ویژگیهای برجسته نظریه سی. پی. اچ

ویژگیهای برجسته نظریه سی. پی. اچ

 

چکیده

باید توجه داشت که برای حل یک مسئله قدیمی، نمی توان به همان راه حل های کهنه و متداول بسنده کرد، بلکه باید به دنبال راه حلهای متفاوت و نوین بود تا به نتایج قابل قبولی رسید. البته باید توجه داشت که فیزیک دانشی متکی بر تجربه است، بنابراین هر توصیفی از پدیده های فیزیکی که بخواهد نظریه ای را مطرح کند، باید متکی بر شواهد تجربی باشد. بر این اساس است که نمی توان و نباید یک نظریه جدید شواهد تجربی را نقض کند، بلکه باید در شواهد تجربی ریشه گرفته و برای توجیه همین شوهد تجربی بکار رود و در این کارایی است که سیر تحول منطقی و تکامل خود را خواهد پیمود

حتی چنین نگرشی نیز نمی تواند روابط پذیرفته شده و متکی بر آزمایش را نفی کند، بلکه تنها می تواند به تعدیل یا تعمیم آنها بپردازد. نگاه نظریه سی. پی. اچ. به فیزیک از این زاویه است. بهمین دلیل در نظریه سی. پی. اچ. تلاش می شود با درک شهودی از پدیده ها روابط پذیرفته شده را تعمیم دهد. در این راستا به تعمیم یکی از بنیادی ترین روابط شناخته شده ی فیزیک، یعنی قضیه کار و انرژی می پردازیم

 

گرانش  
در نظریه سی. پی. اچ. امواج گرانشی همواره در اطراف اجسام وجود دارد و این امواج ناشی از تبادل سی. پی. اچ. بین اجسام است. با توجه به هم ارزی نیرو و انرژی که نظریه سی. پی. اچ. مطرح کرده برای تبادل ذرات بین اجسام که نیروی گرانش را حمل می کنند نیازی به نقض قانون بقای انرژی نیز نمی باشیم
همچنانکه می دانیم فرکانس فوتون در میدان گرانشی تغییر می کند. هنگامیکه گرانش روی فوتون کار انجام می دهد، انرژی و فرکانس فوتون افزایش می یابد. در صورتیکه کار منفی باشد، انرژی و فرکانس فوتون کاهش می یابد. هنگام جابجایی به سمت سرخ گرانش کار منفی است. و هنگام جابجایی به سوی آبی کار مثبت است
هنگام فرار فوتون از میدان گرانشی است، جابجایی به سمت سرخ است و هنگام سقوط در میدان گرانشی، جابجایی به سمت آبی است. اگر نور در فضایی عبور کند که در آنجا میدان گرانشی وجود نداشته باشد، مسیر آن خط مستقیم است 
اما فضای اطراف اجسام دارای انحنا است و این انحنا به دلیل وجود سی. پی. اچ. است. میزان انحنای فضا به چگالی سی. پی. اچ. در فضا بستگی دارد. با حرکت جسم، چگالی سی. پی. اچ. در فضا تغییر می کند و فضا انحنای جدید خود را با سی. پی. اچ. های موجود در هر لحظه تنظیم می کند. بنابراین فضا-زمان کمیتی کوانتومی است که به این ترتیب ناسازگاری فضا-زمان با مکانیک کوانتوم بر طرف خواهد شد
حال به این موضوع توجه کنید که گراویتون هایی که از ماه یا خورشید یا سایر اجسام به زمین می رسند، در هر لحظه به تعداد زیادی وارد می شوند و فشار زیادی به زمین وارد می کنند و موجب انقباض زمین می شوند. زمین نیز به همان میزان گراویتون متصاعد می کند و بدین ترتیب منبسط می شود. در واقع زمین و سایر اجسام مانند یک کره ی نواسانگر عمل می کند و دائماً در حال ارتعاش هستند. این نوسانات موجب تولید و انتشار امواج گرانشی در فضا می شود
 

  

اتحاد نیروها

برای به دست آوردن یک نتیجه ی رضایت بخش که بتوان با استفاده از آن به اتحاد نیروهای الکترومغناطیسی و گرانشی رسید، نمی شود و نباید با دیدگاه معمول به آن برخورد کرد. زیرا این دیدگاه در هشتاد سال گذشته با تمام تلاشی که انجام شده، موفقیت چندانی نداشته است

واقیعیت غیر قابل انکار این است که کاری که گرانش روی فوتون انجام می دهد، علاوه بر تغییر انرژی آن، بر شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی آن نیز موثر است و این چیزی است که مکانیک کوانتوم و نسبیت برای آن توضیحی ندارند. در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. گراویتونها دارای خواص الکتریکی یا مغناطیسی هستند

 

کوانتوم کار
با توجه به رابطه ی

 

W=F.d=dE

 

ودر نظر گرفتن این که انرژی کولنتومی است، لذا کار نیز باید یک کمیت کولنتومی باشد. اما طول یک کمیت پیوسته است، لذا بایستی نیرو کوانتومی باشد. اگر یک کوانتوم نیروی گرانش را 

Fg

در نظر بگیریم، باید کمترین طول ممکن را انتخاب کنیم تا بتوانیم کوانتوم کار را تعریف کنیم. به این منظور از طول پلانک استفاده می کنیم که آن را با

Lp=1.6x10^-35m

نشان می دهیم. کوانتوم کار به صورت زیر تعریف می شود

 

Wq=Fg.Lp

 

و در حالت کلی کار برابر خواهد شد با

 

W=nWq=nFg.Lp

 

n

 

یک عدد صحیح است

 

انفجار سیاه چاله

سی. پی. اچ.  دارای سرعت انتقالی و اسپین

speed of v and spin of s

هنگامیکه سرعت انتقالی آن به سمت صفر میل می کند، اسپین آن به ماکزیمم می رسد. هنگامیکه فشار گرانش خیلی افزایش یابد، فاصله بین سی. پی. اچ. ها کاهش می یابد. هیچ جسم یا ذره ای حتی نور و سایر امواج الکترمغناطیسی نمی تواند از میدان گرانش آن بگریزد
 در این حالت سرعت انتقالی سی. پی. اچ. نزدیک به صفر است. مهبانگ (بیگ بنگ ) از سیاه چاله ای نظیر آن بوجود آمده است
 

نظریه تورم

نظریه ی تورم به عنوان حالت خاصی از نظریه سی. پی. اچ. قابل توضیح است. اگر به سرعت سی. پی. اچ. ها توجه کنیم*  آنگاه انبساط سریع جهان در نخستین لحظات بیگ بنگ می بایست بسیار سریعتر از آن چیزی باشد که با سرعت حد (سرعت نور) قابل توجیه است

چرا نطریه سی. پی. اچ. مطرح شد؟

چرا نطریه سی. پی. اچ. مطرح شد؟

 

اگر همواره مانند گذشته بينديشيد، هميشه همان چيزهايي را به‌دست مي‌آوريد كه تا بحال كسب كرده‌ايد

فاینمن 

 چکیده

سالهای متمادی است که بحث تئوری همه چیز در فیزیک مطرح شده است. منظور از این تئوری چیست؟ یک تئوری برای همه چیز به چه سئوالاتی باید پاسخ دهد؟

اعتقاد عمومی برای به دست آوردن یک نظریه برای همه چیز بر ترکیب دو نظریه مکانیک کوانتومی و نسبیت استوار است. کاری که در دهه های اخیر وقت و انرژی بسیاری از فیزیکدانان صرف آن شد، اما هنوز به نتیجه ی رضایت بخشی نرسیده است. هرچند بسیاری از فیزیکدانان امید زیادی به نظریه ابر ریسمانها دارند، اما چند دستگی این نظریه شک و تردید را نسبت به نتیجه بخش بودن آن افزایش می دهد. مطرح شدن نظریه ام نشان می دهد که هیچکدام از این نظریه ها نتوانسته پاسخگوی مشکلات موجود در نظریه های مختلف ریسمانها باشد..سئوال این است که  یک نظریه برای همه چیز واقعاً چسیت و چه کاری را باید انجام دهد؟

 بهترین جوابی که می توان به این سئوال داد این است که یک نظریه برای همه چیز، نظریه ای است که همه ی نظریه های موجود و مورد قبول را پوشش دهد و هر یک از آنها را به عنوان حالتی خاص نتیجه دهد. براین اساس نظریه سی. پی. اچ. تلاش کرد هر چهار نظریه مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتوم، نسبیت و نظریه میدان های هیگز را همزمان مورد بررسی قرار داده و آنها را با هم ترکیب کند. این نظریه باید مشکلات چهار نظریه فوق را بر طرف سازد

مشكلات قوانين نيوتن

  هنگاميكه نيوتن قوانين حركت و قانون جهانی جاذبه را ارائه کرد، اين قوانين از نظر منطقي با اشكالات جدی همراه بود. قانون دوم نيوتن تا سرعتهای نامتناهي را پيشگویی مي کرد که با تجربه سازگار نیست. قانون دوم به صورت

F=ma       

ارائه شده است كه طبق آن نيروي وارد شده به جسم مي تواند تا بي نهايت سرعت آن را افزايش دهد. اين امر با مشاهدات تجربي قابل تطبيق نيست. مشكل بعدی كنش از راه دور بود. يعني اثر نيروی جاذبه با سرعت نامتناهي منتقل مي شد. تاثير از راه دور همواره مورد انتقاد قرار داشت.

اما مهمترين مشكل قوانين نيوتن در قانون جهاني جاذبه وی بود و خود نيوتن نيز متوجه آن شده بود. نيوتن دريافت كه بر اثر قانون جاذبه او، ستارگان بايد يكديگر را جذب كنند و بنابراين اصلاً به نظر نمي رسد كه ساكن باشند. نيوتن در سال 1692 طي نامه ای به ريچارد بنتلي نوشت "كه اكر تعداد ستارگان جهان بينهايت نباشد، و اين ستارگان در ناحيه ای از فضا پراكنده باشند، همگی به يكديگر برخورد خواهند کرد. اما اكر تعداد نامحدودی ستاره در فضای بيكران به طور كمابش يكسان پراكنده باشند، نقطه مركزی در كار نخواهد بود تا همه بسوی آن كشيده شوند و بنابراين جهان در هم نخواهد ريخت.

 مشكل بعدی قانون جاذبه نيوتن اين است كه طبق اين قانون یک جسم به طور نامحدود می تواند ساير اجسام را جذب کرده و رشد کند، يعني جرم یک جسم مي تواند تا بينهايت افزايش يابد. اين نيز با تجربه تطبيق نمي كند، زيرا وجود جسمي با جرم بينهايت مشاهده نشده است

 

مشکل مکانیک کوانتوم

نگاه مکانیک کوانتوم به هستی بگونه ای است که کمیتها را بصورت گسسته در نظر می گیرد. از نتایج مکانیک کوانتوم بحث دوگانگی موج - ذره است. کسانی که به مکانیک کوانتوم عادت کرده اند بخوبی می دانند که برای بررسی ساختار زیر اتمی راهی بجز مدل سازی ریاضی نداریم. بنابراین مجبور هستیم که در آنجا مدل های ریاضی ارائه دهیم. اشکال این مدلها در این است که از شهودی بودن پدیده ها می کاهند. با این وجود انجمن فیزیک آمریکا همراه با انجمن فلسفه آمریکا، مکانیک کوانتوم را بزرگترین دست آورد علمی بشریت در طول تاریخ خواند

اما این نظریه ابهامات زیادی ایجاد می کند و چون بطور گسترده از مدل سازی ریاضی استفاده می کند، بشدت از شهودی بودن آن می کاهد. احتمالاً بزرگترین مانع ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت و  اتحاد نیروها، همین غیرشهودی بودن مکانیک کوانتوم است که مدل های ریاضی ارائه شده با واقعیت فیزیکی پدیده ها سازگار نیست

 

مشکلات نسبیت

 یک- مشکل نسبیت با مکانیک کوانتوم- مکانیک کوانتوم ساختار ریز و کوانتومی کمیت ها و رابطه ی متقابل آنها را مورد بررسی قرار می دهد. به عبارت دیگر نگرش مکانیک کوانتوم بر مبنای کوانتومی شکل گرفته است. اما نسبیت فضا-زمان را پیوسته در نظر می گیرد. بنابراین نسبیت با مکانیک کوانتوم ناسازگار است. تلاشهای زیادی انجام شده تا به طریقی یک هماهنگی منطقی و قابل قبول بین نسبیت و مکانیک کوانتوم ایحاد شود. در این مورد کارهای دیراک شایان توجه است که مکانیک کوانتوم نسبیتی را پایه گذاری کرد و آن را توسعه داد. اما در مورد نسبیت عام موفقیت چندانی نصیب فیزیکدانان نشده است

دو -  پیچیدگی و عدم وجود تفاهم در نسبیت- پیچیدگی نسبیت موجب شده که تفاهم منطقی بین فیزیکدانان در مورد نتایج و پیشگویی های نسبیت وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر نسبیت شدیداً قابل تفسیر است. این تفاسیرگاهی چنان متناقض هستند البته این براداشتهای متفاوت از نسبیت ناشی از گذشت زمان نیست، بلکه از آغاز حتی برای خود اینشتین وجود داشت. به عنوان مثال: اینشتین از سال 1917 شروع به تدوین یک نظریه قابل تعمیم به عالم کرد. وی با مشکلات حل نشدنی ریاضی برخورد کرد. به همین دلیل در معادلات گرانش عبارت مشهور " پارامتر عالم " را وارد کرد. ملاحظات وی در این موضوع بر دو فرضیه مبتنی بود.

الف -  ماده دارای چگالی متوسطی در فضاست که در همه جا ثابت و مخالف صفر است.

ب -  بزرگی " شعاع " فضا به زمان بستگی ندارد.

 در سال 1922 فریدمان نشان داد که اگر از فرضیه دوم چشم پوشی شود، می توان فرضیه اول را حفظ کرد بی آنکه در معادلات به پارامتر عالم نیازی باشد. فریدمان بر این اساس یک معادله ی دیفرانسیل به صورت زیر ارائه کرد:

 (dR/dt)^2 - C/R+K=0

 در واقع سالها قبل از کشف هابل در مورد انبساط فضا، فریدمان دقیقاً کشفیات او را پیش بینی کرده بود. معادله ی فریدمان معادله ی اصلی کیهان شناخت نیوتنی است و بدون تغییر در نظریه نسبیت عام نیز صادق است. اینشتین بر همه نتایج به دست آمده توسط فریدمان اعتراض کرد و مقاله ای نیز در این باب انتشار داد. سپس حقایق را در فرضیه فریدمان دید و با شجاعت کم نظیری طی نامه ای که برای سردبیر مجله آلمانی فرستاد به اشتباه خود در محاسباتش اعتراف کرد.

بیشتر مشکلات نسبیت ناشی از خواصی است که که به علت وجود ماده برای فضا قایل می شوند. که در آن هندسه جای فیزیک را می گیرد. زمانی پوانکاره گفته بود که اگر مشاهدات ما نشان دهد که فضا نااقلیدسی است، فیزیکدانان می توانند فضای اقلیدسی را قبول کرده و نیروهای جدیدی وارد نظریه های خود کنند. اما نسبیت چنین نکرد و ماهیت پدیده های فیزیکی را به دست فراموشی سپرد. هرچند پدیده های فیزیکی را بدون ابزار محاسباتی، اعم از جبری و هندسی نمی توان توجیه کرد، اما فیزیک نه هندسه است و نه جبر، فیزیک، فیزیک است وبس

 سه -  مشکل گرانش نیوتنی در نسبیت همچنان باقی است- در نسبیت فضا-زمان دارای انحناست. هرچه ماده بیشتر و چگالتر باشد، انحنای فضا بیشتر است. سئوال این است که این انحنای فضا تا کجا می انجامد؟ در نسبیت فضا می تواند چنان تابیده شود که حجم به صفر برسد. برای آنکه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد که حجم به صفر برسد، باید جرم به سمت بی نهایت میل کند. یعنی نسبیت نتوانست مشکل قانون گرانش را در مورد تراکم ماده در فضا حل کند، علاوه بر آن بر مشکل افزود. زیرا قانون نیوتن می پذیرد که ماده تا بی نهایت می تواند متمرکز شود، اما حجم صفر با آن سازگار نیست. اما نسبیت علاوه بر آن که می پذیرد ماده می تواند تا بی نهایت متراکم شود، پیشگویی می کند که حجم آن نیز به صفر می رسد.

 

مشکل هیگز

یک تصویر که با ریاضی هماهنگی دارد نشان می دهد که فضای تهی، شامل یک ذره ی هیگز است و خودش انرژی ندارد

ذرات دیگر در کنش با این ذره ی بدون انرژی، از آن جرم کسب می کنند.

مشکل هیگز در این است که دارای انرژی نیست

 

لزوم یک نگرش جدید

اگر رابطه ی نیرو و انرژی را با دید متفاوتی مورد بحث قرار دهیم، می توانیم به نتایج جالب توجهی برسیم. نیرو به عنوان انرژی در واحد طول مطرح می شود که برای آن رابطه ی زیر داده شده است

F=-dU/dx => dU= - Fdx

در رابطه ی بالا انرزِی و فاصله تغییر می کنند، اما نیرو ثابت است. اگر نیرو یعنی  

 F

یک کمیت ثابت و تغییر ناپذیر است، چگونه می توان هیگز بوزون را توجیه کرد؟ یعنی واقعاً توجیه کاهش یا افزایش جرم چگونه امکان پذیر است؟ متاسفانه این دیدگاه از مکانیک کلاسیک به نسبیت تسری یافت و هیچگونه بحثی در این زمینه مطرح نشد. اگر بخواهیم با همان نگرش کلاسیکی در مورد نیرو مشکلات فیزیک و ناسازگاری نسبیت و مکانیک کوانتوم را بر طرف سازیم، راه به جایی نخواهیم برد، همچنانکه تا به حال این چنین بوده است

اشکال بعدی که مانع رسیدن به یک نتیجه ی قابل توجه می شود این است فیزیکدانان به مشکلات به گونه ای پراکنده برخورد می کنند. تحقیقات روی هیگز بوزون مسیر خود را می پیماید، مکانیک کوانتوم می خواهد مشکلات فیزیک را در چاچوب قوانین کوانتومی حل کند، و مهمتر از همه اینکه مکانیک کلاسیک تقریباً به فراموشی سپرده شده است. همه اینها هر کدام نگرشی خاص به جهان دارند و عمومیت ندارند. در حالیکه طبیعت یگانه است و قانون نیز بایستی از یک وحدت برخوردار باشد که هست. ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت زمانی امکان پذیر است که نگرش هیگز بوزون همراه با مکانیک کلاسیک نیز در این ترکیب منظور گردد

 

برخورد دوگانه با پدیده ها

در مورد قضیه کار انرژی

W=dE

برخوردی دوگانه وجود دارد. قسمت کار آن را با مکانیک کلاسیک مد نظر قرار می دهند و کار را کمیتی پیوسته در نظر می گیرند، در حالیکه با انرژی برخوردی کوانتومی دارند. در واقع بایستی هر دو طرف رابطه را با دید کوانتومی در نظر گرفت. در این مورد مثالهای زیادی می توان ارائه داد که با این برخورد دوگانه در تناقض قرار خواهد گرفت. اگر این مورد را بکار بندیم مشکل ارتباط فرمیونها و بوزونها بر طرف خواهد شد

اگر بپذیریم که کار کوانتومی است، الزاماً به این نتیجه خواهیم رسید که نیرو بطور کلی و از جمله گرانش نیز کوانتومی است. مفهوم صریح و در عین حال ساده آن این است که فضا - زمان کوانتومی است. با نگرش کوانتومی به گرانش یا به تعبیر نسبیت فضا - زمان، مکانیک کوانتوم و نسبیت با یکدیگر ترکیب خواهند شد. چنین نگرشی می تواند به یک نظریه برای همه چیز منتهی شود. نظریه ای که تحت عنوان نظریه سی. پی. اچ. مطرح شده است. در نظریه سی. پی. اچ. نیرو و انرژی قابل تبدیل به یکدیگر هستند. همچنین با توجه به نسبیت که در آن جرم و انرژی هم ارزند، بنابر این، نیرو، انرژی و جرم هم ارز می باشند. و می توان نتیجه گرفت که نیرو، انرژی و جرم سه جلوه (ظاهر) متفاوت از یک ذره واحد و بنیادی هستد که آن را سی. پی. اچ. می نامیم

 

 مفهوم سی. پی. اچ

سی. پی. اچ. حروف اول سه کلمه ی 

 Creation Particle Higgs, CPH 

است
 

C , Creation

به معنی آفرینش (تولید) بوجود آوردن

 

P, particles

ذرات

H ,  Higgs

هیگز نشان می دهد که ذرات چگونه جرم کسب می کنند

 

سی. پی. اچ. زیر کوانتوم هستی در طبیعت است که سایر کوانتومها، اعم از فرمیونها، بوزونها و حتی کوانتومهای انرژی از تعدادی سی. پی. اچ. تشکیل می شوند

ذرات چگونه جرم کسب می کنند؟

 هیگز بوزون

Higgs Boson

 

ذرات چگونه جرم کسب می کنند؟ 

 

 

چکیده

در دهه های اخیر فیزیکدانان یک مدل تحت عنوان مدل استاندارد ارائه کردند تا یک چوب بست نظری برای فهم ذرات بنیادی و نیروهای طبیعت فراهم  آورند. مهمترین ذره در این مدل، یک ذره ی فرضی موجود در همه ی میدانهای کوانتومی است که نشان می دهد سایر ذرات چگونه جرم به دست می آورند. این میدان، میدان هیگز

Higgs field

خوانده می شود. نتیجه ی منطقی دوگانگی موج - ذره این است که همه ی میدانهای کوانتومی دارای یک ذره ی بنیادی باشند که با میدان در آمیخته است. این ذره که با همه ی میدانها در آمیخته و موجب کسب جرم توسط سایر ذرات می شود، هگز بوزون

 

Higgs boson

نامیده می شود

 

 رابطه ی جرم - انرژی و میدانها

رابطه ی جرم - انرژی آنچنان که اینشتین در نسبیت ارائه کرده است، جرم یک ذره/جسم تابع سرعت آن است بطوریکه

 

 

 

شواهد تجربی این رابطه را تایید می کند. الکترون را در یک میدان مغناطیسی شتاب می دهند تا سرعت آن افزایش یابد. سپس جرم و سرعت آن را اندازه می گیرند. نمودار زیر نتیجه ی این آزمایش است

 

 

 

با افزایش سرعت الکترون در یک میدان مغناطیسی، جرم آن نیز افزایش می یابد

 

 سئوال این است که از نظر فیزیکی، چگونه بطور نظری می توان این فرایند را توضیح داد؟ با کاهش سرعت الکترون، جرم آن نیز کاهش می یابد. بنابراین هر نظریه ای که به توضیح این پدیده بپردازد، الزاماً بایستی شامل همه ی پدیده هایی گردد که مشمول تغییر سرعت می شوند. شتاب گرفتن یک ذره ی باردار در یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی، سقوط اجسام در یک میدان گرانشی...همه را باید توضیح دهد و این کاری است که نظریه سی. پی. اچ. انجام داده است. لازم به ذکر است که اولین بار پیتر هیگز بحث ذرات هگز بوزون را مطرح کرد و صورت تکامل یافته ی آن نظریه ی سی. پی. اچ. است. بنابر نظریه هگز، همه میدان ها شامل ذراتی هستند که موجب کسب جرم توسط ذرات می شود. از نقطه نظر هیگر، هیگز بوزون هیچ انرژی ای ندارد، اما در نظریه سی. پی. اچ. این ذرات دارای جرم، سرعت و لختی دورانی و در نتیجه دارای انرژی هستد

 

هگز بوزون

Higgs Boson

چگونه ذرات جرم پیدا می کنند؟

 

می دانیم همه ذرات تشکیل دهنده ی ماده، الکترون. پروتون و نوترون دارای جرم هستند. اما ما نمی دانیم که چگونه این ذرات دارای جرم می شوند. چرا این ذرات دارای جرم هستند؟

ما نمی توانیم ادعا کنیم که اجزاء سازنده ی ماده را می شناسیم، بدون آنکه جواب رضایت بخشی برای این سئوال داشته باشیم

 

پتر هگز

Peter Higg

مدلی دارد که بخوبی نشان می دهد چگونه جرم این ذرات بصورتی پیچیده و تصاعدی ایجاد می شود. وی با یک ذره شروع کرد که تنها جرم دارد، همچنین بار، که می توان آن را از خلاء تمیز داد

 ما می توانیم آنرا

H

بنامیم که با سایر ذرات دارای کنش است. برای مثال اگر

H

نزدیک یک الکترون باشد، در آنجا یک نیرو بین آن دو هست و

H

مربوط به کلاس ذراتی است که بوزون نامیده می شوند. جدول 1

 

 

Name	Spin	Electric charge	Mass	Observed?
Graviton	2	0	0	Not yet
Photon	1	0	0	Yes
Gluon	1	0	0	Indirectly
W^+	1	+1	80 GeV	Yes
W^-	1	-1	80 GeV	Yes
Z^0	1	0	91 GeV	Yes
Higgs	0	0	> 78 GeV	Not yet

جدول یک

 

در مکانیک کوانتوم آفرینش و واپاشی ذرات بنیادی با استفاده از روابط ریاضی توضیح داده می شود و در شتاب دهنده ها نیز مشاهده می شوند

 

 

 

 

 

در این آزمایشها ذرات با ویژگی های نقطه ای خود در میدانها ایجاد می شوند و در فضا-زمان پخش می گردند

 

 

Peter Higgs

 هیگز در دهه ی 1960 متوجه شد که اگر پارامتری در معادلات میدان را با ذره ی

H

در آمیزد، بدین طریق برای کمترین انرژی میدان( فضای تهی) یک میدان غیر صفر خواهیم داشت

این بسیار جالب است که میدان در خلاء غیر صفر است. اما نتیجه ی آن چنین شد که تمام ذراتی که می توانند با

H

کنش داشته باشند، می توانند جرم کسب کنند

همچنین روابط ریاضی موجود نحوه ی کسب جرم توسط تمام ذراتی را که با

H

در کنش هستند، بیان می کند

یک تصویر که با ریاضی هماهنگی دارد نشان می دهد که فضای تهی، شامل یک ذره ی

H 

است و خودش انرژی ندارد

ذرات دیگر در کنش با این ذره ی بدون انرژی، از

zero-energy H particles

جرم کسب می کنند

جرم ( یا لختی یا مقاومت در مقابل تغییر حرکت) یک ذره، از ذرات هیگز به دست می آید

آزمایش های زیر نمونه ای است از تلاش مراکز تحقیقاتی برای شناخت و توضیح هیگز بوزون

 

 

 

 

در آزمایشگاه فرمی اندازه گیری های جدید در مورد جرم تاپ کوارک به نتایج تقریبی در باره ی جرم

Higgs boson

رسیدند

 

تحقیقات برای آشکار سازی هیگز
ذرات پروتون و پادپروتون توسط آهنربايي بسيار قوي به صورت باريكه هایي شتاب مي گيرند و با هم برخورد مي كنند. در اين فرايند، علاوه بر ذراتي كه آنها را مي شناسيم، ممكن است ذرات جديدي توليد شود كه براساس نظريات موجود انتظارشان را داشته ايم. البته در مراحل بعدي مي توانيم خواص اين ذرات، جرم يا بار الكتريكي آنها را اندازه گيري كنيم

انرژي به وجود آمده از اين عمل مي تواند باعث توليد مواد جديد و ذرات بنيادي باشد كه يا ما آنها را مي شناسيم و از وجودشان آگاه هستيم و يا مي توانيم به دنبال ذرات جديدي باشيم كه شايد وجود داشته باشند. زیرا نظريه هاي مختلف موجود احتمال وجود ذرات بنيادي مختلف را نشان مي دهند. اين ذرات را مي توان با تصادم اين دو ذره پروتون و نوترون به وجود آورد و تلاش كرد تا آنها را كشف، جرمشان را اندازه گيري و اگر داراي بار مغناطيسي باشند آنها را نيز اندازه گيري كرد

شتابگر

L.H.C

 ، كه بزرگترين شتابگر دنيا محسوب مي شود در مركز تحقيقات هسته اي اروپا، در حال ساخت است. هدف از ساخت اين شتابگر عظيم، كشف يك ذره بنيادي به نام "هيگز" است كه فيزيكدانان ذرات بنيادي آن را پيشگويي كردند. تمامي ذرات بنيادي ديگر، از جمله كوارك ها، از اين ذره به وجود آمده است

براي كشف اين ذره بايد شرايطي نظير ابتداي آفرينش عالم در آزمايشگاه به وجود آورد. درواقع در اين شتابگر پروتونها به حدي شتاب مي گيرند، كه انرژي كافي براي فراهم آوردن اين شرايط را به دست آورند. سپس در محل آشكارسازي به نام سي.ام.اس

C.M.S

با يكديگر برخورد مي كنند و مي شكنند تا ذره "هيگز" به وجود آيد
 

ايران در سرن

ايران در ژوئن 2001 رسما به عضويت اين پروژه درآمد و از همان زمان در ساخت تجهيزات آشكار سازها مشاركت كرد. در چارچوب قرارداد همكاري، ايران مشاركت در آزمايش سي.ام.اس را پذيرفت.بر اين اساس، ايران مسئوليت ساخت ميز بسيار بزرگي را كه قرار است آشكارسازها بر آن نصب شوند را پذيرفت
 

 

مقالات برای آشنایی با نظریه سی. پی. اچ

 

 

 

 ترجمه: حسين نجفى زاده

 

يك نظريه خوب يا يك ايده خوب اگر درست باشد، همواره وسيع تر و غنى تر از آن چيزى است كه حتى بنيانگذار آن ايده ممكن است در زمان خويش تصور كند. درباره يك نظريه دقيقاً براساس اين نوع پيشرفت ها قضاوت مى شود، هنگامى كه هر لحظه واقعيت هاى بيشتر و بيشترى به دامن آن مى افتند، حتى اگر در ابتدا قابل پيش بينى نباشد كه اين همه بار دهد.  ژاك لوسين مونو (J.monod) ( ۱۹۱۰_۱۹۷۶)

 

با چنین نگرشی به نظریه های علمی رایج بخوبی مشخص می شود که نظریه های تکامل داروین، مکانیک کوانتوم و نسبیت را می توان به عنوان نظریه های بسیار خوب و موفق علمی دانست. هر سه نظریه های یاد شده توسط طرفدارانشان سیر تکاملی خوبی را را پشت سر گذاشتند

 

به برداشت ژاك لوسين مونو، آنچه همواره كاملاً ديده نشده آن است كه در واقع نظريه انتخابى تكامل،  از آنچه خود داروين مى دانست يا دريافته بود، محتواى پيش بينانه غنى ترى دارد.  منظور از �محتواى غنى تر� آن است كه وقتى نظريه تكامل انتخابى تدوين شده، آن طور كه داروين در سال ۱۸۵۹ اين كار را كرد، بايد پيامد هاى خاصى به دنبال داشته باشد، حتى اگر واضع آن نظريه یعنی مورد داروين،  اين پيامد ها را نديده باشد (كه در روزگار او به سختى امكان داشت). اين پيامد ها گاهى از خود نظريه انتخابى يا حتى خود زيست شناسى نيز فراتر مى روند.

يكى از قابل توجه ترين مثال ها مباحثه مشهور ميان لردكلوين و داروين است، مباحثه اى كه داروين گمان مى كرد در آن شكست خورده است. داروين به خوبى از اين واقعيت آگاه بود كه اگر قرار است نظريه اش پذيرفتنى باشد لازم است گستره پهناورى از زمان در اختيار تكامل باشد تا موجودات زنده پديد آيند و او از صدها ميليون سال سخن مى گفت، البته بدون آنكه قادر باشد به هيچ رقم دقيقى اشاره كند.
كلوين هم که يكى از بزرگ ترين فيزيكدانان زمان خويش، بزرگ ترين ترموديناميك دان در تمام ادوار، و هم مردى عميقاًً مذهبى بود (كه احتمالاً بر موضع گيرى او بى تاثير نبوده است)، با محاسباتش ثابت كرد كه عمر منظومه شمسى نمى تواند از حدود ۲۵ ميليون سال تجاوز كند. اين مقدار به وضوح براى داروين كافى نبود و او را واداشت كه تقريباً از ساير تفسيرهای تكامل عقب نشينى كند. كلوين اگرچه بسيار مذهبى بود اما يكى از دانشمندان بزرگ قرن نوزدهم انگلستان بود و به عنوان مدلى از انرژى خورشيد يك تل هيزم را در نظر داشت.

او هيچ گزينه ديگرى نداشت و با محاسبه اتلاف انرژى از يك تل ذغال به اندازه خورشيد، توانست نتيجه بگيرد كه غيرممكن است كه فرض كنيم خورشيد مى تواند بيش از بيست و پنج ميليون سال عمر كند كه تازه براى يك توده زغال برآورد نسبتاً خوبى است. البته اكنون مى دانيم كه او اشتباه مى كرد و انرژى خورشيد از انرژى هسته اى حاصل مى شود، در واقع از گداخت هسته اى، چنانكه مى توان گفت كه كشف انرژى هسته اى، يا گداخت، يا در حقيقت كشف معادله مشهور اينشتين كه ماده را به انرژى مربوط مى كند، تلويحاً در نظريه انتخابى تكامل داروين گنجانده شده بود. خارق العاده است اما واقعيت دارد.
پيشرفت ژنتيك مولكولى يا زيست شناسى مولكولى، در واقع نظريه تكامل را فوق العاده پربار ساخته و بسيارى از نكات نهفته در آن را آشكار كرده است. زيست شناسى مولكولى در مفهوم تكامل، انقلابى پديد نياورده، بلكه در عوض آن را هم دقيق تر و هم محكم تر ساخته است. در توصيف هايش نظريه اى محكم تر است، از اين نظر كه حرف هاى بيشترى براى گفتن دارد و به اين ترتيب نسبت به معيار ابطال پذيرى پوپر خيلى حساس تر مى شود. 

داروین دانشمندى با شيوه اى نو در تبيين زيست شناسى سر برآورد و يك نسل بعد دانشمند ديگرى به نام آلبرت اینشتین با شيوه اى نو در تبيين فيزيك سر برآورد.

 تا پيش از اينشتين تمام نظريه هاى فيزيكى آزموده شده و تاييد شده، �قانون� ناميده مى شد: قوانين سه گانه نيوتن در حركت،  قوانين گرانش و قوانين ترموديناميك و... هنگامى كه اينشتين از راه رسيد نشان داد كه نيوتن ناقص است. اشتباه نه، بلكه ناقص زيرا فقط زيرمجموعه اى از واقعيت را توصيف مى  كند. اينشتين نشان داد كه براى تبيين اين واقعيت درك عميق ترى لازم است. در اين لحظه فيزيكدانان  دست از �قانون� ناميدن چيزها برداشتند. در قرن بيستم هيچ �قانونى� در فيزيك وضع نشد. نظريه كوانتوم داريم، نظريه نسبيت و... كافى است نگاهى به كتاب ها بيندازيد تا ببينيد كه همه از اصطلاح �نظريه� استفاده مى كنند. اين به معناى رسيدن به يك شناخت است كه كسى كه بعد از شما مى آيد ممكن است به دركى عميق تر از پديده دست يابد. اما �عميق تر� به اين معنا نيست كه كار شما ديگر اعتبار ندارد بلكه صرفاً يعنى آنكه گستره وسيع ترى از شناخت در انتظار شما است كه آنچه شما مى دانيد در دل آن جاى مى گيرد. مانند نمودار كلاسيك و قديمى ون است: جهان نيوتن اينجا است در يك دايره و اكنون جهان اينشتين در دايره اى بزرگتر كه نيوتن را در برمى گيرد و هنگامى كه معادلات اينشتين را در گرانش و سرعت پايين در نظر بگيريد فرقى با معادلات نيوتن ندارد. در اين شرايط همه آن معادلات فرو كاسته شده و به شكل معادلات نيوتن درمى آيند. از آنجا كه معادلات نيوتن جواب مى دهند، در شرايطى كه ثابت شده درست هستند، ناگهان از كار نمى افتند. به عبارت ديگر به خاكستر ننشسته اند بلكه هنوز صحيح و سالم آنجا هستند. به همين خاطر اكنون مى دانيم كه نسبيت عام ناقص است چرا كه با مكانيك كوانتوم پيوند نخورده است. آنها ازدواج نكرده اند و با هم صحبت نمى كنند. ما اكنون هم اين را مى دانيم. از اين رو برآنيم كه هنوز دايره بزرگترى نيز هست كه مكانيك كوانتوم و نسبيت عام را دربر خواهد گرفت و اين چيزى است كه متخصصان نظريه ریسمانها در پى آنند. همين است كه به آنها انگيزه مى دهد و از روى هوس نيست

بعد از تكميل نسبيت عام، اينشتين به اين مسئله پرداخت كه معادله هايى كه نوشته چه چيزى براى كل جهان يا كيهان پيش بينى مى كنند. فرض هايى بسيار معقول و كلى براى كل كيهان كرد. مثلاً اينكه كيهان در مقياس هاى بزرگ نه مركز مرجحى دارد نه امتداد. مرجحى معادله ها را حل كرد و در كمال تعجب ديد كه حل ايستا ندارند: يا جهان در حال بزرگ شدن است يا در حال كوچك شدن، در گذشته اى متناهى از يك نقطه آغاز شده و ممكن است در آينده اى متناهى به يك نقطه بينجامد! از اين حل خوشش نيامد. دستى در معادله هايش برد. جمله اى به آنها افزود. در اين جمله ثابتى ظاهر مى شود كه آن را ثابت كيهان شناختى نامگذارى كرد. اگر اين ثابت كه آن را با لاندا نشان مى دهند، صفر باشد، معادله ها مى شوند همان معادله هاى قبلى اگر لاندا مثبت باشد، جلوى انبساط عالم گرفته مى شود و اگر لاندا منفى باشد، جهان به نحو فزاينده اى منبسط مى شود. چند سال بعد ادوين هابل منجم آمريكايى انبساط جهان را كشف كرد! پس از آن اينشتين گفت اين افزودن جمله كيهان شناختى به معادله هايش بزرگ ترين اشتباه زندگى اش بوده. امروز يك نظريه بسيار موفق براى كيهان شناخت داريم موسوم به مدل استاندارد كيهان شناخت. و يكى از سنگ هاى اصلى اين بناى بسيار عظيم و زيبا نسبيت عام است

هميشه وقتى سخن از اينشتين به ميان مى آيد، ذهن ها متوجه نظريه نسبيت و پيامدهاى انقلابى آن در فيزيك مى شود. اما كمتر كسى اين نكته را به خاطر مى آورد كه اينشتين همانطور كه در اولين انقلاب علمى قرن بيستم يعنى نظريه نسبيت سهيم بود، در انقلاب ديگر يعنى فيزيك كوانتومى نيز نقش بسزايى داشت. حتى جايزه نوبل هم به خاطر مقاله �اثر فوتوالكتريك� كه تاييدى بر كوانتومى بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازى سرنوشت آنگونه شكل گرفت كه يكى از بزرگترين حاميان مكانيك كوانتومى، منتقد تراز اول آن نيز باشد. واكنش اينشتين نسبت به مكانيك كوانتومى و مباحثات او با فيزيكدانان بانى نظريه كوانتوم به ويژه نيلز بور. هدف توصيفی است كه در تاريخ كوانتوم  اتفاق افتاده است.
اگر عنی سازی یک نظریه را توسط دیگران، و نه بانی آن نظریه نشان خوبی آن نظریه بگیریم، مکانیک کوانتوم دارای چنین ویژگی ممتازی است.

هرچند ماکس پلانک بنیان گذار مکانیک کوانتوم است، اما فيزيكدانان بسیاری نظیر نيلز بور، ورنر هايزنبرگ، اروين شرودينگر و... آلبرت اينشتين از جمله فيزيكدانانی هستند که در تکمیل مکانیک کوانتوم نقش شایان توجهی ایفا کردند. ماكس بورن يك فرمول بندى آمارى از مكانيك كوانتومى منتشر كرد و  هايزنبرگ هم اصل عدم قطعيت (uncertainty principle) خود را مطرح كرد. نيلز بور نيز براساس اين دستاوردها تعبير معرفت شناختى خود را از مكانيك كوانتومى پيشنهاد كرد كه در ضمن آن ايده مكمليت (complementarity) را نيز معرفى مى كرد. همه اين موارد دلايلى كافى بودند كه اينشتين با بور و  هايزنبرگ به بحث بنشيند.
اينشتين به هيچ وجه نمى توانست زير بار يك چنين تعبيرى برود. او فيزيكدانى بود كه همواره به دنبال كشف طبيعت بود و يك چنين نظريه اى با اين نتايج عجيب و غيرشهودى او را راضى نمى كرد. اينشتين به رئاليسم اعتقاد داشت و نمى توانست بپذيرد كه مشاهده كننده واقعيت يك پديده فيزيكى را تعيين مى كند. او معتقد بود كه فيزيكدان ها به ايده آليسمى از نوع باركلى روى آورده اند كه آنها را سرمست كرده است و از هدف اصلى علم و همچنين فيزيك دور شده اند. به همين دليل بود كه به شدت در مقابل نظريات بور و  هايزنبرگ موضع گيرى كرد.  هايزنبرگ در خاطرات خود مى نويسد: � اينشتين آزمايش فكرى جديدى كه گمان مى كرد اصل عدم قطعيت را رد مى كند، مطرح مى كرد. پس از بحث هاى بسيار در طول روز، بور به اينشتين ثابت مى كرد كه آن آزمايش هم نمى تواند اصل عدم قطعيت را خدشه دار كند. اينشتين كمى ناراحت مى شد، اما بزودی با يك آزمايش فكرى ديگر كه پيچيده تر از آزمايش قبلى بود، از راه مى رسيد. سرانجام پاول اهرنفست فيزيكدان هلندى كه دوست اينشتين بود گفت: من به جاى تو خجالت مى كشم، استدلال هاى تو در برابر مكانيك كوانتومى شبيه استدلال هايى است كه مخالفانت در برابر نظريه نسبيت مى آورند.� اينشتين با اين آزمايش هاى فكرى مى خواست وجود ناسازگارى در مكانيك كوانتومى را نشان دهد تا بتواند آن را رد كند، اما موفق نشد. او هميشه مى گفت نمى تواند قبول كند كه خدا شير يا خط  بازى مى كند. او معتقد بود اگر خدا مى خواست تاس بازى كند اين كار را به طور كامل انجام مى داد و در آن صورت ما ديگر مجبور نبوديم به دنبال قوانين طبيعت بگرديم، چرا كه ديگر قانونى نمى توانست وجود داشته باشد. جواب بور به تمامى اين جملات نغز اين بود كه: ما هم وظيفه نداريم براى خدا در اداره كردن جهان تعيين تكليف كنيم. به اين ترتيب بور می توانست از سازگارى منطقى تعبير كپنهاگى دفاع كند. و سرانجام اينشتين ناقص بودن مكانيك كوانتومى را نشان دهد. اما ناقص بودن یک نظریه را نمی توان دلیل خوب نبودن آن دانست، کما اینکه نسبیت و مکانیک کلاسیک نیز ناقص هستند.
 

منابع:

http://www.sharghnewspaper.com

http://mrm.persianblog.com

http://cph-theory.persiangig.com

 

تحليلي بر استفاده از تکنولوژي?هاي CNG و هيدرات در انتقال گاز طبيعي

انتقال گاز براي فواصل طولاني همواره با مشکلات خاصي روبرو مي­باشد. امروزه تکنولوژي LNG به عنوان راهکاري کاملاً اقتصادي و قابل اطمينان در اين زمينه مطرح است. اما پيشرفت‌هاي اخير در زمينة استفاده از ساير تکنولوژي‌ها نيز باعث گرديده است که روش‌هايي نظير CNG و هيدرات هم به عنوان راه‌حلي براي انتقال گاز به فواصل طولاني مطرح گردند. اين مطلب سعي نموده تا تحليلي از وضعيت اين تکنولوژي‌ها ارايه دهد:

بدون شک گاز طبيعي منبع مهم تامين انرژي در قرن جديد است. امروزه تکنولوژي‌هاي بسياري براي استحصال، انتقال و به‌کارگيري از منابع گازي رشد يافته‌اند.

توسعة سريع صنعت گاز نيز تاثيرپذير از تکنولوژي‌هاي مهمي بوده است که از اواسط قرن بيستم مطرح شده‌اند. انتقال گاز طبيعي به واسطة ماهيت گازي آن عموماً با دشواري مواجه است و حتي  استفاده از ساده‌ترين روش انتقال يعني خطوط لوله در فواصل طولاني با مشکلات زيادي روبرو مي‌شود.

با توجه به توانايي­هاي موجود تکنولوژي براي انتقال گاز به فواصل دوردست، روش LNG  گاز طبيعي مايع‌شده به عنوان يک روش اقتصادي توانسته دشواري حمل گاز را مقدار زيادي مرتفع سازد.

برخي از کارشناسان تبديل گاز به فراورده­هاي مايع (GTL) را نيز راهکاري مناسب جهت انتقال گاز به بازارهاي دوردست بيان مي­نمايند؛ زيرا معتقدند با وجود اين که هنوز تکنولوژي GTL به طور گسترده مورد استفاده کشورهاي دارنده گاز قرار نگرفته است، حمل فرآورده­هاي مايع به بازارهاي مصرف بسيار ساده­تر و کم هزينه‌تر از روش تبديل به LNG مي­باشد. علاوه بر آن فرآورده­هاي مايع گاز را به سهولت مي­توان در بازار مصرف به فروش رساند ولي به دليل نوع خاص تقاضاي LNG که به تاسيسات دريافت خاصي نيازمند است, فروش LNG همواره دشواري بيشتري دربردارد.

به واسطه هزينه­هاي بالا براي انتقال گاز طبيعي در هر يک از تکنولوژي­هاي فوق­الذکر, تحقيق و پژوهش براي يافتن راهکارهاي ديگر همواره ادامه دارد. در اين راستا علاوه بر تکنولوژي LNG و GTL، تکنولوژي‌هاي CNG و هيدرات نيز ممکن است بتوانند به عنوان راهکاري مناسب و ارزان براي انتقال گاز مطرح شوند.

تکنولوژي CNG

تکنولوژي CNG يا گاز طبيعي فشرده شده، براي انتقال گاز طبيعي در مسافت‌هاي طولاني، قابليت مهمي به شمار مي­رود. CNG را مي‌توان در کشتي‌هاي مخصوصي ذخيره و سپس به مقاصد مورد نظر حمل نمود. اگرچه يک کشتي حامل CNG نمي‌تواند گاز را به مقادير بارگيري شده در کشتي‌هاي LNG انتقال دهد، ولي روش مايع‌سازي و همچنين تبديل مجدد به گاز در تکنولوژي CNG سهل‌تر و بسيار کم‌هزينه‌تر از LNG است.

ذخيره‌سازي گاز در کشتي‌هاي CNG به صورت نگهداري گاز در لوله‌هايي با تحمل فشار 3000-1500 psi و به قطر 18 تا 36 اينچ مي‌باشد. اين لوله‌ها که به‌صورت افقي و عمودي در کشتي تعبيه شده‌اند, توانايي ذخيره­سازي مقادير زيادي گاز را در خود دارند. براي کاهش خطرات احتمالي, دماي اين لوله‌ها در 20- درجه سانتي‌گراد حفظ مي‌شود.

به دليل فشار بالاي CNG در مخازن لوله‌اي شکل، بالابودن احتمال خطر انفجار از مشکلات اساسي عملي‌نشدن کاربرد وسيع تکنولوژي CNG در جهان مي‌باشد.

امروزه استفاده از تکنيک‌هاي جديد در ساخت کشتي‌هاي CNG يعني به‌کارگيري لوله‌هايي به قطر 6 اينچ که به‌صورت قرقره‌هاي بزرگ در درون کشتي تعبيه مي‌شوند، پيشنهاد شده است. اين کشتي‌ها توانايي ذخيره‌سازي بيشتري از گاز را در خود دارند. تکنولوژي CNG براي انتقال گاز مخازن آب‌هاي عميق که عملاً انتقال گاز آنها با خط لوله به ساحل با دشواري و هزينه بالا روبرو است, مي‌تواند کاربرد يابد.

سادگي فرايند توليد CNG و تکنولوژي‌ ساده‌تر ساخت کشتي‌هاي حمل آن نسبت به LNG, طرح‌هاي CNG را به عنوان گزينة بالقوه‌اي براي انتقال گاز مطرح نموده است.

با توجه به شرايط موجود تکنولوژي CNG, استفاده از آن تنها براي انتقال گاز تا فواصل 2500 مايل مطمئن به نظر مي‌رسد. تحقيقات در زمينة استفاده از تکنولوژي CNG براي انتقال گاز طبيعي در کشورهاي آمريکا و استراليا همچنان ادامه دارد.

تکنولوژي هيدرات

هيدرات جامدي است بلوري که از مولکول‌هاي آب تشکيل شده است و در حقيقت مولکول‌هاي گاز در درون آن به دام افتاده‌اند. گازهاي زيادي هستند که قابليت تشکيل هيدرات را دارند. از آن جمله مي‌توان به هيدروکربن‌هايي با تعداد اتم‌هاي پايين نظير متان اشاره کرد.

شرايط تشکيل هيدرات عبارتند از: 1- فشار و دماي مناسب 2- وجود مولکول آب 3- وجود مولکول گاز

از دهة 1960 که هيدرات گازي به عنوان عاملي مزاحم در خطوط لوله گاز به‌وجود آمد, ايده انتقال گاز طبيعي به‌وسيلة هيدرات در ذهن بسياري از دانشمندان شکل گرفت.

به دليل آنکه دماي حمل هيدرات بالاتر از دماي حمل LNG مي‌باشد، هيدرات گازي را به سهولت مي‌توان انتقال داد. از اين رو تکنولوژي ساخت کشتي‌هاي حمل هيدرات پيچيدگي بسيار کمتري نسبت به کشتي‌هاي حمل LNG خواهد داشت و تاسيسات توليد هيدرات بسيار ساده‌تر از تاسيسات LNG مي‌توانند طراحي گردند.

اما مشکل اساسي, حجم کمتر گاز منتقل شده مي‌باشد. براساس مطالعات انجام شده در اين زمينه, هر يک متر مکعب هيدرات, 175 متر مکعب گاز را در خود جاي مي‌دهد. در صورتيکه در تکنولوژي LNG کاهش حجم به يک ششصدم مي‌رسد و اين موضوع در اقتصادي‌بودن طرح‌هاي انتقال گاز به‌خصوص فواصل دوردست بسيار پراهميت است.

با اين وجود, هنوز اميدهاي زيادي وجود دارد تا هيدرات به عنوان يک راه‌حل کاملاً اقتصادي جهت انتقال گاز به­کار رود. در اين زمينه, شرکت BP با همکاري مراکز علمي ديگر مانند دانشگاه گودسن در حال ساخت پايلوتي است که توان توليد روزي 100 کيلوگرم هيدرات را دارد.

جمع‌بندي

 آنچه مسلم است پيشرفت‌هاي تکنولوژي در زمينه هيدرات و CNG همچنان ادامه دارد ولي گمان مي‌رود تا سال 2020, راه­حل مطمئن و اقتصادي براي انتقال گاز طبيعي به مناطق دوردست، استفاده از تکنولوژي‌ LNG  و يا تبديل به فرآورده‌هاي مايع GTL و حمل آن به مناطق موردنظر ‌باشد.

تکنولوژي CNG در صورت کاهش‌دادن خطر انفجار در هنگام انتقال آن، مي‌تواند رقيبي براي تکنولوژي ‌LNG در فواصل کوتاه‌تر (2500مايل) باشد.

براي کشورهايي نظير کشور ما که داراي ذخاير عظيم گازي است، تحقيق و توسعه در زمينه طرح‌هاي هيدرات و CNG به عنوان راهکارهاي جديد انتقال گاز، حرکت مهمي در تحقيق و پژوهش صنعت گاز مي­تواند به شمار رود.

 ماخذ:

1.ABC TECHNICAL BULLETIN, 2002

يکي از انواع روش‌هاي ازدياد برداشت از مخازن نفت، روش شيميايي است. در اين روش، با تزريق مواد شيميايي به‌دنبال توليد بيشتر از مخزن هستيم. در حال حاضر تزريق پليمر متداول‌ترين روش تزريق مواد شيميايي است. در اين نوشتار به انواع روش‌هاي تزريق پليمر و برخي تجارب به‌دست‌آمده در اين موضوع اشاره خواهيم کرد.

 

انواع روش‌هاي تزريق پليمر

به طور کلي روش‌هاي تزريق پليمر به دو دسته کلي تقسيم‌بندي مي‌شوند.

1-تزريق مواد کاهنده کشش سطحي: در اين روش ماده‌اي را به مخزن تزريق مي‌کنيم که نيروي چسبندگي بين نفت و سنگ مخزن را کاهش مي‌دهد و حرکت سيالي درون مخزن را راحت‌تر مي‌کند. اولين تحقيقات در اين روش در سال 1927 بعمل آمد ولي تا سال 1952 تحقيقاتي در اين زمينه انجام نشد. براساس تحقيقاتي که پس از اين تاريخ انجام شد، اين نظريه به دست آمد که نيروي مويينه و کشش سطحي، عامل نگهداري نفت باقيمانده در خلل و فرج مخزن است. به همين دليل، براي کاهش کشش سطحي بايد موادي به مخزن تزريق شود که اين نيرو را کم يا به صفر برساند.

2- تزريق پليمر به منظور افزايش جرم حجمي آب: در اين روش، اغلب از پليمرهاي سنتزي در رده‌بندي پلي‌اکريليدآميد و پليمر بيولوژيکي زانتاگام استفاده مي‌شود. اگرچه پليمرهاي بيولوژيکي در مقابل تغييرات دما حساس‌ترند، اما به‌دليل ارزاني، زانتاگام جايگاه مناسبي در اين روش دارد.

اين روش در اواسط دهة 50 ميلادي توسعه يافت، در سال 1960 از پليمرهاي جديدي با وزن مولکولي بالا بين 3 تا 9 ميليون استفاده شد که موفقيت‌آميز بوده است.

شرايط لازم براي تزريق پليمر

تزريق پليمر به مخزن نياز به شرايط خاصي در سنگ و سيال دارد. شرايط لازم براي تزريق پليمر به اين ترتيب است.

جنس	شن‌،‌‌‌سنگ‌،‌کربناته
عمق	مقادير متفاوت
دما	120-30
ضخامت	ft 30-6
تراوايي	md 1000-10
وزن مخصوص	95/0
ويسکوزيته	cp       100

نمونه‌هايي از تزريق موفق پليمر

1-     ميدان نفتي چاتورنارد (فرانسه)

مخزن چاتورنارد از مخازن نفتي کرتاسه در جنوب شرق پاريس است. سطح تقريبي مخزن 20 کيلومتر مربع است. گسل‌هاي شمالي‌ـ‌جنوبي،‌ مخزن را به سه بخش، شامل لايه‌هاي افقي ماسه سنگ تقسيم نموده است. ضخامت لايه، 10 تا 16 فوت و ميانگين تراوايي سنگ 1000 ميلي دارسي با تغييرات شديد است. سبکي نفت حدود 37 درجه API و ويسکوزيته آن  cp 40  است . درجه حرارت  مخزن 30 درجه سانتيگراد مي‌باشد.

در اين ميدان، از سال 1977 تاکنون پروژه  تزريق پليمر طي چهار طرح آزمايشي به مرحلة اجرا درآمده است:

1-    اولين پروژه در سال 1977 آغاز شده است و تاکنون نيز ادامه دارد؛ در اين پروژه يک چاه تزريقي حفر گرديده و حدود يک ميليون مترمکعب آب و پليمر تزريق شده است. غلظت مواد تزريقيppm   700 است. مجموع نفت توليد شده از اين ميدان 78000 تن مي‌باشد که 28000 تن آن از بازيافت ثانويه به‌دست آمده است.

2-    دومين پروژه، تزريق مواد کاهش‌دهندة‌ کشش سطحي بود که در اواخر سال 1977 آغاز و در سال 1980 پايان يافت. در اين پروژه چهار چاه توليدي حفر شد که از اين تعداد 3 چاه به توليد رسيد.

3-    سومين پروژه از 1983 شروع شد. حجم فضاي متخلخل برابر با 224دکامتر مکعب بوده است. غلظت پليمر ppm 17000  بوده است. مقدار نفت توليدشده عبارت است از 51 دکامتر مکعب که در ابتدا 55دکامتر مکعب تخمين زده شده بود. از چهار چاه توليدي نفت استخراج در اين پروژه‌، گرديده است.

2-    ميدان نفتي داجينگ  (چين)

اين ميدان دو قسمت جنوبي و غربي دارد که در قسمت جنوبي آن پروژه XF جريان دارد. پروژه XF در طول سال‌هاي 1988-1966 مورد مطالعه قرار گرفت و لايه، ابتدا سيلابزني شد. در ابتدا يک مطالعه آزمايشگاهي روي اين لايه انجام شد که  از پليمر سديم‌ـ‌کربنات‌ـ‌الکالين‌ ‌استفاده شد. در کار آزمايشگاهي 21.7 درصد نفت در جاي نمونه خارج شده است. کار ميداني که به منظور بهره‌برداري آغاز شد از آگوست 1994 شروع شد و در ژولاي 1995 به پايان رسيد که در نتيجه  25درصد از نفت موجود در مخزن بازيافت شد.

مخزن 1 چاه تزريقي و 4 چاه توليدي دارد. خصوصيات مخزن XF به قرار زير است.

عمق                             ft830

ضخامت                          ft8/6

دما                               48

ويسکوزيته                       cp8-6

تخلخل مؤثر                     36 درصد

اشباع نفت                       74.8 درصد

تراوايي                           m.d 15

در لايه غربي که به نام po معروف است، کار آزمايشي و کار ميداني صورت گرفت. در کار آزمايشگاهي از پليمر سديم هيدرواکسيد استفاده شده است که در نمونه آزمايشگاهي 18.8 درصد نفت موجود (OOIP)  در نمونه استخراج شد. کار ميداني در poدر ژوئن 1994 شروع و در 23 سپتامبر 1995 به پايان رسيد که مقدار 18/2 درصد از نفت موجود در مخزن بازيافت شده است. در اين پروژه،  چاه تزريقي، 9 چاه بهره‌برداري و 2 چاه مشاهده‌اي حفر شده است.

خصوصيات کلي مخزن به قرار زير است.

عمق                             ft814

ضخامت                          ft6/8

دما                               45

ويسکوزيته                       cp5/11

تخلخل مؤثر                     %26

اشباع نفت                       8/74

تراوايي                           md10

چرا اين روش براي مخازن ايران مناسب نيست

روش‌هاي تزريق مواد شيميايي، به علت گران‌بودن مواد تزريقي، معمولاً براي مخازن کوچک ( mmbbl 50 < (ooip  مناسب هستند. در هنگام استفاده از پليمرها بايد توجه داشت که اين مواد باعث بسته‌شدن کامل تراوايي سنگ مخزن نشوند. به علت گراني پليمرها، تزريق اين مواد به صورت چرخه‌اي از آب خالص و آب داراي پليمر و به صورت slug صورت مي‌گيرد که براي تأمين فشار و حرکت اين slug، از تزريق آب کمک مي‌گيرند. به علت حساس بودن پليمرها از لحاظ پايداري شيميايي، کاربرد پليمر در شرايط دماي کمتر از 100درجه سانتيگراد است.

کيفيت آب موجود در سازند در تزريق اثر مهمي دارد؛ زيرا يون‌هاي نمکي موجود در آب سازند قابليت‌هاي مواد شيميايي را تغيير مي‌دهند. عامل مهم ديگر جنس مخزن است زيرا سنگ‌هاي کربناته، از کلسيم و منزيم، تشکيل شده‌اند و پليمر بر اين سنگ‌ها تقريباً بي‌تأثير است. در سنگ‌هاي کربناته‌اي که شکافدارند، اين روش استفاده نمي‌گردد؛ چون پليمر در شکافها از دست مي‌رود.

مخازن ايران عمدتاً کربناته شکافدار با دماي بالا هستند. به اين دليل روش‌هاي شيميايي در مخازن ايران کارايي  چنداني   ندارند. نکته ديگر اينکه مخازن ايران داراي تراوايي پايين و وسعت بالا هستند که در نتيجه نياز به مواد شيميايي زيادي دارند که اين عامل به نوبه خود از عوامل مهم محدود کننده استفاده از مواد شيميايي است. همچنين دماي بالاي مخازن موجب از دست‌رفتن خواص پليمر مي‌شود. بنابراين استفاده از مواد شيميايي را نمي‌توان روشي چندان مناسب براي مخازن ايران دانست هر چند که انتخاب روش ازدياد برداشت مستلزم مطالعات و امکان‌سنجي‌هاي دقيق اقتصادي و فني است.

مآخذ:

1- Over view of elf aguitaines chateaurnard field pilots.a.putz
     2- Status report of chemical flooding,d.g.kessel german institution for petroleum research
     3- B.supporting materials of oil recovery projections from application of enhanced oil recovery process,appendix

ماخذ

ماخذ

1-               نشريه شماره 27 انجمن نفت ايران

A-Fredl. Stalkupjr. Henryl. Doherty , Miscible displacement , Memorial Fund of AIME , Society of Petroleum Engineering of Aime Newyork (1984)

B- EXXON Production Research company , Reservoir Engineering course , Chap. 17 New Recovery methods (Miscible.gas Injection) 1989.US.A.

C-Erle C.Donaldson , George v.Chilingarian & The Fu Yen. Edit.Enhanced Oil Recovery , I,II,III. Fundamentals & Analysies.

D-Ali.  M.Saidi,  Reservoir  Engineering  of  Fractured  Reservoirs (1987)part III

 

E – گزارشها و يادداشتهاي مختلف از مراكز تحقيقاتي I.F.P فرانسه و J.N.O.C  ژاپن

2-               نشريه استاندارد كالاهاي ايراني

Enhanced Oil Recovery : LARRYW . LAKE 1982

3-               نشريه شماره 33 انجمن نفت ايران – بهار 1372

A- Reservoir Engineering Course Chapter 6

By: Heriot – Watt University Dr.A.Danesh (England) (1990)

B-Reservoir Engineering Course Part II

By: Technology Research Conter japan Dr. Okom Tokyo(1990)

مجلات علمي مهندسي J.P.T November  1985 و S.P.E مربوط به

May/1988 , Sept/1986,Dec/1985 , April/1983.Nov/1982,Oct/1982, Feb/1981,May/1980

4-               نشريه نفت و پروژه شماره دوم

REVIEW . اگوست 2000

5-               فصلنامه تحقيق شماره 22 ، پاييز 1375

www.noie.ws/naft  tosea 183.htm//6-http:

7-http://www.itanetwork.org/archive/oil-Gas/res-efficiency/res-progareas-shtml

              www.obio.com/mero.htm

               www.sinocal.com/english-  version/products/merot/meort.ht

كاربرد روش ميكروبي در ازدياد برداشت مخازن نفتي(ف7)

كاربرد روش ميكروبي در ازدياد برداشت مخازن نفتي

 

صيانت از مخازن نفتي به منظور افزايش طول عمر آنها ، همواره از دغدغه هاي كشورهاي

 

دارنده نفت به شمار ميرود . سالانه مبالغ زيادي در جهان، صرف بودجه هاي تحقيقاتي بر

 

روي روش هاي ازدياد برداشت از مخازن نفتي ميگردد و دارندگان اين ذخاير مي كوشند تا

 

با روشهاي جديد تر كم هزينه تر و با كارايي بالاتر  از منابع خود بهره جويند.يكي از راههاي

 

جديد در افزايش بازده مخازن نفتي ، روش ميكروبي (MEOR ) مي باشد كه كارشناسان

 

احتمال مي دهند كه در آينده يكي از روش هاي مهم ازدياد برداشت گردد.كاربرد بيو

 

تكنولوژي در عرصه نفت روز به روز گسترش بيشتري مي يابد . امروزه كارشناسان علوم

 

بيو تكنولوژي در كنار مهندسان نفت ميكوشند تا بازده توليد ازمخازن نفتي را ارتقاء بخشند.

 

روش ميكروبي روشي مبتني بر كاربرد ميكروب هاي خاص به منظور افزايش توليد نهايي از

 

چاه است.

 

راه هاي ازدياد برداشت مخازن از طريق ميكروب ها  

 

ميكروب ها از سه طريق باعث ازدياد برداشت از مخازن مي گردد:

 

1-با اكسيد اسيون نفت اسيد چربي توليد مي كنند كه باعث كاهش گرانروي نفت مي گردد.

2- با توليد مقادير متناسبي از گاز co2 باعث افزايش فشار در مخزن مي گردند كه از اين 

 

رو مانند استفاده از روش تزريق گاز عمل مي نمايد .

 

3- ميكروب ها با به وجود آوردن بيو ماس ميان نفت و سنگ مخزن باعث جابجايي

 

فيزيكي نفت ميشود.

 

جريان ورود ميكروب ها به منظور تزريق به چاه بايد متناوب و پيوسته صورت پذيرد. فواصل

 

زماني ،بستگي به چاه بايد متناوب و پيوسته صورت پذيرد . فواصل زماني، بستگي به عمق

 

چاه و نوع نفت خام و ميزان آب مخزن و ساختار زمين شناسي آن دارد. شايان ذكر است ،

 

يكي از اجزاي نا مطلوب همراه نفت خام، آب و تركيبات گوگردي نظير H2S ميباشد كه

 

كاربرد روش ميكروبي مي تواند راهكاري براي جذب آن ها و جلوگيري از مسئله خوردگي

 

تجهيزات انتقال نفت خام باشد. يكي از نكات مهم و قابل توجه فرآيند بيو لوژي ،درجه

 

حرارت است همانطور كه مي دانيم ،دما به صورت يك عامل محدود كننده و در برخي موارد

 

يكي از مشكلات فني در گسترش اين روش به شمار مي رود . در نتيجه، روش ميكروبي  

 

به طور چشمگير محدود به دماي حداكثر تا 180 درجه فرانهايت است.

 

پيشرفت تحقيقات و كاهش هزينه ها  

 

امروزه،تحقيقات در زمينه حل مشكلات فني و اقتصادي تر نمودن روش ميكروبي به سرعت

 

در حال انجام است. تحقيقات آزمايشگاه ملي مهند سي و محيط زيست ايداهوي آمريكا

 

(INEEL ) اخيراً روش ميكروبي را توسعه زيادي بخشيده و آن را با هزينه پايين تري ارائه

 

نموده است. اين تحقيق شامل توليد و كاربرد پليمر هاي ميكروبي و بيو سر فاكتانت ها

 

( فعال كننده هاي سطحي ميكروبي) از ضايعات كشاورزي ، به منظور تزريق به ميادين نفتي

 

مي باشد. شركت سينوكال (sinocal ) نيز در آزمايشگاه ميكروب شناسي خود در سال 1999

 

موفق به توليد ميكروبي تحت عنوان سينو كال شده است. اين ميكروب در واقع به صورت

 

يك محلول تيره رنگ با بوي بسيار قوي،به منظور تزريق كاربرد مي يابد .ميكروب حاصله

 

در 2 بر اساس نوع نفت خام و ساير مشخصه ها مخزن طبقه بندي مي شود(g12تاg1 ) و

 

اساس كار آن واكنش  شيميايي با واكس، آسفالت عناصر حلقوي نفت خام مي باشد ،يعني

 

در واقع گرانروي نفت را مي تواند كاهش دهد. بنابراين بازده چاه نفت به طور معني داري

 

زياد مي گردد. مشخصه هاي محلول ميكروبي سينوكال به صورت زير است:

 

1-تمركز و غلظت ميكروب بيشتر از 1012*1 براي هر ليتر

 

2- مقادير  ضخامت از 1/ تا 1 ميكرومتر

 

3- ميكروب نامبرده مي تواند در محيطي با فشار و دماي بالا رشد نمايد و طول عمر آن 7

تا 9 ماه است.

 

كاربرد اين ميكروب در يك چاه نمونه باعث شد تا نفت استحصالي از آن به مقدار 368 تن

 

در مدت 60 روز افزايش يابد. يعني افزايش توليدي بالغ بر 6 تن در روز در مقايسه زماني كه

 

از اين روش استفاده نمي گرديد. نتيجه ي اين روش بازيافتي در حدود 30 درصد بود كه در

 

مقايسه با راندمان بسيار مطلوب 50تا 60 در صد قابل قبول است.از بعد اقتصادي هزينه

 

كاربرد روش ميكروبي با توجه به نوع ميكروب، نفت خام شرايط مخزن از يك تا 8 دلاربه ازا

 

هر بشكه نفت در نوسان است.اين رقم براي استفاده از روش افزايش بازده شيميايي و

 

پليمري در 5 دلار تا 10 دلار به ازاي هر بشكه در نوسان است و كاربرد پليمر هاي گرانتر تا

 

12 دلار به ازاي هر بشكه هزينه در پي دارد . شايان ذكر است هزينه هاي مربوط به تزريق

 

بخار آب در حدود 3تا 6 دلار با توجه به شرايط در نوسان است.مقايسه هاي هزينه اي نشان

 

مي دهد كه در آينده نزديك، روش ميكروبي با ساير روش هاي ازدياد برداشت ،قابل رقابت

 

خواهد بود. روش ميكروبي در حال حاضر در برخي مخازن آمريكا ، مكزيك و نزوئلا كاربرد

 

يافته است.تحقيق در مورد MEOR در سال هاي اخير پيشرفت زيادي داشته و اين روند در

 

آينده نيز حفظ خواهد شد وبا رفع اشكالات و اقتصادي ترشدن آن كاربردهاي عمومي تري

 

خواهد يافت.   

برسي آثار تورمي تزريق گاز بر فشار اشباع (pb )و ضريب انبساط حجمي (bo ) نفت مخزن(ف6)

برسي آثار تورمي تزريق گاز بر فشار اشباع (pb )و ضريب انبساط حجمي (bo ) نفت مخزن

 

تزريق گاز در مخازن نفتي به منظور تامين فشارو فشار افزايشي در مخزن صورت ميگيرد

 

اين عمل سبب تغييراتي در بعضي از خواص ترموديناميكي نفت مخزن مانند فشار اشباع و

 

ضريب انبساط حجمي ميشود. در اين فصل نفت مخزن را مشير به عنوان نفت مبنا و گاز

 

كارخانه گاز مايع 900 (900 – ngl ) به عنوان گاز تزريقي انتخاب و تغييرات ياد شده در

 

بالا در سيال حاصل مطالعه و تحليل شده است. اين مطالعه براي اولين بار در ايران انجام

 

شده است. تقريباً از همان اوايل كشف منابع هيدرو كربني اين واقيعت آشكار شد كه با   

 

بهره برداري طبيعي از مخازن نفتي تا حدود هشتاد درصد از نفت مخزن غير قابل دسترسي

 

خواهد بود . با توجه به نرخ بالاي انرژي ، جايگزين، تلاش براي افزايش هر چه بيشتر توليد

 

از اين منابع آغاز گرديد. در اين راستا ،روشهاي مختلفي ابداع شد كه يكي از آن ها تزريق

 

گاز و جابجايي نفت به صورت امتزاجي است.در اين روش نفت موجود در مخزن به وسيله

 

سيال مناسبي تحت شرايط از پيش تعيين شده جا به جا ميشود و در نتيجه نفت قابل     

 

بهره برداري به مقدار زيادي افزايش ميابد.

                                                  

در مطالعه فرآيند جابجايي امتزاجي، خواص فيزيك و ترموديناميكي سيالهاي مورد استفاده

 

به طور مجزا و نيز در مجاورت يكديگر، بسيار اهميت دارد . گاز تزريقي در جريان جا به جا

 

كردن نفت مخزن سبب تغيير خواص ياد شده در بالا از جمله فشار نقطه اشباع ميشود. به

 

اين پديده اثر تورمي گفته ميشود. بنابراين زماني كه فرآيند تزريق امتزاجي در آزمايشگاه

 

توسط سيستم هايي نظير لوله قلمي مطالعه ميشود. بايد آثار تورمي نيز به طور كامل شناخته

 

شده باشند . اين فصل در مورد آزمايشهايي است كه اطلاعات حاصل از آن  آثارگاز تزريقي

 

برخواص نفت مورد مطالعه را معين مي كند. و اين اطلاعات در مطالعه دقيق تر فرآيند به

 

ويژه اگر براي پيش بيني از مدلهاي رياضي استفاده شود،بسيار حائز اهميت است.

 

هدف هاي آزمايش

 

منظور از رشته آزمايشهاي متورم گرداندن نفت، بررسي آثار گاز تزريق شده بر تغيير خواص

 

ترمو ديناميكي سيال مخزن به شرح زير است :

 

الف: تعيين تغييرات فشار نقطه اشباع نفت (pb ) با حجم گاز تزريق شده و رسم منحني

مربوط به آن.

 

ب: تعيين تغييرات ضريب انبساط حجمي (bo ) با حجم گاز تزريقي و رسم منحني مربوط به آن.

بنابراين با انجام آزمايشهاي فوق مشخص ميشود كه مثلاً در يك مخزن نفتي تحت تزريق

 

گاز ،گاز تزريق شده چگونه فشار نقطه اشباع را از pb به pb+  p و ضريب انبساط

 

حجمي را از 1 بهV   + 1  افزايش مي دهد . نمونه هاي استفاده شده در آزمايشها

 

الف:نمونه نفت مخزن رامشير به عنوان نمونه نفت مبنا

 

ب: گاز 900- ngL به عنوان گاز تزريقي به مخزن

 

شرح آزمايشها 

 

1- ابتدا حجم معيني از نمونه نفت مورد مطالعه در فشار مبنا (در اين آزمايشpsing5000)

 

به سلول pvt تزريق ميشود. سپس دماي مخزن مورد نظر (در اين آزمايش 150 درجه

 

فارنهايت در نظر گرفته شده است)بر روي دستگاه تنظيم شده آنگاه به سيستم زمان كافي

 

(حدود 12 ساعت ) براي دستيابي تعادل ترموديناميكي فرصت داده مي شود. پس از تثبيت

 

سيستم با انجام آزمايش افت فشار حجم نمونه مورد مطالعه در دماي مخزن و فشار هاي

 

مختلف اندازه گيري شده و با استفاده از داده هاي حاصل حجم و فشار نقطه اشباع نمونه

 

(pb,vsat,orig ) به طور دقيق محاسبه شده است.

 

2-در آزمايش دوم حجم مشخصي از گاز تزريقي در فشار مبنا و دماي مخزن به نفت مورد

 

مطالعه تزريق شده با اعمال فشار و تكان دادن ، نمونه حاصل يك فاز ميشود. پس از

 

حصول اطمينان از يك فاز بودن نمونه و به همان روش زياد شده قبلي فشار و حجم اشباع

 

نمونه جديد اندازه گيري شد.

 

1-در آزمايش سوم دوباره حجم مشخصي از گاز تزريقي در همان فشار و دماي قبلي به

 

نمونه نفت دومي تزريق و به همان روش قبلي يك فاز گرديدو پس از حصول اطمينان از

 

يك فاز بودن نمونه مجدداً فشار و حجم اشباع آن اندازه گرفته شد.

 

2-آزمايش تا رسيدن فشار نقطه اشباع نفت به حدود هشتاد درصد فشار گاز تزريق شده

 

بارها تكرار شد.

 

3-با تجزيه نمونه گاز تزريق شده به وسيله دستگاه كرماتوگرافي گاز (G.C) اجزاي تشكيل

 

دهنده آن تعيين شد. (جدول 1) و با داشتن اجزاي تشكيل دهنده گاز تزريق شده و محاسبه

 

ضريب تراكم و محاسبه ضريب تراكم پذيري آن در فشار و دماي تزريق ميتوان حجم گاز

 

تزريق شده را در شرايط استاندارد (Psia 14/69 و 60 درجه فارانهايت) محاسبه كرد.

 

 

 

محاسبه حجم گاز تزريق شده در هر مرحله در شرايط استاندارد:

 

Psc vsc =PV

ZT         tsc 

 

فشار گاز تزريق شدهP =

حجم گاز تزريق شدهV = 

دماي گاز تزريق شده T =

ضريب تراكم پذيزي گازZ =

فشار استانداردPsc =

oR60+460Tsc =

25/404Tc =

 

51/1=  460+150Pc =

25/404

52/7=5040Pr =

04/670

96/.=(در فشار 5040 پام دردماي150 درجه فارنهايت)zgas

                                ( 60+460 )*5040    Tsc           PV     

 V*2/44963/304 =vsc =                   = ——————————

                               7/14*(150+460)* 96/0     psc        ZT  

3     cm73768/307= 0108/1*44936/4/304=v2     

3   cm04213/373=2253 /1*44963/4/304=v4

3  cm85477/475 =563/1*44963/4/304=v4

3cm  58078/150= 4649/0 * 44963/4/304v5=

6-در پايان آزمايشها ، گازهاي همراه را از نفت خام جدا ساخته و با اندازه گيري وزن

 

مخصوص و وزن نفت باقي مانده حجم نفت باقيمانده  حساب شد.

 

Cm3/g8932/0 = چگالي نفت باقي مانده با استفاده از دستگاه D.M.A

 

G0619/54= وزن باقي مانده

 

Cm3 52608/60=حجم نفت باقي مانده

 

7-با داشتن حجم نفت باقي مانده و حجم گازهاي تزريق شده در هر مرحله نسبت گاز به

 

نفت باقي مانده آن مرحله حساب شد.

 

8-بالاخره با داشتن حجم اشباع هر مرحله ، نسبت حجم تورم يافته تعيين گرديد.

 

 

 

 

 

 

افزايش بازيافت نفت با تزريق هواي گرم(5)

افزايش بازيافت نفت با تزريق هواي گرم

 

تزريق هوا به بعضي ذخاير هيدروكربن ميتواند به طور قابل ملاحظه اي برگشت پذيري نفت

 

را افزايش دهد. تمديد و افزايش عمر توليد ميدانهاي نفتي تكامل يافته هدفي است كه

 

تمامي صاحبان صنايعي كه مواجه با كاهش توليد از يك منبع نفتي هستند دنبال ميكنند.

 

روشهاي بالا بردن برگشت پذيري نفت (كه از اين پس با مخفف EOR به آن اشاره

 

ميشود)متعدد و گوناگون هستند. پايه و اساس آن سيلاب كردن منبع با سيالات تزريقي

 

براي رانش نفت بيشتر به چاه ها است اما هزينه اين روش ها عمدتاً بالا بوده يا باعث

 

ميشونداز جهت اقتصادي مقرون به صرفه نباشند يك روش اثبات شده EOR تزريق گاز

 

مخلوط شده است كه در برخي از مهمترين منابع شركت نفتي bp استفاده ميشود.تزريق گاز

 

مخلوط شده اغلب هنگامي استفاده ميشوند كه گاز توليد شده ازمنبع هيچ راه خروجي كه

 

نهايتاً داراي ارزش تجاري باشندنداشته باشند اما در مواردي كه گاز ميتواند به صورت تجاري

 

به فروش برسد يك سيال تزريقي ديگر نيز لازم است تا بتوان به نرخ بالاتري از برگشت

 

پذيري نفت دست پيدا كرد . يكي از سيالاتي كه براي تزريق قابل استفاده است و به وفور

 

موجود و دردسترس باشدهوا است. تزريق هوا از فن آوري  EOR است كه مدت هاي

 

طولاني در مورد آن مطالعه و تحقيق شده است . در اين فن آوري هواي فشرده از ميان يك

 

چاه تزريق منبعي كه تحت شرايط طبيعي داغ است پمپ ميشود تا توليد نفت را شتاب

 

بيشتري بخشيده و برگشت پذيري را افزايش دهد . تحت شرايط به خصوصي نفت در داخل

 

منبع به طور خودبه خود در هوا مشتعل شده و يك حوزه احتراقي ايجاد ميكند. اين حوزه

 

احتراق به تدريج به سمت جلو حركت ميكند و نفت برنگشته را با فشار به سمت چاه توليد

 

جلو مي راند. در حال حاضر شركت bp براي بررسي و اجراي امن اين فن آوري روشي

 

ايجاد كرده است كه به طور بالقوه از نظر هندسي مزاياي قابل توجهي دارد . چرا كه هوا

 

مجاني است و تنها هزينه عمده براي استفاده از هوا در روش  EOR هزينه متراكم كردن

 

هوا است .پتانسيل تزريق هوادر منابعي كه نفت ثقلي سبك تا متوسط دارند بيشتر است.

 

براي ذخاير نفت سنگين نياز به احتراقي ميباشد كه در حالت طبيعي رخ دهد.اين نوع احتراق

 

يك روش ديگر EOR ميباشدكه درآن نفت بايد به طور مصنوعي در چاه تزريق منفجر

 

گرددو حوزه احتراق در عين حال كه از منبع عبور ميكند در همان حالت نگاه داشته شود.با

 

مقايسه اين دو روش مشخص ميشود كه روش تزريق هوا داراي مزاياي بسياري است نفت

 

كمتري را ميسوزاند تحت درجه حرارت پايين تر عمل ميكند مهار كردنش راحت تر است و

 

محصول با ارزش تري را توليد ميكند . بهترين كارايي روش تزريق هوا در منابعي است كه

 

داغ هستند (يعني بيشتر از 80 در جه سانتيگراد) و طوري ساخته شده باشند كه بتواند مقدار

 

زيادي حركت جاروبي يا به عبارتي عرضي درو كننده گاز تزريق شده در خود جاي بدهند .

 

چون كه وزن هوا كمتر است هواي تزريقي به منبع تمايل با اين دارد كه به فوقاني ترين

 

سطح در بالاي حوزههاي نفتي و آبي حركت كند.بنابراين منابع باريك كه قابليت نفوذ

 

پذيري عمودي كمتري دارندبراي روش تزريق هوا مناسب تر هستندچراكه در اين نوع منابع

 

ذرات هوا باذرات نفت مجاورت و تماس مطلوب دارند.منابعي كه ميتوانند تحت فرآيند

 

سيلاب كردن به صورت عمودي قراربگيرند نيز براي تزريق هوا مناسب هستند . در اين نوع

 

منابع رانش نفت به چاههاي توليدعميق توسط هوا انجام مي گيرد.

 

(رجوع شود به شكل 16 – b )

 

اهميت درجه حرارت بالا

 

منبعي كه داراي درجه حرارت بالا است بحراني ميباشد چرا كه در صورت عدم وجود اين

 

درجه حرارت بالا هنگامي كه هوا تزريق ميشود نفت به طور خود به خود مشتعل نخواهد شد

 

وقتي درجه حرارت از حدود 80 درجه سانتي گراد بيشترميشود هواي تزريق شده خود به خود

 

مقداري از نفت را در فر آيندي كه ميان منبع حركت ميكند به طريق مهار شده اي ميسوزاند

 

پس از گذشت مدتي ، حوزه احتراق در هر 24 ساعت چند فوت گسترش ميبايد . حوزه

 

احتراق آب را تبخير كرده و تمام اكسيژن موجود در هوا تبديل به دي اكسيد كربن ميشود

 

در حالي كه درصد نيتروژن هوا تغيير نمي كند . نيتروژن و دي اكسيد كربن توليد شده

 

ميتوانند در سطح و به دنبال آن تزريق مجدد جريان هوا با استفاده از فن آوري غشا يا

 

استخراج مايع از گاز هاي توليد شده جدا شوند ، يك راه ديگر اين است كه تمام دود توليد

 

شده را دوباره تزريق نمود . اين كاربرفرآيند تزريق هوا تاُ ثيري ندارد مگر آنكه نسبت دود به

 

جريان تزريق شده بسيار بالا باشد.همانطوري كه نفت مي سوزد ، دود توليد شده فشار منبع

 

را بالا مي برد نفت باقيمانده را به حركت درآورده ، لايه لايه كرده و متورم مي سازد سپس

 

اين  نفت توسط جريان هوا دي اكسيد كربن و نيتروژن به جلو و به سوي چاه توليد رانده

 

مي شود. تزريق هوا تنها فرآيند روش EOR  است كه هيچ چيز پشت سر جبهه احتراق

 

باقي نمي گذارد . در آزمايشگاه يك لوله پر از ماسه را تميز كرده وآن را اشباع كنيد.

 

و حوزه احتراق را از ميان آن عبور دهيد. دوباره ماسه سفيد خواهيد داشت .آنچه كه در واقع

 

مي سوزد سوختي است كه در جلوي حوزه احتراق ناشي از لايه هاي سنگين نفت ايجاد

 

مي شود. ممكن است 5تا8 در صد نفت سوزانده شوند. اما فقط لايه هاي سنگينتر اين طور

 

ميسوزند . بنابراين كيفيت نفتي كه توليد مي شود تا حدي در حين فرآيند بالا نيز مي رود .

 

هنگام آزمايش در آزمايشگاه در يك لوله با قطر كوچك ، تمام نفت لوله به غير از آن مقدار

 

اندكي كه مي سوزد . باز گردانده ميشود.اين موضوع باعث كارآئي تغيير مكان در حدود 95

 

درصد ميشود . البته مقدار باز گردانده شده از منبع بستگي به آن دارد كه چطور جبهه احتراق

 

به سوي منبع ، حركت  جاروبي نمايد و با نفت باقي مانده تماس پيدا مي كند . افزايش

 

بازگشت پذيري در ميدان معمولاً بيش از 10% نفت اوليه باقيمانده در محل است . اما

 

برگشت پذيري مي تواند بيشتر باشد به شرطي كه در منبع حركت جاروبي به خوبي انجام

 

بگيرد. استفاده آزمايشگاهي موثر تاُثير به سزايي در به صرفه ساختن فن آوري تزريق هوا

 

داشته است. آماكو در دهه 1980 شروع به تحقيق در مورد تزريق هوا به نفت سبك در منابع

 

مصري كرد.اين شركت امكانات آز مايشگاهي بسيارپيشرفته اي در تالساً او كلا هاما ساخت

 

و كنسرسيومي براي مطالعه اين فرآيند تشكيل داد.يكي از مديران شركت bp  مي گويد:

 

مي دانيم هنگا مي كه متان با اكسيژن واكنش مي كند لااقل 15 واكنش و23 محصول

 

ناشي از احتراق وجود دارد . او همچنين مي گويد: وقتي اتان يا اكسيژن واكنش مي دهد.

 

لااقل 126 واكنش و26 محصول احتراق بدست مي آيد. لذا تنها آناليز كردن نفت و      

 

پيش بيني آن كه واكنش ها چه خواهند بود حقيقتاً غير ممكن است. چرا كه اين واكنشها

 

بسيار پيچيده مي باشند. به همين دليل است كه اول بايد در آزمايشگاه آزمايش كرد.آزمايش

 

آزمايشگاهي براي تعيين اين كه آيا منبع براي تزريق هوا مناسب است يا خير ،توسعه يافته

 

اند . اولي به نام نرخ با شتاب كالري تر يابا مخفف ARC شناخته ميشود .اين آزمايشگاه

 

براي ارزيابي هواي تزريقي توسعه يافته از يك جعبه با يك ظرف كروي شكل يا بمب

 

تشكيل شده است كه نمونه هاي كوچكي از نفت و كوه سنگ در آن قرارمي گيرد.بمب در

 

حضور هوا گرم ميشود و درجه حرارت به تدريج زياد ميشود تا آنكه اشتعال خود به خود به

 

وقوع بپيوندد . پس از انفجار در طي ساعتها هيچ نوع حرارتي داخل يا خارج پمپ نميشود .

 

يك كامپيوتر دقيقاً نقطه اي كه در آن اشتعال صورت ميگيرد را تعيين ميكند و داده هايي را

 

در دسترس قرار ميدهد ، كه بر اساس آنها ، سينتيك واكنش را ميتوان محاسبه نمود. آزمون

 

دوم مقادير بيشتري نفت و كوه سنگ استفاده ميكند. لوله احتراقي بعنوان وسيله آزمايشگاه 

 

به كار مي رود . طول آن بيشتر از دو متر است و تا فشار 6000 پي سي آي عمل ميكند.

 

اين لوله همچنين با يك سري ترموكوپل هايي كه با هم تركيب شده اند مجهز شده است .

 

اين آزمايش ديناميك حركت حوزه احتراق را در ميان منبع بررسي ميكند و اطلاعاتي در

 

مورد درجه حرارت ، نوع گازهاي توليد شده و اينكه چه مقدار هوا مورد نياز است تا يك

 

حجم معين از كوه سنگ را تحت فرايند قرار داد ارائه ميدهد  اين دو آزمايش نسبتاً ارزان

 

بوده و تكميل آنها حدود چهار ماه طول ميكشد.

 

پروژه هاي توجيهي

 

پروژه هاي فن آوري تزريق هواي كمپاني bp به هيچ وجه تنها براي تجربيات آزمايشات

 

آزمايشگاهي بنا نشده است. طي دهه 1980 اموكو از تزريق هوا درمنابع كوچك در واحد

 

تپه هاي مديسين پل در داكوتاي شمالي و واحد رود خانه قرمز با خالو در داكوتاي جنوبي

 

استفاده كرد.در حال حاضرbp پروژه پيشرويي در بستر سن جورج آرژانتين را در دست اجرا

 

دارد . در سال 1995 آموكو همچنين با وزارت توجيهي تزريق هوا در هك بري فيلد غربي

 

در جنوب غربي لوئيزيانا شركت كرد.همانطور كه نفت در وهله اول از منبع توليد مي شود. تا

 

اينكه كم عمق ترين چاه هاي توليد كننده پر از آب ميشوند. وقتي هوا تزريق ميشود. آب از

 

آبخيز وارد ميشدكلاهك گاز را بزرگ ميكرد تا آنكه تخليه بر اثر نيروي جاذبه صورت گيرد

 

تا نفت در اطراف چاه هاي توليد عميق تر گرد آوري گردد.علاوه بر تجربيات با ارزش كه در

 

عمل بدست مي آيد. موفقيت پروژه مهم است چرا كه ساحل خليج فارس بيش از 200 قبه

 

نمك شبيه به حك بري غربي دارد كه داراي درجه حرارت بالا بوده و شيبهاي غوطه ور

 

تندي هم دارد.در هر فرآيندي كه اشتعال خود به خود را در بر ميگيرد . فاكتور ايمني بايد در

 

نظر گرفته شود .

 

در مورد تزريق هوا، به صورت تئوريك ممكن است كه يك انفجار در چاه تزريق يا در چاه

 

توليد اتفاق بيافتد . اما در خود منبع اين اتفاق نمي افتد. چرا كه شوك انفجاري نمي تواند در

 

ميان قالب و پوسته منبع انتشار بيابد. براي جلوگيري از انفجار در منفذ هاي چاه به اكسيژن

 

و هيدروكربن ها اجازه داده نميشود كه با هم تماس پيدا كنند. اين خود يعني آنكه چاه قبل

 

از تزريق هوا تميز شود. در درياي شمال تزريق هوا براي پروژه هاي روش EOR در نظر

 

گرفته ميشود . هر دو تحقيق به اين نتيجه رسيدند كه ريسك مربوط به اين نوع فن آوري

 

فرق چنداني با ريسك عمليات عادي ميدان نفتي ندارد. براي محدود كردن شيب سرازيري

 

كه در برخي منابع عمده تكامل يافته در درياي شمال بوقوع مي پيوندند .يك روش eor

 

لازم است .تزريق هوا ممكن است گزينه خوبي باشد چرا كه منابع درجه حرارت بالا دارندو

 

خصوصيات آنها ممكن است باعث حركت جارو بي مناسب شود. نمونه هاي نفت و كوه

 

سنگ از منابع متعدد درياي سياه جمع آوري شده ودر آزمايشگاه تست ميشوند . نتايج اوليه

 

واكنشهاي بسيار قوي را نشان ميدهند اين اولين باري خواهد بود كه تزريق هوا در مقياس

 

بزرگ استفاده ميگردد و همچنين اولين دفعه اي كه تزريق هوا برروي آب استفاده مي شود.

 

اقتصاد مقياس 

 

ملاحضات اقتصادي روش تزريق هواي eor شبيه به تحولات پروژه هاي جديد روي

 

خشكي آمريكاي شمالي است .در پروژه داكوتاي شمالي كه توسط كنتيننتال پسورزر انجام

 

ميشود هزينه اجرا در سال 1996 براي هر بشكه اضافه توليد كمتر از 9دلار شده بود اما

 

پروژه در مقياس كوچك بود . مزاياي كامل تزريق هوا در منابع بزرگ خود را معتبر نشان

 

ميدهد. مطالعات نشان ميدهد كه هواي تزريق شده حدود سي سنت براي هزار فوت مكعب

 

در مجموعه اجزاي كه بتواند 500 ميليون فوت مكعب را در روز آزاد كند هزينه بر مي دارد .

معيارهاي سنجش توسعه يافته توسط bp نشان ميدهد كه بسياري از بستر هاي تكامل

 

يافته جهان – شامل درياي شمال،آلاسكا، آمريكاي جنوبي ،روسيه و خاور ميانه براي تزريق

 

هوا در eor مناسب ترين هستند.وقتي هوا به يك منبع كه شامل نفتي است كه با اندازه

 

كافي واكنش پذير است تزريق مي شود. بطور خود به خود مشتعل ميگردد. حوزه احتراق به

 

جلو حركت كرده و دودي مشتعل از 15درصدco2 و 85 درصد n2 تشكيل ميشود. حوزه

 

جابجايي (يا تغيير مكان ) نفت توسط اين دود بخار و حرارت احتراق خلق ميشود. حوزه

 

جابجايي نفت سريع تر از حوزه احتراق حركت مي كند. بنابراين لازم نيست كه احتراق به

 

چاه توليد برسد تا بيشتر نفت را برگر داند. دود اجزاي سبكي را از نفت لايه لايه ميكند.

 

سوختي كه در حوزه احتراق سوزانده ميشود نفت خام نيست بلكه ماده اي شبيه به ذغال

 

سنگ پس مانده (كوك ) است كه در جبهه جابجايي (تغيير مكان ) ايجاد ميشود. تنها حدود

 

5 الي 8 درصد نفت سوزانده ميشود.

 

تزريق آب    

 

در فلات قاره ايران بر خلاف خشكي، عمليات تزريق سيال با آب صورت ميگيرد. (به غير از

 

ميدان درود كه تزريق آب و گاز تواماً برنامه ريزي شده است) در حال حاضر در چهار ميدان

 

سلمان (عرب فوقاني) سيري ـ سي سيري ـ دي عمليات تزريق آب درحال اجرا و      

 

برنامه ريزي جهت تزريق در ميادين سلمان (سازنده بوتيب) رسالت و رشادت دردست مطالعه

 

است .علاوه بر آن قرار داد تزريق امتزاجي (آب و گاز) در ميدان دورود منعقد و عمليات

 

اجرايي آغاز شده است. همچنين از ميادين توسعه نيافته فلات قاره عمليات تزريق در ميادين

 

بلال و لايه نفتي ميدان پارس جنوبي مد نظر ميباشد كه از طريق بيع متقابل به انجام رسيد.

 

علاوه براين پروژه هاي بازيافت ثالثيه در ميادين فردوس و سروش در برنامه هاي دراز مدت

 

پيش بيني شده است