Dankie dat u nature.com besoek het. Die blaaierweergawe wat u gebruik, het beperkte CSS-ondersteuning. Vir die beste ervaring beveel ons aan dat u die nuutste blaaierweergawe gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer afskakel). Daarbenewens, om voortgesette ondersteuning te verseker, sal hierdie webwerf nie style of JavaScript insluit nie.
Skalie-uitbreiding in klastiese reservoirs skep beduidende probleme, wat lei tot boorgat-onstabiliteit. Om omgewingsredes word die gebruik van watergebaseerde boorvloeistof met bygevoegde skalie-inhibeerders verkies bo oliegebaseerde boorvloeistof. Ioniese vloeistowwe (IL's) het baie aandag getrek as skalie-inhibeerders as gevolg van hul verstelbare eienskappe en sterk elektrostatiese eienskappe. Imidasoliel-gebaseerde ioniese vloeistowwe (IL's), wat wyd gebruik word in boorvloeistowwe, het egter bewys dat hulle toksies, nie-bioafbreekbaar en duur is. Diep eutektiese oplosmiddels (DES) word beskou as 'n meer koste-effektiewe en minder toksiese alternatief vir ioniese vloeistowwe, maar hulle voldoen steeds nie aan die vereiste omgewingsvolhoubaarheid nie. Onlangse vooruitgang op hierdie gebied het gelei tot die bekendstelling van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES), bekend vir hul ware omgewingsvriendelikheid. Hierdie studie het NADES's ondersoek, wat sitroensuur (as 'n waterstofbindingsakseptor) en gliserol (as 'n waterstofbindingskenker) as boorvloeistofbymiddels bevat. Die NADES-gebaseerde boorvloeistowwe is ontwikkel in ooreenstemming met API 13B-1 en hul werkverrigting is vergelyk met kaliumchloried-gebaseerde boorvloeistowwe, imidasolium-gebaseerde ioniese vloeistowwe en cholienchloried:ureum-DES-gebaseerde boorvloeistowwe. Die fisies-chemiese eienskappe van die gepatenteerde NADES'e word in detail beskryf. Die reologiese eienskappe, vloeistofverlies en skalie-inhibisie-eienskappe van die boorvloeistof is tydens die studie geëvalueer, en daar is getoon dat teen 'n konsentrasie van 3% NADES'e die vloeispanning/plastiese viskositeitsverhouding (YP/PV) verhoog is, die modderkoekdikte met 26% verminder is en die filtraatvolume met 30.1% verminder is. Dit is opmerklik dat NADES 'n indrukwekkende uitbreidingsinhibisiekoers van 49.14% behaal het en skalieproduksie met 86.36% verhoog het. Hierdie resultate word toegeskryf aan die vermoë van NADES om die oppervlakaktiwiteit, zeta-potensiaal en tussenlaagspasiëring van klei te verander, wat in hierdie artikel bespreek word om die onderliggende meganismes te verstaan. Daar word verwag dat hierdie volhoubare boorvloeistof die boorbedryf sal revolusioneer deur 'n nie-giftige, koste-effektiewe en hoogs effektiewe alternatief vir tradisionele skaliekorrosie-inhibeerders te bied, wat die weg baan vir omgewingsvriendelike boorpraktyke.
Skalie is 'n veelsydige rots wat dien as beide 'n bron en reservoir van koolwaterstowwe, en sy poreuse struktuur1 bied die potensiaal vir beide die produksie en berging van hierdie waardevolle hulpbronne. Skalie is egter ryk aan kleiminerale soos montmorilloniet, smektiet, kaoliniet en illiet, wat dit geneig maak tot swelling wanneer dit aan water blootgestel word, wat lei tot boorgat-onstabiliteit tydens boorbedrywighede2,3. Hierdie probleme kan lei tot nie-produktiewe tyd (NPT) en 'n menigte operasionele probleme, insluitend vassteekpype, verlore moddersirkulasie, boorgat-ineenstorting en boorpuntvervuiling, wat hersteltyd en koste verhoog. Tradisioneel was olie-gebaseerde boorvloeistowwe (OBDF) die voorkeurkeuse vir skalieformasies as gevolg van hul vermoë om skalie-uitbreiding te weerstaan4. Die gebruik van olie-gebaseerde boorvloeistowwe hou egter hoër koste en omgewingsrisiko's in. Sintetiese-gebaseerde boorvloeistowwe (SBDF) is as 'n alternatief oorweeg, maar hul geskiktheid by hoë temperature is onbevredigend. Water-gebaseerde boorvloeistowwe (WBDF) is 'n aantreklike oplossing omdat hulle veiliger, meer omgewingsvriendelik en meer koste-effektief as OBDF5 is. Verskeie skalie-inhibeerders is gebruik om die skalie-inhibisievermoë van WBDF te verbeter, insluitend tradisionele inhibeerders soos kaliumchloried, kalk, silikaat en polimeer. Hierdie inhibeerders het egter beperkings in terme van effektiwiteit en omgewingsimpak, veral as gevolg van die hoë K+ konsentrasie in kaliumchloried-inhibeerders en die pH-sensitiwiteit van silikate. 6 Navorsers het die moontlikheid ondersoek om ioniese vloeistowwe as boorvloeistofbymiddels te gebruik om boorvloeistofreologie te verbeter en skalieswelling en hidraatvorming te voorkom. Hierdie ioniese vloeistowwe, veral dié wat imidazolielkatione bevat, is egter oor die algemeen toksies, duur, nie-bioafbreekbaar en vereis komplekse voorbereidingsprosesse. Om hierdie probleme op te los, het mense begin soek na 'n meer ekonomiese en omgewingsvriendelike alternatief, wat gelei het tot die opkoms van diep eutektiese oplosmiddels (DES). DES is 'n eutektiese mengsel wat gevorm word deur 'n waterstofbindingsdonor (HBD) en 'n waterstofbindingsakseptor (HBA) teen 'n spesifieke molverhouding en temperatuur. Hierdie eutektiese mengsels het laer smeltpunte as hul individuele komponente, hoofsaaklik as gevolg van ladingdelokalisering wat deur waterstofbindings veroorsaak word. Baie faktore, insluitend roosterenergie, entropieverandering en interaksies tussen anione en HBD, speel 'n sleutelrol in die verlaging van die smeltpunt van DES.
In vorige studies is verskeie bymiddels by watergebaseerde boorvloeistof gevoeg om die skalie-uitbreidingsprobleem op te los. Byvoorbeeld, Ofei et al. het 1-butiel-3-metielimidasoliumchloried (BMIM-Cl) bygevoeg, wat die dikte van die modderkoek aansienlik verminder het (tot 50%) en die YP/PV-waarde met 11 by verskillende temperature verlaag het. Huang et al. het ioniese vloeistowwe (spesifiek 1-heksiel-3-metielimidasoliumbromied en 1,2-bis(3-heksielimidasol-1-iel)etaanbromied) in kombinasie met Na-Bt-deeltjies gebruik en die skalieswelling aansienlik verminder met onderskeidelik 86,43% en 94,17%12. Daarbenewens het Yang et al. 1-viniel-3-dodeksielimidasoliumbromied en 1-viniel-3-tetradesielimidasoliumbromied gebruik om skalieswelling met onderskeidelik 16,91% en 5,81% te verminder. 13 Yang et al. het ook 1-viniel-3-etielimidasoliumbromied gebruik en skalie-uitsetting met 31.62% verminder terwyl skalieherwinning op 40.60% gehandhaaf is. 14 Daarbenewens het Luo et al. 1-oktiel-3-metielimidasoliumtetrafluoroboraat gebruik om skalieswelling met 80% te verminder. 15, 16 Dai et al. het ioniese vloeibare kopolimere gebruik om skalie te inhibeer en 'n toename van 18% in lineêre herwinning behaal in vergelyking met amieninhibeerders. 17
Ioniese vloeistowwe het self 'n paar nadele, wat wetenskaplikes aangespoor het om na meer omgewingsvriendelike alternatiewe vir ioniese vloeistowwe te soek, en so is DES gebore. Hanjia was die eerste om diep eutektiese oplosmiddels (DES) te gebruik wat bestaan ​​uit vinielchloriedpropioonsuur (1:1), vinielchloried 3-fenielpropioonsuur (1:2) en 3-merkaptopropioonsuur + itakonsuur + vinielchloried (1:1:2), wat die swelling van bentoniet met onderskeidelik 68%, 58% en 58% gerem het18. In 'n vrye eksperiment het MH Rasul 'n 2:1 verhouding van gliserol en kaliumkarbonaat (DES) gebruik en die swelling van skaliemonsters aansienlik met 87%19,20 verminder. Ma het ureum:vinielchloried gebruik om die uitbreiding van skalie aansienlik met 67% te verminder21 Rasul et al. Die kombinasie van DES en polimeer is as 'n dubbelwerkende skalie-inhibeerder gebruik, wat 'n uitstekende skalie-inhiberingseffek22 behaal het.
Alhoewel diep eutektiese oplosmiddels (DES) oor die algemeen as 'n groener alternatief vir ioniese vloeistowwe beskou word, bevat hulle ook potensieel giftige komponente soos ammoniumsoute, wat hul omgewingsvriendelikheid twyfelagtig maak. Hierdie probleem het gelei tot die ontwikkeling van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES). Hulle word steeds as DES geklassifiseer, maar bestaan ​​uit natuurlike stowwe en soute, insluitend kaliumchloried (KCl), kalsiumchloried (CaCl2), Epsom-soute (MgSO4.7H2O) en ander. Die talle potensiële kombinasies van DES en NADES bied 'n wye omvang vir navorsing op hierdie gebied en daar word verwag dat dit toepassings in 'n verskeidenheid velde sal vind. Verskeie navorsers het suksesvol nuwe DES-kombinasies ontwikkel wat effektief bewys is in 'n verskeidenheid toepassings. Byvoorbeeld, Naser et al. het in 2013 kaliumkarbonaat-gebaseerde DES gesintetiseer en die termofisiese eienskappe daarvan bestudeer, wat vervolgens toepassings gevind het op die gebiede van hidraatinhibisie, boorvloeistofbymiddels, delignifikasie en nanofibrillasie. 23 Jordy Kim en medewerkers het askorbiensuur-gebaseerde NADES ontwikkel en die antioksidant-eienskappe daarvan in verskeie toepassings geëvalueer. 24 Christer et al. het sitroensuur-gebaseerde NADES ontwikkel en die potensiaal daarvan as 'n hulpstof vir kollageenprodukte geïdentifiseer. 25 Liu Yi en medewerkers het die toepassings van NADES as ekstraksie- en chromatografiemedia in 'n omvattende oorsig opgesom, terwyl Misan et al. die suksesvolle toepassings van NADES in die landbouvoedselsektor bespreek het. Dit is noodsaaklik dat boorvloeistofnavorsers begin aandag gee aan die doeltreffendheid van NADES in hul onlangse toepassings. In 2023 het Rasul et al. verskillende kombinasies van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels gebaseer op askorbiensuur26, kalsiumchloried27, kaliumchloried28 en Epsom-sout29 gebruik en indrukwekkende skalie-inhibisie en skalie-herwinning behaal. Hierdie studie is een van die eerste studies wat NADES (veral sitroensuur- en gliserol-gebaseerde formulering) as 'n omgewingsvriendelike en effektiewe skalie-inhibeerder in water-gebaseerde boorvloeistowwe bekendstel, wat uitstekende omgewingsstabiliteit, verbeterde skalie-inhibisievermoë en verbeterde vloeistofprestasie bied in vergelyking met tradisionele inhibeerders soos KCl, imidazoliel-gebaseerde ioniese vloeistowwe en tradisionele DES.
Die studie sal die interne voorbereiding van sitroensuur (CA)-gebaseerde NADES behels, gevolg deur gedetailleerde fisies-chemiese karakterisering en die gebruik daarvan as 'n boorvloeistoftoevoeging om die boorvloeistofeienskappe en die swellinginhibisievermoë daarvan te evalueer. In hierdie studie sal CA as 'n waterstofbindingsakseptor optree, terwyl gliserol (Gly) as 'n waterstofbindingsskenker sal optree, gekies op grond van die MH-siftingskriteria vir NADES-vorming/seleksie in skalie-inhibisiestudies30. Fourier-transform infrarooispektroskopie (FTIR), X-straaldiffraksie (XRD) en zeta-potensiaal (ZP) metings sal die NADES-klei-interaksies en die meganisme onderliggend aan die klei-swellinginhibisie toelig. Daarbenewens sal hierdie studie CA NADES-gebaseerde boorvloeistof vergelyk met DES32 gebaseer op 1-etiel-3-metielimidasoliumchloried [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl en cholienchloried:ureum (1:2) om hul doeltreffendheid in skalie-inhibisie en die verbetering van boorvloeistofprestasie te ondersoek.
Sitroensuur (monohidraat), gliserol (99 USP) en ureum is aangekoop van EvaChem, Kuala Lumpur, Maleisië. Cholienchloried (>98%), [EMIM]Cl 98% en kaliumchloried is aangekoop van Sigma Aldrich, Maleisië. Die chemiese strukture van al die chemikalieë word in Figuur 1 getoon. Die groen diagram vergelyk die hoofchemikalieë wat in hierdie studie gebruik is: imidazoliel-ioniese vloeistof, cholienchloried (DES), sitroensuur, gliserol, kaliumchloried en NADES (sitroensuur en gliserol). Die omgewingsvriendelikheidstabel van die chemikalieë wat in hierdie studie gebruik is, word in Tabel 1 aangebied. In die tabel word elke chemikalie beoordeel op grond van toksisiteit, bioafbreekbaarheid, koste en omgewingsvolhoubaarheid.
Chemiese strukture van die materiale wat in hierdie studie gebruik is: (a) sitroensuur, (b) [EMIM]Cl, (c) cholienchloried, en (d) gliserol.
Waterstofbindingsdonor (HBD) en waterstofbindingsakseptor (HBA) kandidate vir die ontwikkeling van CA (natuurlike diep eutektiese oplosmiddel) gebaseerde NADES is noukeurig gekies volgens die MH 30 seleksiekriteria, wat bedoel is vir die ontwikkeling van NADES as effektiewe skalie-inhibeerders. Volgens hierdie kriterium word komponente met 'n groot aantal waterstofbindingsdonors en -akseptors, sowel as polêre funksionele groepe, as geskik beskou vir die ontwikkeling van NADES.
Daarbenewens is die ioniese vloeistof [EMIM]Cl en cholienchloried:ureum diep eutektiese oplosmiddel (DES) vir vergelyking in hierdie studie gekies omdat hulle wyd gebruik word as boorvloeistofbymiddels33,34,35,36. Daarbenewens is kaliumchloried (KCl) vergelyk omdat dit 'n algemene inhibeerder is.
Sitroensuur en gliserol is in verskillende molverhoudings gemeng om eutektiese mengsels te verkry. Visuele inspeksie het getoon dat die eutektiese mengsel 'n homogene, deursigtige vloeistof sonder troebelheid was, wat aandui dat die waterstofbindingsdonor (HBD) en waterstofbindingsakseptor (HBA) suksesvol in hierdie eutektiese samestelling gemeng is. Voorlopige eksperimente is uitgevoer om die temperatuurafhanklike gedrag van die mengproses van HBD en HBA waar te neem. Volgens die beskikbare literatuur is die verhouding van eutektiese mengsels geëvalueer by drie spesifieke temperature bo 50 °C, 70 °C en 100 °C, wat aandui dat die eutektiese temperatuur gewoonlik in die reeks van 50–80 °C is. 'n Mettler digitale balans is gebruik om die HBD- en HBA-komponente akkuraat te weeg, en 'n Thermo Fisher-warmplaat is gebruik om die HBD en HBA teen 100 rpm onder beheerde toestande te verhit en te roer.
Die termofisiese eienskappe van ons gesintetiseerde diep eutektiese oplosmiddel (DES), insluitend digtheid, oppervlakspanning, brekingsindeks en viskositeit, is akkuraat gemeet oor 'n temperatuurreeks van 289.15 tot 333.15 K. Daar moet kennis geneem word dat hierdie temperatuurreeks hoofsaaklik gekies is as gevolg van die beperkings van bestaande toerusting. Die omvattende analise het 'n diepgaande studie van verskeie termofisiese eienskappe van hierdie NADES-formulering ingesluit, wat hul gedrag oor 'n reeks temperature onthul het. Deur op hierdie spesifieke temperatuurreeks te fokus, word insigte verkry in die eienskappe van NADES wat van besondere belang is vir 'n aantal toepassings.
Die oppervlakspanning van die voorbereide NADES is gemeet in die reeks van 289.15 tot 333.15 K met behulp van 'n tussenvlakspanningsmeter (IFT700). NADES-druppels word gevorm in 'n kamer gevul met 'n groot volume vloeistof met behulp van 'n kapillêre naald onder spesifieke temperatuur- en druktoestande. Moderne beeldvormingstelsels stel toepaslike geometriese parameters bekend om die tussenvlakspanning te bereken met behulp van die Laplace-vergelyking.
'n ATAGO-refrakometer is gebruik om die brekingsindeks van vars voorbereide NADES oor die temperatuurreeks van 289.15 tot 333.15 K te bepaal. Die instrument gebruik 'n termiese module om die temperatuur te reguleer om die mate van ligbreking te skat, wat die behoefte aan 'n waterbad met konstante temperatuur uitskakel. Die prisma-oppervlak van die refraktometer moet skoongemaak word en die monsteroplossing moet eweredig daaroor versprei word. Kalibreer met 'n bekende standaardoplossing en lees dan die brekingsindeks van die skerm af.
Die viskositeit van die voorbereide NADES is gemeet oor die temperatuurreeks van 289.15 tot 333.15 K met behulp van 'n Brookfield-rotasieviskometer (kriogeniese tipe) teen 'n skuiftempo van 30 rpm en 'n spilgrootte van 6. Die viskometer meet viskositeit deur die wringkrag te bepaal wat benodig word om die spil teen 'n konstante spoed in 'n vloeistofmonster te roteer. Nadat die monster op die sif onder die spil geplaas en vasgedraai is, vertoon die viskometer die viskositeit in centipoise (cP), wat waardevolle inligting oor die reologiese eienskappe van die vloeistof verskaf.
'n Draagbare digtheidsmeter DMA 35 Basic is gebruik om die digtheid van vars voorbereide natuurlike diep eutektiese oplosmiddel (NDEES) in die temperatuurreeks van 289.15–333.15 K te bepaal. Aangesien die toestel nie 'n ingeboude verwarmer het nie, moet dit voorverhit word tot die gespesifiseerde temperatuur (± 2 °C) voordat die NADES-digtheidsmeter gebruik word. Trek ten minste 2 ml monster deur die buis, en die digtheid sal onmiddellik op die skerm vertoon word. Dit is opmerklik dat die meetresultate as gevolg van die gebrek aan 'n ingeboude verwarmer 'n fout van ± 2 °C het.
Om die pH van vars voorbereide NADES in die temperatuurreeks van 289.15–333.15 K te evalueer, het ons 'n Kenis-tafelmodel pH-meter gebruik. Aangesien daar geen ingeboude verhittingsapparaat is nie, is NADES eers met 'n warmplaat tot die verlangde temperatuur (±2 °C) verhit en toe direk met 'n pH-meter gemeet. Dompel die pH-meter-sonde heeltemal in NADES en teken die finale waarde aan nadat die lesing gestabiliseer het.
Termogravimetriese analise (TGA) is gebruik om die termiese stabiliteit van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES) te evalueer. Monsters is tydens verhitting geanaliseer. Deur 'n hoë-presisie balans te gebruik en die verhittingsproses noukeurig te monitor, is 'n grafiek van massaverlies teenoor temperatuur gegenereer. NADES is van 0 tot 500 °C verhit teen 'n tempo van 1 °C per minuut.
Om die proses te begin, moet die NADES-monster deeglik gemeng en gehomogeniseer word, en oppervlakvog moet verwyder word. Die voorbereide monster word dan in 'n TGA-kuvet geplaas, wat tipies van 'n inerte materiaal soos aluminium gemaak is. Om akkurate resultate te verseker, word TGA-instrumente gekalibreer met behulp van verwysingsmateriale, tipies gewigstandaarde. Sodra dit gekalibreer is, begin die TGA-eksperiment en word die monster op 'n beheerde wyse verhit, gewoonlik teen 'n konstante tempo. Deurlopende monitering van die verhouding tussen monstergewig en temperatuur is 'n sleuteldeel van die eksperiment. TGA-instrumente versamel data oor temperatuur, gewig en ander parameters soos gasvloei of monstertemperatuur. Sodra die TGA-eksperiment voltooi is, word die versamelde data geanaliseer om die verandering in monstergewig as 'n funksie van temperatuur te bepaal. Hierdie inligting is waardevol om temperatuurreekse te bepaal wat verband hou met fisiese en chemiese veranderinge in die monster, insluitend prosesse soos smelting, verdamping, oksidasie of ontbinding.
Die watergebaseerde boorvloeistof is sorgvuldig geformuleer volgens die API 13B-1-standaard, en die spesifieke samestelling daarvan word in Tabel 2 vir verwysing gelys. Sitroensuur en gliserol (99 USP) is van Sigma Aldrich, Maleisië, aangekoop om die natuurlike diep eutektiese oplosmiddel (NADES) voor te berei. Daarbenewens is die konvensionele skalie-inhibeerder kaliumchloried (KCl) ook van Sigma Aldrich, Maleisië, aangekoop. 1-etiel, 3-metielimidasoliumchloried ([EMIM]Cl) met 'n suiwerheid van meer as 98% is gekies vanweë die beduidende effek daarvan in die verbetering van die reologie van boorvloeistof en skalie-inhibisie, wat in vorige studies bevestig is. Beide KCl en ([EMIM]Cl) sal in die vergelykende analise gebruik word om die skalie-inhibisieprestasie van NADES te evalueer.
Baie navorsers verkies om bentonietvlokkies te gebruik om skalieswelling te bestudeer, want bentoniet bevat dieselfde "montmorilloniet"-groep wat skalieswelling veroorsaak. Die verkryging van regte skaliekernmonsters is uitdagend omdat die kernproses die skalie destabiliseer, wat lei tot monsters wat nie heeltemal skalie is nie, maar tipies 'n mengsel van sandsteen- en kalksteenlae bevat. Daarbenewens het skaliekonsters tipies nie die montmorillonietgroepe wat skalieswelling veroorsaak nie en is dus ongeskik vir swellingsinhibisie-eksperimente.
In hierdie studie het ons gerekonstrueerde bentonietdeeltjies met 'n deursnee van ongeveer 2.54 cm gebruik. Die korrels is gemaak deur 11.5 gram natriumbentonietpoeier in 'n hidrouliese pers teen 1600 psi te pers. Die dikte van die korrels is akkuraat gemeet voordat dit in 'n lineêre dilatometer (LD) geplaas is. Die deeltjies is toe in boorvloeistofmonsters gedompel, insluitend basismonsters en monsters wat ingespuit is met inhibeerders wat gebruik word om skalieswelling te voorkom. Die verandering in korreldikte is toe noukeurig gemonitor met behulp van die LD, met metings wat met 60-sekonde intervalle vir 24 uur aangeteken is.
X-straaldiffraksie het getoon dat die samestelling van bentoniet, veral die 47% montmorillonietkomponent, 'n sleutelfaktor is in die begrip van die geologiese eienskappe daarvan. Onder die montmorillonietkomponente van bentoniet is montmorilloniet die hoofkomponent, wat 88.6% van die totale komponente uitmaak. Intussen maak kwarts 29% uit, illiet 7% en karbonaat 9%. 'n Klein deel (ongeveer 3.2%) is 'n mengsel van illiet en montmorilloniet. Daarbenewens bevat dit spoorelemente soos Fe2O3 (4.7%), silweraluminosilikaat (1.2%), muskoviet (4%) en fosfaat (2.3%). Daarbenewens is klein hoeveelhede Na2O (1.83%) en ystersilikaat (2.17%) teenwoordig, wat dit moontlik maak om die samestellende elemente van bentoniet en hul onderskeie verhoudings ten volle te waardeer.
Hierdie omvattende studie-afdeling beskryf die reologiese en filtrasie-eienskappe van boorvloeistofmonsters wat voorberei is met behulp van natuurlike diep eutektiese oplosmiddel (NADES) en as 'n boorvloeistoftoevoeging teen verskillende konsentrasies (1%, 3% en 5%) gebruik is. Die NADES-gebaseerde slurrymonsters is toe vergelyk en geanaliseer met slurrymonsters wat bestaan ​​uit kaliumchloried (KCl), CC:ureum DES (cholienchloried diep eutektiese oplosmiddel:ureum) en ioniese vloeistowwe. 'n Aantal sleutelparameters is in hierdie studie gedek, insluitend viskositeitslesings wat verkry is met behulp van 'n FANN-viskosimeter voor en na blootstelling aan verouderingstoestande by 100°C en 150°C. Metings is geneem teen verskillende rotasiesnelhede (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm en 600 rpm) wat 'n omvattende analise van die boorvloeistofgedrag moontlik maak. Die verkrygde data kan dan gebruik word om sleuteleienskappe soos die vloeipunt (YP) en plastiese viskositeit (PV) te bepaal, wat insig gee in die vloeistofprestasie onder verskeie toestande. Hoëdruk-hoëtemperatuur (HPHT) filtrasietoetse teen 400 psi en 150°C (tipiese temperature in hoëtemperatuurputte) bepaal die filtrasieprestasie (koekdikte en filtraatvolume).
Hierdie afdeling maak gebruik van die nuutste toerusting, die Grace HPHT Lineêre Dilatometer (M4600), om die skalie-swellinginhibisie-eienskappe van ons watergebaseerde boorvloeistowwe deeglik te evalueer. Die LSM is 'n moderne masjien wat uit twee komponente bestaan: 'n plaatverdigter en 'n lineêre dilatometer (model: M4600). Bentonietplate is voorberei vir analise met behulp van die Grace Core/Plate Compactor. Die LSM verskaf dan onmiddellike swellingdata op hierdie plate, wat 'n omvattende evaluering van die skalie se swellinginhibisie-eienskappe moontlik maak. Skalie-uitbreidingstoetse is uitgevoer onder omgewingstoestande, d.w.s. 25°C en 1 psia.
Skalie-stabiliteitstoetsing behels 'n sleuteltoets wat dikwels na verwys word as die skalieherwinningstoets, skalie-dooptoets of skalie-dispersietoets. Om hierdie evaluering te begin, word skalie-snysels op 'n #6 BSS-sif geskei en dan op 'n #10-sif geplaas. Die snysels word dan na 'n houertenk gevoer waar dit gemeng word met 'n basisvloeistof en boormodder wat NADES (Natural Deep Eutectic Solvent) bevat. Die volgende stap is om die mengsel in 'n oond te plaas vir 'n intense warmrolproses, om te verseker dat die snysels en modder deeglik gemeng word. Na 16 uur word die snysels uit die pulp verwyder deur die skalie te laat ontbind, wat lei tot 'n vermindering in die gewig van die snysels. Die skalieherwinningstoets is uitgevoer nadat die skalie-snysels binne 24 uur in boormodder by 150°C en 1000 psi. duim gehou is.
Om die herwinning van die skaliemodder te meet, het ons dit deur 'n fyner sif (40 maas) gefiltreer, dit dan deeglik met water gewas en dit uiteindelik in 'n oond gedroog. Hierdie noukeurige prosedure stel ons in staat om die herwonne modder te skat in vergelyking met die oorspronklike gewig, en uiteindelik die persentasie skaliemodder wat suksesvol herwin is, te bereken. Die bron van die skaliemonsters is van Niah-distrik, Miri-distrik, Sarawak, Maleisië. Voor die verspreidings- en herwinningstoetse is die skaliemonsters aan 'n deeglike X-straaldiffraksie (XRD)-analise onderwerp om hul kleisamestelling te kwantifiseer en hul geskiktheid vir toetsing te bevestig. Die kleimineraalsamestelling van die monster is soos volg: illiet 18%, kaoliniet 31%, chloriet 22%, vermikuliet 10% en mika 19%.
Oppervlakspanning is 'n sleutelfaktor wat die penetrasie van waterkatione in skalie-mikroporieë via kapillêre werking beheer, wat in detail in hierdie afdeling bestudeer sal word. Hierdie artikel ondersoek die rol van oppervlakspanning in die kohesiewe eienskap van boorvloeistowwe, en beklemtoon die belangrike invloed daarvan op die boorproses, veral skalie-inhibisie. Ons het 'n tussenvlak-tensiometer (IFT700) gebruik om die oppervlakspanning van boorvloeistofmonsters akkuraat te meet, wat 'n belangrike aspek van vloeistofgedrag in die konteks van skalie-inhibisie openbaar.
Hierdie afdeling bespreek die d-laag-spasiëring in detail, wat die tussenlaag-afstand tussen aluminosilikaatlae en een aluminosilikaatlaag in klei is. Die analise het nat moddermonsters gedek wat 1%, 3% en 5% CA NADES bevat, sowel as 3% KCl, 3% [EMIM]Cl en 3% CC:ureum-gebaseerde DES vir vergelyking. 'n Moderne tafelmodel X-straaldiffraktometer (D2 Phaser) wat teen 40 mA en 45 kV met Cu-Kα-straling (λ = 1.54059 Å) werk, het 'n kritieke rol gespeel in die opname van die X-straaldiffraksiepieke van beide nat en droë Na-Bt-monsters. Die toepassing van die Bragg-vergelyking maak die akkurate bepaling van die d-laag-spasiëring moontlik, wat waardevolle inligting oor die kleigedrag verskaf.
Hierdie afdeling gebruik die gevorderde Malvern Zetasizer Nano ZSP-instrument om zeta-potensiaal akkuraat te meet. Hierdie evaluering het waardevolle inligting verskaf oor die ladingseienskappe van verdunde moddermonsters wat 1%, 3% en 5% CA NADES bevat, sowel as 3% KCl, 3% [EMIM]Cl en 3% CC:ureum-gebaseerde DES vir vergelykende analise. Hierdie resultate dra by tot ons begrip van die stabiliteit van kolloïdale verbindings en hul interaksies in vloeistowwe.
Die kleimonsters is ondersoek voor en na blootstelling aan natuurlike diep eutektiese oplosmiddel (NADES) met behulp van 'n Zeiss Supra 55 VP veldemissie-skandeerelektronmikroskoop (FESEM) toegerus met energiedispersiewe X-straal (EDX). Die beeldresolusie was 500 nm en die elektronstraalenergie was 30 kV en 50 kV. FESEM bied hoëresolusie-visualisering van die oppervlakmorfologie en strukturele kenmerke van die kleimonsters. Die doel van hierdie studie was om inligting te verkry oor die effek van NADES op die kleimonsters deur die beelde wat voor en na blootstelling verkry is, te vergelyk.
In hierdie studie is veldemissie-skandeerelektronmikroskopie (FESEM) tegnologie gebruik om die effek van NADES op kleimonsters op mikroskopiese vlak te ondersoek. Die doel van hierdie studie is om die potensiële toepassings van NADES en die effek daarvan op kleimorfologie en gemiddelde deeltjiegrootte te verduidelik, wat waardevolle inligting vir navorsing in hierdie veld sal verskaf.
In hierdie studie is foutbalke gebruik om die veranderlikheid en onsekerheid van die gemiddelde persentasie fout (AMPE) oor eksperimentele toestande visueel te beskryf. Eerder as om individuele AMPE-waardes te plot (aangesien die plot van AMPE-waardes tendense kan verberg en klein variasies kan oordryf), bereken ons foutbalke met behulp van die 5%-reël. Hierdie benadering verseker dat elke foutbalk die interval verteenwoordig waarbinne die 95%-vertrouensinterval en 100% van die AMPE-waardes na verwagting sal val, wat sodoende 'n duideliker en meer bondige opsomming van die dataverspreiding vir elke eksperimentele toestand bied. Die gebruik van foutbalke gebaseer op die 5%-reël verbeter dus die interpreteerbaarheid en betroubaarheid van grafiese voorstellings en help om 'n meer gedetailleerde begrip van die resultate en hul implikasies te bied.
In die sintese van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES) is verskeie sleutelparameters noukeurig bestudeer tydens die interne voorbereidingsproses. Hierdie kritieke faktore sluit in temperatuur, molverhouding en mengspoed. Ons eksperimente toon dat wanneer HBA (sitroensuur) en HBD (gliserol) gemeng word teen 'n molverhouding van 1:4 by 50°C, 'n eutektiese mengsel gevorm word. Die onderskeidende kenmerk van die eutektiese mengsel is die deursigtige, homogene voorkoms en die afwesigheid van sediment. Hierdie sleutelstap beklemtoon dus die belangrikheid van molverhouding, temperatuur en mengspoed, waaronder die molverhouding die invloedrykste faktor in die voorbereiding van DES en NADES was, soos getoon in Figuur 2.
Die brekingsindeks (n) druk die verhouding van die spoed van lig in 'n vakuum tot die spoed van lig in 'n tweede, digter medium uit. Die brekingsindeks is van besondere belang vir natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES) wanneer opties sensitiewe toepassings soos biosensors oorweeg word. Die brekingsindeks van die bestudeerde NADES by 25 °C was 1.452, wat interessant laer is as dié van gliserol.
Dit is opmerklik dat die brekingsindeks van NADES met temperatuur afneem, en hierdie tendens kan akkuraat beskryf word deur formule (1) en Figuur 3, met die absolute gemiddelde persentasie fout (AMPE) wat 0% bereik. Hierdie temperatuurafhanklike gedrag word verklaar deur die afname in viskositeit en digtheid by hoë temperature, wat veroorsaak dat die lig teen 'n hoër spoed deur die medium beweeg, wat lei tot 'n laer brekingsindeks (n) waarde. Hierdie resultate bied waardevolle insigte in die strategiese gebruik van NADES in optiese waarneming, wat hul potensiaal vir biosensor toepassings beklemtoon.
Oppervlakspanning, wat die neiging van 'n vloeistofoppervlak weerspieël om sy area te minimaliseer, is van groot belang in die beoordeling van die geskiktheid van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES) vir kapillêre drukgebaseerde toepassings. 'n Studie van oppervlakspanning in die temperatuurreeks van 25–60 °C verskaf waardevolle inligting. By 25 °C was die oppervlakspanning van sitroensuur-gebaseerde NADES 55.42 mN/m, wat aansienlik laer is as dié van water en gliserol. Figuur 4 toon dat die oppervlakspanning aansienlik afneem met toenemende temperatuur. Hierdie verskynsel kan verklaar word deur 'n toename in molekulêre kinetiese energie en 'n daaropvolgende afname in intermolekulêre aantrekkingskragte.
Die lineêre afnemende tendens van oppervlakspanning wat in die bestudeerde NADES waargeneem is, kan goed uitgedruk word deur vergelyking (2), wat die basiese wiskundige verhouding in die temperatuurreeks van 25–60 °C illustreer. Die grafiek in Figuur 4 toon duidelik die tendens van oppervlakspanning met temperatuur met 'n absolute gemiddelde persentasie fout (AMPE) van 1.4%, wat die akkuraatheid van die gerapporteerde oppervlakspanningswaardes kwantifiseer. Hierdie resultate het belangrike implikasies vir die begrip van die gedrag van NADES en die potensiële toepassings daarvan.
Dit is noodsaaklik om die digtheidsdinamika van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES) te verstaan ​​om hul toepassing in talle wetenskaplike studies te vergemaklik. Die digtheid van sitroensuur-gebaseerde NADES by 25°C is 1.361 g/cm3, wat hoër is as die digtheid van die oorspronklike gliserol. Hierdie verskil kan verklaar word deur die byvoeging van 'n waterstofbindingsakseptor (sitroensuur) tot gliserol.
As ons sitraat-gebaseerde NADES as voorbeeld neem, daal die digtheid daarvan tot 1.19 g/cm3 by 60°C. Die toename in kinetiese energie tydens verhitting veroorsaak dat die NADES-molekules versprei, wat veroorsaak dat hulle 'n groter volume beslaan, wat lei tot 'n afname in digtheid. Die waargenome afname in digtheid toon 'n sekere lineêre korrelasie met die toename in temperatuur, wat behoorlik uitgedruk kan word deur formule (3). Figuur 5 bied grafies hierdie eienskappe van die NADES-digtheidsverandering aan met 'n absolute gemiddelde persentasie fout (AMPE) van 1.12%, wat 'n kwantitatiewe maatstaf van die akkuraatheid van die gerapporteerde digtheidswaardes bied.
Viskositeit is die aantrekkingskrag tussen verskillende lae van 'n vloeistof in beweging en speel 'n sleutelrol in die begrip van die toepaslikheid van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES) in verskeie toepassings. Teen 25 °C was die viskositeit van NADES 951 cP, wat hoër is as dié van gliserol.
Die waargenome afname in viskositeit met toenemende temperatuur word hoofsaaklik verklaar deur die verswakking van intermolekulêre aantrekkingskragte. Hierdie verskynsel lei tot 'n afname in die viskositeit van die vloeistof, 'n tendens wat duidelik in Figuur 6 gedemonstreer word en gekwantifiseer word deur Vergelyking (4). Dit is opmerklik dat die viskositeit by 60°C daal tot 898 cP met 'n algehele gemiddelde persentasie fout (AMPE) van 1.4%. 'n Gedetailleerde begrip van die viskositeit teenoor temperatuurafhanklikheid in NADES is van groot belang vir die praktiese toepassing daarvan.
Die pH van die oplossing, bepaal deur die negatiewe logaritme van die waterstofioonkonsentrasie, is krities, veral in pH-sensitiewe toepassings soos DNA-sintese, daarom moet die pH van NADES noukeurig bestudeer word voor gebruik. As ons sitroensuur-gebaseerde NADES as voorbeeld neem, kan 'n duidelik suur pH van 1.91 waargeneem word, wat in skerp kontras is met die relatief neutrale pH van gliserol.
Interessant genoeg het die pH van die natuurlike sitroensuurdehidrogenase-oplosbare oplosmiddel (NADES) 'n nie-lineêre afnemende tendens met toenemende temperatuur getoon. Hierdie verskynsel word toegeskryf aan die verhoogde molekulêre vibrasies wat die H+-balans in die oplossing ontwrig, wat lei tot die vorming van [H]+-ione en, op sy beurt, 'n verandering in die pH-waarde. Terwyl die natuurlike pH van sitroensuur wissel van 3 tot 5, verlaag die teenwoordigheid van suur waterstof in gliserol die pH verder tot 1.91.
Die pH-gedrag van sitraat-gebaseerde NADES in die temperatuurreeks van 25–60 °C kan gepas voorgestel word deur vergelyking (5), wat 'n wiskundige uitdrukking vir die waargenome pH-tendens verskaf. Figuur 7 beeld hierdie interessante verhouding grafies uit, wat die effek van temperatuur op die pH van NADES uitlig, wat na bewering 1.4% vir AMPE is.
Termogravimetriese analise (TGA) van natuurlike sitroensuur diep eutektiese oplosmiddel (NADES) is sistematies uitgevoer in die temperatuurreeks van kamertemperatuur tot 500 °C. Soos gesien kan word uit Figure 8a en b, was die aanvanklike massaverlies tot 100 °C hoofsaaklik te wyte aan die geabsorbeerde water en die hidrasiewater wat met sitroensuur en suiwer gliserol geassosieer word. 'n Beduidende massaretensie van ongeveer 88% is waargeneem tot 180 °C, wat hoofsaaklik te wyte was aan die ontbinding van sitroensuur tot akonitiesuur en die daaropvolgende vorming van metielmaleïenanhidried (III) na verdere verhitting (Figuur 8b). Bo 180 °C kon 'n duidelike verskyning van akroleïen (akrielaldehied) in gliserol ook waargeneem word, soos getoon in Figuur 8b37.
Termogravimetriese analise (TGA) van gliserol het 'n tweestadium-massaverliesproses aan die lig gebring. Die aanvanklike stadium (180 tot 220 °C) behels die vorming van akroleïen, gevolg deur beduidende massaverlies by hoë temperature van 230 tot 300 °C (Figuur 8a). Soos die temperatuur toeneem, word asetaldehied, koolstofdioksied, metaan en waterstof opeenvolgend gevorm. Dit is opmerklik dat slegs 28% van die massa by 300 °C behoue ​​gebly het, wat daarop dui dat die intrinsieke eienskappe van NADES 8(a)38,39 moontlik gebrekkig is.
Om inligting oor die vorming van nuwe chemiese bindings te verkry, is vars voorbereide suspensies van natuurlike diep eutektiese oplosmiddels (NADES) geanaliseer deur Fourier-transform infrarooi spektroskopie (FTIR). Die analise is uitgevoer deur die spektrum van die NADES-suspensie te vergelyk met die spektra van suiwer sitroensuur (CA) en gliserol (Gly). Die CA-spektrum het duidelike pieke getoon by 1752 1/cm en 1673 1/cm, wat die strekvibrasies van die C=O-binding verteenwoordig en ook kenmerkend van CA is. Daarbenewens is 'n beduidende verskuiwing in die OH-buigvibrasie by 1360 1/cm in die vingerafdrukgebied waargeneem, soos getoon in Figuur 9.
Net so, in die geval van gliserol, is die verskuiwings van OH-strek- en buigvibrasies gevind by golfgetalle van onderskeidelik 3291 1/cm en 1414 1/cm. Deur die spektrum van die voorbereide NADES te analiseer, is 'n beduidende verskuiwing in die spektrum gevind. Soos getoon in Figuur 7, het die strekvibrasie van die C=O-binding verskuif van 1752 1/cm na 1720 1/cm en die buigvibrasie van die -OH-binding van gliserol het verskuif van 1414 1/cm na 1359 1/cm. Hierdie verskuiwings in golfgetalle dui op die verandering in elektronegatiwiteit, wat die vorming van nuwe chemiese bindings in die struktuur van NADES aandui.