سنتز و بررسی عملکرد برخی از نانوساختارهای کربنی و سیلیسی در بهبود ویژگی های روان‌سازی و فشار پذیری سیال های حفاری

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، سنتز برخی از نانوساختارهای کربنی و سیلیسی با ریخت شناسی های گوناگون و استفاده از آن ­ها برای تهیه نانو افزایه روان ­سازی گل حفاری است. با ارزیابی ویژگی­ های روان­سازی و فشار پذیری گل حفاری تهیه شده با هریک از نانوافزایه های ساخته شده، تأثیر ساختار شیمیایی و ریخت شناسی مورد بررسی قرارگرفته و بهترین نانوساختار با ویژگی­های بهینه انتخاب شد. به این منظور، گرافن اکسید به روش اصلاح شده هامر، نانولوله­ های کربنی چند دیواره به روش رسوب دهی شیمیایی فاز بخار، نانوذره سیلیکای کروی و نانوسیلیکا آئروژل به روش سل ـ ژل سنتز شدند. عامل دار نمودن نانولوله­ های کربنی چند دیواره توسط نیتریک اسید انجام شد. برای تعیین ویژگی­ های نانوساختارهای مورد نظر از الگوی پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد. نانومواد با استفاده از سورفکتانت مناسب به روغن روان ­ساز و پس از آن به سیال حفاری پایه آبی افزوده شد و تأثیر افزایش نانومواد مورد نظر بر کاهش اصطکاک و افزایش مقاومت پوسته سیال حفاری با استفاده از دستگاه اندازه ­گیر روان ­سازی/ فشارپذیری بررسی شد. نتیجه­ های به دست آمده نشان دادند که ریخت شناسی و ساختار شیمیایی تأثیر زیادی بر ویژگی­ های تریبولوژی داشته و از بین نانوساختارهای مورد نظر، گرافن اکسید برترین ویژگی ­ها را در بهبود ویژگی ­های روان­سازی و فشار پذیری سیال حفاری نشان داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Stachowiakl G.W., Batchelor A.W., "Engineering Tribology", Butterworth-Heinemann, (2013).

[2] Jones, J. R., “Lubrication, Friction, and Wear Processes Analyzed for Space Vehicle Design Criteria”, NASA, NASA-SP-8063 (1971).

[3] Broni-Bediako E., Amorin R., Effects of Drilling Fluid Exposure to Oil and Gas Workers Presented with Major Areas of Exposure and Exposure Indicators, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 2(8): 710-719 (2010).

[4] Sami Apaleke A., Al-Majed A., Hossain M., Drilling Fluid: State of Teh Art and Future Trend, Society of Petroleum Engineers,SPE-149555-MS (2012).

[5] Samuel H.R., Robertson J., Vibration Analysis and Control with Hole-Enlarging Tools, Society of Petroleum Engineers, SPE-134512-MS (2010).

[6] Zhang X. J., Taoutaou S., Guo Y., An Y., Liang Z., Shou Ming W., Yun, X., Nanosilicas as Accelerators in Oilwell Cementing at Low Temperatures,  SPE Journal Paper, 163974-PA (2014).

[7] Amanullah M., Al-Tahini A.M., Nano-Technology - Its Significance in Smart Fluid Development for Oil and Gas Field Application, Society of Petroleum Engineers, SPE-126102-MS (2009).

[8] Shah S.N., Shanker N.H., Ogugbue C.C., “Future Challenges of Drilling Fluids and Their Rheological Measurements”, AADE Fluids Conference, AADE-10-DF-HO-41 (2010).

[9] Ekunsanmi E., "Evaluation of Lubricants Used in Water-Based Drilling Fluids", Texas A&M University, Thesis 1531834 (2012).

[10] Rashidi A.M., Akbarnejad M.M., Khodadadi A.A., Mortazavi Y., Ahmadpour A., Modification of Single Wall Carbon Nanotubes (SWNT) for Hydrogen Storage, Nanotechnology, 18: 1-5 (2007).

[11] Park S., An J., Piner RD., Jung I., Yang D., Velamakanni A., Aqueous Suspension and Characterization of Chemically Modified Graphene Sheets, Chem. Mater., 20: 6592–6594 (2008).

[12] Jafarzadeh M., Rahman I.A., Sipaut C.S., Synthesis of Silica Nanoparticles by Modified Sol–Gel Process: teh Effect of Mixing Modes of teh Reactants and Drying Techniques, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 50: 328-336 (2009).

[13] Alaei M., Jalali M., Rashidi A.,Simple and Economical Method for teh Preparation of
MgO Nanostructures with Suitable Surface Area
, Iranian Journal of Chemistry & Chemical Engineering (IJCCE), 33: 21-28 (2014).

[14] Hu H., Zhao B., Itkis M.E.,  Haddon R.C.,Nitric Acid Purification of Single-Walled Carbon Nanotubes, J. Phys. Chem., 107: 13838-13842 (2003).

[15] Kasiralvalad E.,Teh Great Potential of Nanomaterials in Drilling & Drilling Fluid Applications, Int. J. Nano Dimens., 5: 463-471(2014).

[16] Zhang W., Ma G.J., Wu C.W., Anti-Friction, Wear-Proof and Self-Lubrication Application of Carbon Nanotubes, Adv.Mater.sci, 36: 75-88 (2014).

[17] Church A.H., Zhang X.F., Sirota B., Kohli P., Aouadi S.M., Talapatra S., Carbon Nanotube-Based Adaptive Solid Lubricant Composites, Advanced Science Letters, 5: 188-191 (2012).

[18] Berman D., Erdemir A., Sumant A.V., Graphene: A New Emerging Lubricant, Materials Today, 17: 31-42 (2014).

[19] Kinoshitaa H., Nishinab Y., Aliasa A.A., Fujii M., Tribological Properties of Monolayer Graphene Oxide Sheets as Water-Based Lubricant Additives, Carbon, 66: 720-723 (2014).

[20] Aftab A.,  Ismail A.R., Khokhar S., Ibupoto Z.H.,Novel Zinc Oxide Nanoparticles Deposited Acrylamide Composite used for Enhancing teh Performance of Water-Based Drilling Fluids at Elevated Temperature Conditions, Journal of Petroleum Science and Engineering, 146: 1142-1157 (2016).

[21]  Luo Z., Pei J., Wang L., Yu P., Zhangxin Chen, Influence of an Ionic Liquid on Rheological and Filtration Properties of Water-Based Drilling Fluids at High Temperatures, Applied Clay Science, 136: 96-102 (2017).

[22] Zhange J., Zhang Y., Hu L., Zhang J., Chen G., Modification and Application of a Plant Gum as Eco-Friendly Drilling Fluid Additive, Iranian Journal of Chemisty and Chemical Engineering (IJCCE), 34(2): 103-108, (2015).