحول هستند، بلکه روش های نوین حفاری نیز به عرصه ظهور می رسند. حفاری به کمک انرژی هسته ای یا حفاری التراسونیک از مواردی هستند که در واقع می توان از آنهابه عنوان روش های نوینی نام برد که در مرحله تحقیقات قرار دارند و برای کاربردها و موارد خاص از آنها بهره برداری می شود. (جیمز و لوموس^[۳۳]،۱۹۸۶)

• • 1. وسایل و تجهیزات مورد نیاز حفاری

از دید کلی حفاری را به دو بخش حفاری در دریا و حفاری در خشکی تقسیم می کنند، که در این بین هر کدام به ابزارالات و تجهیزات خاصی نیاز دارند و البته بسته به نوع حفاری صورت گرفته این تجهیزات هم می تواند متفاوت باشد.

اما سوای در نظر گرفتن نوع روش حفاری مورد استفاده، همواره بعد از تعیین محل مورد نظر جهت حفاری، و برای شروع عملیات حفر چاه به یکسری ابزار و تجهیزات اولیه نیاز می باشد، که از آن جمله می توان به دکل حفاری – مته حفاری – رشته حفاری – لوله‌ جداری – تجهیزات بالابر – جایگذاری لوله جداری و سیمان‌کاری – محرک فوقانی – سیال وگل حفاری و… نام برد. (دارلی و جورج^[۳۴]،۱۹۸۸)

• • 1. گل حفاری

تاریخچه ی گل حفاری به صدها سال پیش و به زمانی بر می گردد که برای حفر زمین تا عمق های ۱۰ تا ۲۰ متری از آب به دو دلیل استفاده می شد که شامل :

1. مرطوب و نرم کردن زمین مورد نظر برای حفاری
2. بالا آوردن کنده های حاصل از حفاری به همراه جریان آب به سطح زمین

اما به مرور زمان و مبتنی بر نیاز بشر برای حفاری و تحقیق در اعماق پایین تر زمین، اهمیت سیال حفاری روز بروز افزونتر گردید.

با رونق حفاری های پیشرفته و بخصوص حفاری چاه های نفت و گاز، اعتبار سیال یا گل حفاری تا به آنجا رسید که آنرا خون حفاری نامیدند و امروزه حفاری بدون گل حفاری درست به اندازه حیات بدون آب غیر ممکن و دشوار می باشد.

در یک تعریف ساده گل حفاری ترکیبی است از مواد شیمیایی معدنی و آلی که به شکل مایع ساخته می شود و در حفاری بکار گرفته می شود.

جهت جلوگیری از آلودگی‌های حفاری تغییر در مواد و همچنین تغییر در استانداردها الزامی است، بدین منظور در حال حاضر روش‌هایی در جهت کاهش حجم پسماند، افزایش بازیافت و چرخه مجدد پساب حفاری آورده شده و نمونه های زیادی از تلاش‌های انجام گرفته برای ساخت سیستم‌های تصفیه گل در جهت تطبیق با مقررات زیست محیطی ارائه شده است.

سعی ما نیز در این تحقیق بر این است که با بهره گرفتن از روش های جدید و کاربردی و با تکیه بر تکنیک نوین همزمانی استفاده از فناوری نانو و نوعی از پلیمرها، گام جدیدی را در راستای پیشبرد این مهم انجام دهیم و افتخار خدمتی بزرگ در عرصه ی اقتصادی صنایعی همچون ملی حفاری و دیگر کارخانه ها و صنایع مربوطه، با صرفه جویی در هزینه ها با بازگرداندن مجدد پساب به چرخه ی حفاری و همچنین تسهیل عملیات دفع پسماندها به لطف کاهش حجم پسماندهای مضر و تفکیک آنها از بخش اعظم پساب سازگار با محیط زیست را داشته باشیم.

• • • 1. وظایف اصلی گل حفاری

در بدو پیدایش حفاری چرخشی، وظیفه گل حفاری عمدتاً انتقال کنده‏های حفاری از ته چاه به سطح زمین بود. لیکن با توسعه سیستم حفاری دورانی، وظایف گل حفاری نیز سنگین‏تر شده است. اجرای وظایف محوله به گل و سیال حفاری در عملیات حفر چاه آنقدر مهم و اساسی است که نمی‏توان اهمیت آنها را نادیده گرفت به همین دلیل باید در انتخاب و نگهداری و بکارگیری آن دقت لازم را انجام داد.

امروزه یک گل حفاری مطلوب و کارساز و مورد نظر در یک حفاری موفقیت‏آمیز بایستی بتواند دست کم این ده وظیفه را انجام دهد:

۱- تمیزکردن ته چاه و انتقال کنده‏های حفاری به سطح زمین

۲- خنک کردن مته و لوله‏های حفاری

۳- روان کردن مته و لوله‏های حفاری

۴- اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش چاه

۵- کنترل فشارهای زیر زمینی

۶- معلق نگه داشتن کنده‏ها و مواد وزن افزا به هنگام قطع جریان گل حفاری

۷- ترخیص شن و کنده‏های حفاری بر روی الکهای لرزان و سایر تجهیزات جدا کننده

۸- تحمل قسمتی از وزن لوله‏های حفاری و لوله‏های جداری

۹- به حداقل رسانیدن ضایعات و آسیب‏ها به سازند‏های مجاور چاه

۱۰- انتقال توان هیدرولیکی پمپ‏های گل به مته و بحرکت در آوردن تیغه‏های متحرک مته. (موکاری^[۳۵]،۱۹۸۸)

طبقه بندی گل های حفاری

سیستم گل حفاری در عملیات حفاری با ترکیب خاص خود یکی از مهم ترین قسمت های عملیات حفاری می باشد و سهم بسزایی در این عملیات ایفا می کند. بدون داشتن سیستم گل حفاری، عملیات حفاری امکان پذیر نمی باشد. گلی که جهت آغاز حفاری مصرف شود، در محل های مختلف، متفاوت می باشد. بعضی اوقات می توان آب مصرف نمود، درحالیکه گاهی اوقات گل مناسبی باید به کار برده شود.

بطور مثال طبقات سطحی بعضی نواحی از شن ها و قلوه سنگ های کم مقاومت تشکیل شده اند که در این صورت گل تقریبا غلیظی لازم است تا از شسته شدن طبقات جلوگیری کرده، خرده سنگ ها را به سطح زمین برساند و دیواره پایداری برای چاه به وجود آورد.

گل حفاری یک سیستم کلوئیدی است که از دو فاز تشکیل شده است که عبارتند از :

۱- فاز مایع گل حفاری

۲- فاز جامد گل حفاری

که هر کدام از اینها توضیحات خاص خود را دارد و اصولا مقوله ی دسته بندی انواع گل های حفاری یک بحث بسیار گسترده و شاخه و برگ دار می باشد که از حوصله ی کار ما خارج است و در اینجا فقط به اختصار و در یک دسته بندی عمومی به تشریح انواع گل حفاری پرداخته می شود و از پرداختن به جزییات خودداری می کنیم.

به هر حال گل ها را عموما بر پایه ی ترکیب فاز پیوسته مایع آنها به ترتیب زیر طبقه بندی می کنند :

الف) گل های پایه آبی :

گل‌های پایه آبی، متداول‌ترین نوع سیال حفاری است که خود به دو دسته پخش شده و پخش نشده تقسیم می‌شود. گل حفاری با پایه آب شامل خاک بنتونیت (gel) با افزودنی‌هایی مانند سولفات باریم (باریت) کلسیم کربنات (چالک) یا هماتیت می‌باشد. تغلیظ‌کننده‌های گوناگونی برای تاثیر بر ویسکوزیته سیال مانند صمغ زنتان، صمغ گوار، کربوکسی متیل سلولز، سلولز چند آنیونی(PAC) و نشاسته استفاده می‌شوند. ضد انعقادها برای کاهش ویسکوزیته گل‌های پایه رسی استفاده می‌گردند که از نمونه‌های این مواد می‌توان به پلی‌الکترولیت‌های آنیونی (مانند اکریلات، پلی فسفات، لیگنوسولفونات یا مشتق‌های اسید‌تانیک مانند کوبراچو) اشاره کرد. گل قرمز به مخلوط با پایه کوبراچو اشاره دارد که در دهه‌ های ۱۹۴۰ و ۱۹۵۰ معمول بود. اما با پیدایش لیگنوسولفونات از رده خارج شد. برخی منابع، گل­های پایه آبی را به دسته­های ریزتری تقسیم کرده ­اند.

نوعی از سیال حفاری پایه آبی به گل امولسیونی معروف است. این گل حاوی روغن یا هیدروکربن سنتزی به عنوان فاز داخلی است. گل­های امولسیون اولیه از دیزل یا نفت خام پخش شده در گل­های پایه آبی قلیایی تشکیل شده بودند. امروزه مایعات سنتزی جایگزین نفت در گل‌های امولسیونی شده ­اند. گل­های پایه آبی حاوی مایعات سنتزی معینی هستند که از لحاظ زیست محیطی بی­خطرند.

از جمله مزایای این دسته از گل‌های می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

ویسکوزیته بالا- وجود مقدار کم مواد جامد – تعلیق کنده‌ها – کنترل اتلاف سیال – پایدارسازی چاه – کمک در جلوگیری از هرزروی گل.

در مورد معایب این گل‌ها می‌توان نکات زیر را مد نظر قرار داد:

۱-کندی در رهایی کنده‌ها از جمله معایب این دسته از گل‌ها می‌باشد. خواص استحکام ژل و ویسکوزیته کلای بنتونیت، توانایی تعلیق و حذف کنده‌ها را ایجاد می‌کند. این مزیت کلای بنتونیت، در سطح تبدیل به یک عیب شده و جدایی کنده‌ها از گل دچار مشکل می‌شود.

۲-در سازند‌های رسی و با کلای با قابلیت تورم بالا، استفاده از کلای بنتونیت به تنهایی برای جلوگیری از آبدارشدن و تورم سازند کافی نیست.

بنتونیت به آلودگی آب حساس است. آب سخت و آب نمک اثرات مخربی بر بنتونیت دارند. آب با pH پایین و بسیار بالا نیز بر عملکرد بنتونیت تاثیر می‌گذارد.

ناپایداری دهانه چاه که در حفاری سازندهای رسی با سیالات پایه آبی رخ می‌دهد در اثر علل مختلفی بروز می‌کند. شیل به لحاظ مکانیکی مقاومت کمی دارد و با جذب آب متورم شده و ناپایداری آن افزایش می‌یابد. به دلیل پایین بودن نفوذپذیری رس، اندود گل به طور موثر در جداره چاه تشکیل نمی‌شود؛ بنابراین سازند محافظ مناسبی در مقابل فشار هیدرولیکی چاه ندارد. از سوی دیگر فشارهای هیدرولیکی القا شده به دلیل پایین بودن نفوذپذیری قادر به انتشار سریع درون سازند نیست تا بتواند تنش‌های موثر را کاهش دهد. مجموع این عوامل سبب می‌گردد تا ناپایداری ناحیه مجاور چاه افزایش یابد.

ب ) گل های پایه روغنی :

این نوع گل به گل‌های پایه غیرآبی تعلق دارد و از یک امولسیون معکوس یا امولسیون که فاز پیوسته آن روغنی است، تشکیل شده است. اغلب گل‌های روغنی حاوی گازوئیل ( ۹۵٪ تا ٩۸٪ ) و آب نمک و دیگر افزودنی‌ها می‌باشند.

به چند دلیل در حفاری‌ها از گل پایه روغنی استفاده می‌شود.

جلوگیری از ریزش چاه

جلوگیری از ریزش سازندهای رسی و عدم نفوذ زیاد گل به درون سازند.

گل‌‌های پایه روغنی مزایای زیادی نسبت به گل‌های پایه آبی دارند. برخی از مزایای این دسته از گل‌ها نسبت به مشابه پایه آبی عبارتند از:

1. پایداری سنگ رسی: گل‌های روغنی برای حفاری سازند‌های رسی حساس به آب مناسبند. اگرچه آب در فاز نفت پخش است، اما جهت جلوگیری از مهاجرت آب به داخل سنگ رسی میزان شوری کافی از اهمیت بالایی برخوردار است.
2. نرخ نفوذ : معمولا سرعت حفاری با گل‌های روغنی بیشتر است.
3. دما‌ی بالا: گل‌های روغنی برای حفاری در سازند‌هایی که دمای ته چاه از محدوده دمای کاری گل‌های آبی تجاوز می‌کند، استفاده می‌شوند.
4. نمک‌های حفاری: گل‌های روغنی معکوس نمک‌های سازند را نمی‌شویند. افزودن نمک به فاز آبی از حل‌شدن نمک‌های سازند در فاز آب امولسیون جلوگیری می‌کند.
5. روان‌سازی: گل پایه روغنی فیلتر کیک نازکی داشته و اصطکاک بین لوله و چاه کمینه است. بنابراین خطر گیر تفاضلی(Differential sticking)کاهش می‌یابد. این نوع گل برای چاه‌های انحرافی و افقی بسیار مناسب است.
6. سازند‌های با فشار تخلخل پایین: توانایی حفاری در سازند‌های با فشار تخلخل کم از زمانی انجام شده که وزن گل می‌تواند در محدوده وزنی کمتر از گل آبی تنظیم شود.
7. کنترل خوردگی: از آنجایی که فاز خارجی روغنی است، خوردگی لوله کنترل می‌شود. خواص مطلوب در کنترل خوردگی عبارتند از عدم رسانایی روغن، پایداری گرمایی افزودنی‌ها، عدم تشکیل محصولات خورنده و عدم پیشرفت باکتری‌ها در گل‌های روغنی.
8. استفاده مجدد: گل‌های روغنی قابلیت بارها و بارها استفاده مجدد را دارند. آن‌ها می‌توانند برای زمان‌های طولانی ذخیره شوند.

ج ) گل های پایه گازی :

این نوع گل در لایه‌های ضعیف و با شکستگی زیاد استفاده می‌شود که امکان حفاری در آن‌ها با روش‌های معمولی وجود ندارد و ضرورت بکارگیری هوا به عنوان سیال حفاری وجود دارد. این روش حفاری تقریبا تنها وسیله برای گذر از این لایه‌ها است. این گل از کف هوا یا نیتروژن تشکیل شده است. برخی از مزایای حفاری با هوا عبارتند از: افزایش سرعت حفاری و کاهش زمان حفاری، کاهش آسیب به لایه، کارایی بهتر مته و افزایش عمر مته، کنترل هرزروی گل و کاهش هزینه حفاری.

البته در حال جاضر در برخی موارد، حفاری با کف یا نوع دیگری از گل ها به نام گل های پایه پلیمری یا پایه سنتزی نیز انجام می شود.

لازم به ذکر است که گاهی اوقات، گل ها را برحسب اجزای تشکیل دهنده آنها تقسیم بندی می کنند که طبیعتن متفاوت با دسته بندی فوق می باشد. (هال و کووان^[۳۶]،۱۹۹۵)

• 1. محیط زیست

     1. محیط زیست و انواع آن

محیط زیست به همه محیط‌هایی که در آن‌ها زندگی جریان دارد گفته می‌شود. مجموعه‌ای از عوامل فیزیکی خارجی و موجودات زنده که با هم در کنش هستند محیط زیست را تشکیل می‌دهند و بر رشد و نمو و رفتار موجودات تأثیر می‌گذارند.

همچنین می‌توان محیط زیست را مجموعه‌ای از عوامل طبیعی کره ی زمین، همچون هوا، آب، اتمسفر، صخره، گیاهان و غیره، که انسان را احاطه می‌کنند خلاصه کرد.

تفاوت محیط زیست با طبیعت در این است که تعریف طبیعت شامل مجموعه عوامل طبیعی، زیستی و غیر زیستی می‌شود که منحصراً در نظر گرفته می‌شوند، در حالی که عبارت محیط زیست با توجه به برهم‌کنش‌های میان انسان و طبیعت و از دیدگاه وی توصیف شده‌است.

به طور کلی محیط زیست را به سه نوع تقسیم می کنند: محیط طبیعی، محیط مصنوعی یا انسان ساخت و محیط اجتماعی.

محیط طبیعی: محیط طبیعی به آن قسمت از محیط زیست اطلاق می شود که در بر گیرنده بخشی از فضای سطح کره زمین است و به دست انسان ساخته نشده. مانند کوهها، دشت ها، جنگل ها، حیات وحش، دریاها و غیره…

محیط مصنوعی یا انسان ساخت: محیط زیست مصنوعی به محیطی گفته می شود که توسط انسان ساخته شده است و به عقیده پاره ای از متخصصان، محیط زیست مصنوعی، محیط زائیده تفکر و محیط فرهنگ ساخت است، بنابراین شهرها با تمام اجزاء آن، محیط زیست مصنوعی را تشکیل می دهند، خانه ها، مدرسه ها، کارخانه ها، فرودگاهها، راه ها و غیره. اجزای این بُعد از محیط زیست محسوب می شوند.

محیط اجتماعی: مقصود از محیط اجتماعی جامعه ای است که بشر در آن زندگی می کند، این قسمت از محیط زیست از انسان هایی که در کنار و اطراف ما وجود دارند و با ما سروکار دارند و با آنها روابط متقابل داریم تشکیل می شود، این محیط اجتماعی از خانواده آغاز می شود و همسایگان، همکاران، رهگذران، فروشندگان و مانند آنها را در جامعه شهری و روستایی در بر می گیرد و گستره آن تا ملت و دولت ادامه می یابد.

در کشور های در حال رشد و به عبارت دیگر جهان سوم، بیشتر معضلات زیست محیطی ناشی از محیط اجتماعی است، در ارزیابی کلی از وضعیت زیست محیطی این بخش از جهان، تاثیر پذیری محیط زیست (در مفهوم عام) از محیط اجتماعی به مراتب بیشتر از تاثیر گذاری عوامل فنی – مهندسی بر محیط زیست است، زیرا بیشتر مسایل فنی مانند آلودگی آب و هوا، فرسایش خاک، تخریب پوشش گیاهی ناشی از پاره ای از ناهنجاری های اجتماعی است. (داجوز و روگر^[۳۷]،۱۹۷۷)

• • 1. آلودگی و محیط زیست

تعریف آلودگی محیط زیست :

آلودگی برای افراد مختلف مفهوم و معنی متفاوتی دارد. مردم معمولی ممکن است تحریک چشم ناشی از یک گاز یا آب آلوده را آلودگی به حساب آورند. برای یک کشاورز عاملی که به گیاهان یا حیواناتش آسیب می رساند آلودگی محسوب می شود، اما هر گاه بخواهیم تعریف جامع و کلی برای آلودگی محیط زیست در نظر بگیریم چنین می توان گفت که آلودگی محیط عبارت است از «وجود یک یا چند ماده آلوده کنند در محیط زیست به مقدار و مدتی که کیفیت یا چرخه طبیعی را بطوری که مضر به حال انسان یا حیوان، گیاه و یا آثار و ابنیه باشد تغییر دهد. به بیان ساده تر هر گاه ماده یا موادی بیگانه با غلظتی خاص وارد عناصر محیطی شوند و تعادل طبیعی آنها را بر هم بزنند صحبت از آلودگی می شود.

انواع آلوده کننده های محیط زیست :

بطور کلی منابع آلوده کننده محیط زیست عبارتند از:

الف ) منابع طبیعی ب ) منابع غیرطبیعی یا مصنوعی

با توجه به تأثیرات مثبت فعل و انفعالات عناصر طبیعی در دراز مدت مانند طوفانها – گرد و غبار صحراها – دود و خاکسترهای آتش سوزی های جنگ