با شروع قرن 21 و کاهش ذخایر نفت، زمان آن رسیده است که ارزش هر اتم کربن هر قطره نفت افزایش یابد. چنین افزایشی در ارزش نفت خام نیازمند بالا بردن دانش، در زمینه محصولات نفتی و کاتالیزورهاست. تابش سنکروترون به دلیل اطلاعات تحلیلی قدرتمند و وسیعی که فراهم می کند، در بخش به عنوان یک ابزار بسیار مفید مورد توجه قرار می‌گیرد.

 مراحل مختلف استفاده از تابش سنکروترون در صنعت نفت به این ترتیب است:

اکتشاف

تکنیک های تابش سنکروترون در بهبود دانش ما از صخره های منبع، تجزیه و تحلیل رد عناصر نفت خام با استفاده از طیف سنجی جرمی و کوروماتوگرافی و تعیین رفتار هیدرات‌ها در انتقال نفت در فشار بالا و دمای پایین با استفاده از پراکندگی پرتو ایکس (XRD) استفاده می‌شوند.

مهندسی منبع

موضوع قابل اهمیت در این بخش، انتقال سیال در یک محیط متخلخل است. میکروتوموگرافی پرتو ایکس سنکروترون قادر است اطلاعات کلیدی را به صورت سه بعدی از چگونگی توزیع جریان نفت و آب فراهم کند. با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری تابش سنکروترون، دانشمندان توانستند چگونگی اندرکنش نفت، شن و آب را مشاهده کنند. این آزمایش در یک مخزن نمونه با استفاده از خط باریکه تصویربرداری پزشکی چشمه‌ی نور کانادا انجام گرفت که هر چند برای تصویربرداری پزشکی طراحی شده است ولی قابلیت های بسیار دیگری نیز دارد. با افزایش فشار در مخزن، نفت با الگوی مشخصی شروع به حرکت به سمت بالا کرد در حالی که انتظار می‌رفت، آب از میان راه‌های منفذ مانند کانال بزند.

نتایج این پژوهش این امکان را برای صنایع نفت فراهم می سازد که ضمن شناخت چگونگی اندرکنش آب، شن و نفت، به روش هایی جدیدی در زمینه استخراج نفت برسند که از نظر زیست محیطی نیز قابل قبول باشد.

حفاری

اکتشاف نفت در آینده احتمالا شامل حفاری در اعماق چند کیلومتری خواهد بود. این عمق حفاری شرایطی چون دما و فشار بالا را به همراه خواهد داشت که تاکنون به‌ ندرت اتفاق افتاده است. دانستن مکانیسم های دگرگونی تحت این شرایط حوزه دیگری‌ست که در آن مطالعه با استفاده از تابش سنکروترون می تواند تعیین-کننده باشد. این مطالعات مشخص می‌کند چه فاکتورهایی کارایی مواد را محدود کرده و امکان بهبود در چه بخش هایی وجود دارد.

انتقال

خطوط انتقال نفت، مخلوط های پیچیده ای از سیالات (نفت، آب، گاز و شن) را از شرایط فشار و دمای بالای مخازن به عنوان مثال شبکه‌های بستر دریا انتقال می‌دهند. هر گونه وقفه‌ای در جریان ممکن است منجر به سرد شدن سیال در دمای بستر دریا شده و تبلور هیدارت ها یا تجمع آسفالتین یا دیگر اجزای آلی را به دنبال داشته باشد و در نهایت سبب شکستن لوله‌های انتقال شود. تکنیک‌های سنکروترون مانند پراکندگی پرتو ایکس برای مطالعه رفتار این مخلوط ها هنگام مواجه با تغییرات دما و فشار در طول انتقال برای بهینه‌سازی این مرحله بسیار مفید است.

یکی از پیشنهادات مطرح شده برای کاهش هزینه انتقال، انتقال امولسیون‌های نفت سنگین است. شکل¬گیری و پایداری این امولسیون‌ها و فرایند جدا‌سازی آنها پس از تحویل نیازمند مطالعات فراوان است. تکنیک SAXS در آزمایشگاه های سنکروترون می تواند اطلاعات مفیدی را در این زمینه فراهم کند.

پالایش و پتروشیمی

نفت خام ترکیب پیچیده ای از تعداد زیادی از هیدروکربن هاست. حذف عناصری مانند گوگرد، نیکل، وانادیوم و نیتروژن از نفت خام از نظر زیست محیطی دارای اهمیت عمده‌ای است. تکنیک XANES در آزمایشگاه¬های سنکروترون قادر است سرنخ هایی را از تجمع موضعی این عناصر حتی بر روی رسوبات جامد نفت سنگین فراهم کند.

کاتالیزورها نقش مهمی را در بخش پالایش و پتروشیمی ایفا می کنند. تکنیک های آزمایشگاهی تابش سنکروترون به عنوانی ابزاری سودمند در شناخت مشخصات ساختاری و الکترونیکی کاتالیزورها به کار می رود. طبیعت پیچیده کاتالیزورهای مدرن شامل فازهای گوناگونی است که مطالعه آنها را مشکل می سازد. این مطالعات به خوبی با استفاده از تکنیک های تابش سنکروترون مانند EXAFS و پراکندگی پرتو ایکس در زوایای کوچک و بزرگ قابل انجام است.

جداسازی CO2

جداسازی گاز دی اکسیدکربن در چاه های تهی شده در زیر زمین برای کاهش اثر دی‌اکسید‌کربن بر جو، به عنوان موضوعی قابل اهمیت مطرح است. تکنیک‌های تابش سنکروترون مانند XRD می‌تواند برای پیش¬بینی رفتار هوابندهای سیمانی نزدیک چاه‌هایی که گازها به آنها تزریق خواهد شد، مورد استفاده قرار گیرد.