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L'espansione di u scistu in i giacimenti clastici crea prublemi significativi, purtendu à l'instabilità di u pozzu. Per ragioni ambientali, l'usu di fluidu di perforazione à basa d'acqua cù inibitori di scistu aghjuntu hè preferitu à u fluidu di perforazione à basa di petroliu. I liquidi ionici (IL) anu attiratu molta attenzione cum'è inibitori di scistu per via di e so proprietà regolabili è di e so forti caratteristiche elettrostatiche. Tuttavia, i liquidi ionici (IL) à basa di imidazolile, largamente usati in i fluidi di perforazione, si sò rivelati tossichi, non biodegradabili è costosi. I solventi eutettici profondi (DES) sò cunsiderati una alternativa più economica è menu tossica à i liquidi ionici, ma ùn sò ancu à l'altezza di a sustenibilità ambientale richiesta. I recenti progressi in questu campu anu purtatu à l'introduzione di solventi eutettici profondi naturali (NADES), cunnisciuti per a so vera rispettu di l'ambiente. Questu studiu hà investigatu i NADES, chì cuntenenu acidu citricu (cum'è accettore di legami à idrogenu) è glicerolu (cum'è donatore di legami à idrogenu) cum'è additivi per u fluidu di perforazione. I fluidi di perforazione basati nantu à NADES sò stati sviluppati in cunfurmità cù l'API 13B-1 è e so prestazioni sò state paragunate cù i fluidi di perforazione à basa di cloruru di potassiu, i liquidi ionici à basa di imidazoliu è i fluidi di perforazione à basa di cloruru di colina:urea-DES. E proprietà fisico-chimiche di i NADES pruprietarii sò descritte in dettagliu. E proprietà reologiche, a perdita di fluidi è e proprietà d'inibizione di u scistu di u fluidu di perforazione sò state valutate durante u studiu, è hè statu dimustratu chì à una cuncentrazione di 3% di NADES, u rapportu tensione di snervamentu/viscosità plastica (YP/PV) hè statu aumentatu, u spessore di a torta di fangu hè statu riduttu di 26% è u vulume di u filtratu hè statu riduttu di 30,1%. In particulare, NADES hà ottenutu un impressiunante tassu d'inibizione di l'espansione di 49,14% è hà aumentatu a pruduzzione di scistu di 86,36%. Questi risultati sò attribuiti à a capacità di NADES di mudificà l'attività superficiale, u putenziale zeta è a spaziatura interstrata di l'argille, chì sò discussi in questu articulu per capisce i meccanismi sottostanti. Stu fluidu di perforazione sustenibile hè previstu di rivoluzionà l'industria di a perforazione furnendu una alternativa non tossica, economica è assai efficace à l'inibitori tradiziunali di a corrosione di u scistu, aprendu a strada à pratiche di perforazione rispettose di l'ambiente.
U scistu hè una roccia versatile chì serve sia cum'è fonte sia cum'è riserva d'idrocarburi, è a so struttura porosa1 furnisce u putenziale sia per a pruduzzione sia per u almacenamentu di queste preziose risorse. Tuttavia, u scistu hè riccu di minerali argillosi cum'è a montmorillonite, a smectite, a caolinite è l'illite, chì u rendenu propensu à u gonfiore quandu hè espostu à l'acqua, purtendu à l'instabilità di u pozzu durante l'operazioni di perforazione2,3. Questi prublemi ponu purtà à un tempu improduttivu (NPT) è una quantità di prublemi operativi, cumpresi tubi bloccati, perdita di circulazione di fangu, crollu di u pozzu è incrostazioni di bit, aumentendu u tempu è u costu di recuperu. Tradizionalmente, i fluidi di perforazione à base di petroliu (OBDF) sò stati a scelta preferita per e furmazioni di scistu per via di a so capacità di resistere à l'espansione di u scistu4. Tuttavia, l'usu di fluidi di perforazione à base di petroliu implica costi più elevati è rischi ambientali. I fluidi di perforazione à base sintetica (SBDF) sò stati cunsiderati cum'è alternativa, ma a so idoneità à alte temperature hè insoddisfacente. I fluidi di perforazione à basa d'acqua (WBDF) sò una suluzione attraente perchè sò più sicuri, più rispettosi di l'ambiente è più rentabili chè l'OBDF5. Diversi inibitori di scistu sò stati aduprati per migliurà a capacità d'inibizione di u scistu di u WBDF, cumpresi l'inibitori tradiziunali cum'è u cloruru di potassiu, a calce, u silicatu è u polimeru. Tuttavia, questi inibitori anu limitazioni in termini d'efficacia è d'impattu ambientale, in particulare per via di l'alta concentrazione di K+ in l'inibitori di u cloruru di potassiu è a sensibilità à u pH di i silicati. 6 I circadori anu esploratu a pussibilità di utilizà liquidi ionichi cum'è additivi di fluidi di perforazione per migliurà a reologia di u fluidu di perforazione è prevene u gonfiore di u scistu è a furmazione d'idrati. Tuttavia, questi liquidi ionichi, in particulare quelli chì cuntenenu cationi imidazolil, sò generalmente tossichi, cari, micca biodegradabili è richiedenu prucessi di preparazione cumplessi. Per risolve questi prublemi, a ghjente hà cuminciatu à circà una alternativa più ecunomica è rispettosa di l'ambiente, ciò chì hà purtatu à l'emergenza di solventi eutettici profondi (DES). U DES hè una mistura eutettica furmata da un donatore di legami à idrogenu (HBD) è un accettore di legami à idrogenu (HBA) à un rapportu molare è una temperatura specifici. Queste miscele eutettiche anu punti di fusione più bassi cà i so cumpunenti individuali, principalmente per via di a delocalizazione di carica causata da i ligami d'idrogenu. Parechji fattori, cumprese l'energia di u reticolo, u cambiamentu d'entropia è l'interazzione trà anioni è HBD, ghjocanu un rolu chjave in l'abbassamentu di u puntu di fusione di u DES.
In studii precedenti, diversi additivi sò stati aghjunti à u fluidu di perforazione à basa d'acqua per risolve u prublema di espansione di u scistu. Per esempiu, Ofei et al. anu aghjustatu cloruru di 1-butil-3-metilimidazoliu (BMIM-Cl), chì hà riduttu significativamente u spessore di a torta di fangu (finu à u 50%) è hà diminuitu u valore YP/PV di 11 à diverse temperature. Huang et al. anu utilizatu liquidi ionichi (in particulare, bromuru di 1-esil-3-metilimidazoliu è bromuru di 1,2-bis(3-esilimidazol-1-il)etanu) in cumbinazione cù particelle di Na-Bt è anu riduttu significativamente u gonfiore di u scistu di 86,43% è 94,17%, rispettivamente12. Inoltre, Yang et al. anu utilizatu bromuru di 1-vinil-3-dodecilimidazoliu è bromuru di 1-vinil-3-tetradecilimidazoliu per riduce u gonfiore di u scistu di 16,91% è 5,81%, rispettivamente. 13 Yang et al. anu ancu utilizatu u bromuru di 1-vinil-3-etilimidazoliu è anu riduttu l'espansione di u scistu di 31,62%, mantenendu u recuperu di u scistu à 40,60%. 14 Inoltre, Luo et al. anu utilizatu u tetrafluoroboratu di 1-ottil-3-metilimidazoliu per riduce u gonfiore di u scistu di 80%. 15, 16 Dai et al. anu utilizatu copolimeri liquidi ionici per inibisce u scistu è anu ottenutu un aumentu di 18% in u recuperu lineare paragunatu à l'inibitori di l'amine. 17
I liquidi ionichi stessi anu qualchi svantaghji, chì anu incitatu i scientifichi à circà alternative più rispettose di l'ambiente à i liquidi ionichi, è cusì hè natu u DES. Hanjia hè statu u primu à aduprà solventi eutettici prufondi (DES) custituiti da acidu propionicu di cloruru di vinile (1:1), acidu 3-fenilpropionicu di cloruru di vinile (1:2) è acidu 3-mercaptopropionicu + acidu itaconicu + cloruru di vinile (1:1:2), chì anu inibitu u gonfiore di a bentonite di 68%, 58% è 58%, rispettivamente18. In un esperimentu gratuitu, MH Rasul hà utilizatu un rapportu 2:1 di glicerolu è carbonatu di potassiu (DES) è hà riduttu significativamente u gonfiore di i campioni di scistu di 87%19,20. Ma hà utilizatu urea: cloruru di vinile per riduce significativamente l'espansione di u scistu di 67%.21 Rasul et al. A cumminazione di DES è polimeru hè stata aduprata cum'è un inhibitore di scistu à doppia azione, chì hà ottenutu un eccellente effettu d'inibizione di u scistu22.
Ancu s'è i solventi eutettici prufondi (DES) sò generalmente cunsiderati una alternativa più verde à i liquidi ionichi, cuntenenu ancu cumpunenti potenzialmente tossichi cum'è i sali d'ammoniu, ciò chì rende a so ecocompatibilità discutibile. Stu prublema hà purtatu à u sviluppu di solventi eutettici prufondi naturali (NADES). Sò sempre classificati cum'è DES, ma sò cumposti da sustanzi è sali naturali, cumpresi u cloruru di potassiu (KCl), u cloruru di calciu (CaCl2), i sali di Epsom (MgSO4.7H2O) è altri. E numerose cumminazzioni putenziali di DES è NADES aprenu un vastu scopu per a ricerca in questu duminiu è si prevede chì trovanu applicazioni in una varietà di campi. Parechji circadori anu sviluppatu cù successu nuove cumminazzioni DES chì si sò dimustrate efficaci in una varietà di applicazioni. Per esempiu, Naser et al. 2013 anu sintetizatu DES à basa di carbonatu di potassiu è anu studiatu e so proprietà termofisiche, chì anu successivamente trovu applicazioni in i settori di l'inibizione di l'idrati, additivi di fluidi di perforazione, delignificazione è nanofibrillazione. 23 Jordy Kim è i so culleghi anu sviluppatu NADES à basa di acidu ascorbicu è anu valutatu e so proprietà antioxidanti in varie applicazioni. 24 Christer et al. anu sviluppatu NADES à basa d'acidu citricu è anu identificatu u so putenziale cum'è eccipiente per i prudutti di collagene. 25 Liu Yi è i so culleghi anu riassuntu l'applicazioni di NADES cum'è mezi d'estrazione è di cromatografia in una rivista cumpleta, mentre chì Misan et al. anu discuttu l'applicazioni riesciute di NADES in u settore agroalimentare. Hè imperativu chì i circadori di fluidi di perforazione cumincianu à fà attenzione à l'efficacità di NADES in e so applicazioni recenti. In u 2023, Rasul et al. anu utilizatu diverse cumminazzioni di solventi eutettici prufondi naturali à basa d'acidu ascorbicu26, cloruru di calciu27, cloruru di potassiu28 è sale Epsom29 è anu ottenutu una impressiunante inibizione di scistu è recuperazione di scistu. Questu studiu hè unu di i primi studii à introduce NADES (in particulare a formulazione à basa d'acidu citricu è glicerolu) cum'è un inhibitore di scistu rispettuosu di l'ambiente è efficace in fluidi di perforazione à basa d'acqua, chì presenta una eccellente stabilità ambientale, una migliore capacità d'inibizione di scistu è una migliore prestazione di fluidi paragunata à l'inibitori tradiziunali cum'è KCl, liquidi ionici à basa d'imidazolile è DES tradiziunali.
U studiu implicherà a preparazione interna di NADES à basa d'acidu citricu (CA) seguita da una caratterizazione fisico-chimica dettagliata è u so usu cum'è additivu di fluidu di perforazione per valutà e proprietà di u fluidu di perforazione è a so capacità d'inibizione di u gonfiore. In questu studiu, CA agirà cum'è un accettore di legami à l'idrogenu mentre chì u glicerolu (Gly) agirà cum'è un donatore di legami à l'idrogenu sceltu in basa à i criteri di screening MH per a furmazione/selezzione di NADES in studii d'inibizione di u scistu30. E misurazioni di a spettroscopia infrarossa à trasformata di Fourier (FTIR), a diffrazione di raggi X (XRD) è u putenziale zeta (ZP) elucideranu l'interazzione NADES-argilla è u mecanismu chì hè à a basa di l'inibizione di u gonfiore di l'argilla. Inoltre, questu studiu paragunerà u fluidu di perforazione à basa di CA NADES cù DES32 basatu annantu à u cloruru di 1-etil-3-metilimidazoliu [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl è u cloruru di colina:urea (1:2) per investigà a so efficacia in l'inibizione di u scistu è u miglioramentu di e prestazioni di u fluidu di perforazione.
L'acidu citricu (monoidratatu), u glicerolu (99 USP) è l'urea sò stati acquistati da EvaChem, Kuala Lumpur, Malesia. U cloruru di colina (> 98%), [EMIM]Cl 98% è u cloruru di potassiu sò stati acquistati da Sigma Aldrich, Malesia. E strutture chimiche di tutti i prudutti chimichi sò mostrate in a Figura 1. U diagrama verde paraguna i principali prudutti chimichi utilizati in questu studiu: liquidu imidazolil ionicu, cloruru di colina (DES), acidu citricu, glicerolu, cloruru di potassiu è NADES (acidu citricu è glicerolu). A tavula di rispettosità ambientale di i prudutti chimichi utilizati in questu studiu hè presentata in a Tavula 1. In a tavula, ogni pruduttu chimicu hè valutatu in basa à a tossicità, a biodegradabilità, u costu è a sustenibilità ambientale.
Strutture chimiche di i materiali utilizati in questu studiu: (a) acidu citricu, (b) [EMIM]Cl, (c) cloruru di colina, è (d) glicerolu.
I candidati donatori di legami à idrogenu (HBD) è accettori di legami à idrogenu (HBA) per u sviluppu di NADES basati nantu à CA (solvente eutetticu prufondu naturale) sò stati attentamente selezziunati secondu i criteri di selezzione MH 30, chì sò destinati à u sviluppu di NADES cum'è inibitori di scistu efficaci. Sicondu stu criteriu, i cumpunenti cù un gran numeru di donatori è accettori di legami à idrogenu, è ancu gruppi funziunali polari, sò cunsiderati adatti per u sviluppu di NADES.
Inoltre, u liquidu ionicu [EMIM]Cl è u solvente eutecticu prufondu di cloruru di colina:urea (DES) sò stati scelti per a paragone in questu studiu perchè sò largamente usati cum'è additivi di fluidi di perforazione33,34,35,36. Inoltre, u cloruru di potassiu (KCl) hè statu paragunatu perchè hè un inhibitore cumunu.
L'acidu citricu è u glicerolu sò stati mischiati in diversi rapporti molari per ottene miscele eutettiche. L'ispezione visuale hà dimustratu chì a miscela eutettica era un liquidu omogeneu è trasparente senza turbidità, ciò chì indica chì u donatore di legami à idrogenu (HBD) è l'accettore di legami à idrogenu (HBA) sò stati mischiati cù successu in questa cumpusizione eutettica. Esperimenti preliminari sò stati realizati per osservà u cumpurtamentu dipendente da a temperatura di u prucessu di miscelazione di HBD è HBA. Sicondu a literatura dispunibule, a proporzione di miscele eutettiche hè stata valutata à trè temperature specifiche sopra à 50 °C, 70 °C è 100 °C, ciò chì indica chì a temperatura eutettica hè generalmente in l'intervallu di 50-80 °C. Una bilancia digitale Mettler hè stata aduprata per pesà accuratamente i cumpunenti HBD è HBA, è una piastra calda Thermo Fisher hè stata aduprata per riscaldà è mischjà l'HBD è l'HBA à 100 rpm in cundizioni cuntrullate.
E proprietà termofisiche di u nostru solvente eutecticu prufondu sintetizatu (DES), cumprese a densità, a tensione superficiale, l'indice di rifrazione è a viscosità, sò state misurate accuratamente in un intervallu di temperatura da 289,15 à 333,15 K. Ci vole à nutà chì questu intervallu di temperatura hè statu sceltu principalmente per via di e limitazioni di l'attrezzatura esistente. L'analisi cumpleta hà inclusu un studiu approfonditu di varie proprietà termofisiche di sta formulazione NADES, rivelendu u so cumpurtamentu in un intervallu di temperature. Cuncentrassi nantu à questu intervallu di temperatura specificu furnisce informazioni nantu à e proprietà di i NADES chì sò di particulare impurtanza per un numeru di applicazioni.
A tensione superficiale di i NADES appena preparati hè stata misurata in l'intervallu da 289,15 à 333,15 K utilizendu un misuratore di tensione interfacciale (IFT700). E gocce di NADES sò furmate in una camera piena di un grande vulume di liquidu utilizendu un agulla capillare in cundizioni specifiche di temperatura è pressione. I sistemi d'imaghjini muderni introducenu parametri geometrichi adatti per calculà a tensione interfacciale utilizendu l'equazione di Laplace.
Un rifrattometru ATAGO hè statu utilizatu per determinà l'indice di rifrazione di NADES appena preparati in l'intervallu di temperatura da 289,15 à 333,15 K. U strumentu usa un modulu termicu per regulà a temperatura per stimà u gradu di rifrazione di a luce, eliminendu a necessità di un bagnu d'acqua à temperatura costante. A superficia di u prisma di u rifrattometru deve esse pulita è a suluzione campione deve esse distribuita uniformemente sopra. Calibrate cù una suluzione standard cunnisciuta, è dopu leghjite l'indice di rifrazione da u schermu.
A viscosità di i NADES appena preparati hè stata misurata in l'intervallu di temperatura da 289,15 à 333,15 K utilizendu un viscosimetru rotazionale Brookfield (tipu criogenicu) à una velocità di cisaillementu di 30 rpm è una dimensione di u mandrinu di 6. U viscosimetru misura a viscosità determinendu a coppia necessaria per fà rotà u mandrinu à una velocità costante in un campione liquidu. Dopu chì u campione hè statu piazzatu nantu à u schermu sottu à u mandrinu è strintu, u viscosimetru mostra a viscosità in centipoise (cP), furnendu informazioni preziose nantu à e proprietà reologiche di u liquidu.
Un densimetru portatile DMA 35 Basic hè statu utilizatu per determinà a densità di u solvente eutecticu prufondu naturale (NDEES) appena preparatu in l'intervallu di temperatura di 289,15-333,15 K. Siccomu u dispusitivu ùn hà micca un riscaldatore integratu, deve esse preriscaldatu à a temperatura specificata (± 2 °C) prima di utilizà u densimetru NADES. Pigliate almenu 2 ml di campione attraversu u tubu, è a densità serà immediatamente visualizata nantu à u schermu. Hè da nutà chì per via di a mancanza di un riscaldatore integratu, i risultati di a misurazione anu un errore di ± 2 °C.
Per valutà u pH di i NADES appena preparati in l'intervallu di temperatura di 289,15-333,15 K, avemu utilizatu un pH-metru da banco Kenis. Siccomu ùn ci hè micca un dispositivu di riscaldamentu integratu, i NADES sò stati prima riscaldati à a temperatura desiderata (±2 °C) utilizendu una piastra riscaldante è dopu misurati direttamente cù un pH-metru. Immergete cumpletamente a sonda di u pH-metru in i NADES è registrate u valore finale dopu chì a lettura si sia stabilizzata.
L'analisi termogravimetrica (TGA) hè stata aduprata per valutà a stabilità termica di i solventi eutettici prufondi naturali (NADES). I campioni sò stati analizati durante u riscaldamentu. Usendu una bilancia d'alta precisione è monitorendu attentamente u prucessu di riscaldamentu, hè statu generatu un graficu di perdita di massa versus temperatura. U NADES hè statu riscaldatu da 0 à 500 °C à una velocità di 1 °C per minutu.
Per principià u prucessu, u campione NADES deve esse mischiatu bè, omogeneizatu è l'umidità superficiale deve esse eliminata. U campione preparatu hè tandu piazzatu in una cuvetta TGA, chì hè tipicamente fatta di un materiale inerte cum'è l'aluminiu. Per assicurà risultati precisi, i strumenti TGA sò calibrati utilizendu materiali di riferimentu, tipicamente standard di pesu. Una volta calibrati, l'esperimentu TGA principia è u campione hè riscaldatu in modu cuntrullatu, di solitu à una velocità costante. U monitoraghju cuntinuu di a relazione trà u pesu di u campione è a temperatura hè una parte chjave di l'esperimentu. I strumenti TGA raccolgenu dati nantu à a temperatura, u pesu è altri parametri cum'è u flussu di gas o a temperatura di u campione. Una volta chì l'esperimentu TGA hè cumpletu, i dati raccolti sò analizati per determinà u cambiamentu di u pesu di u campione in funzione di a temperatura. Questa infurmazione hè preziosa per determinà l'intervalli di temperatura assuciati à i cambiamenti fisichi è chimichi in u campione, cumpresi prucessi cum'è a fusione, l'evaporazione, l'ossidazione o a decomposizione.
U fluidu di perforazione à basa d'acqua hè statu furmulatu cù cura secondu a norma API 13B-1, è a so cumpusizione specifica hè elencata in a Tavula 2 per riferimentu. L'acidu citricu è u glicerolu (99 USP) sò stati acquistati da Sigma Aldrich, Malesia per preparà u solvente eutecticu prufondu naturale (NADES). Inoltre, u cloruru di potassiu inhibitore di scistu cunvinziunale (KCl) hè statu ancu acquistatu da Sigma Aldrich, Malesia. U cloruru di 1-etil, 3-metilimidazoliu ([EMIM]Cl) cù una purezza di più di 98% hè statu sceltu per via di u so effettu significativu in u miglioramentu di a reologia di u fluidu di perforazione è l'inibizione di scistu, chì hè statu cunfirmatu in studii precedenti. Sia KCl sia ([EMIM]Cl) seranu aduprati in l'analisi comparativa per valutà e prestazioni d'inibizione di scistu di NADES.
Molti circadori preferiscenu aduprà fiocchi di bentonite per studià u gonfiore di u scistu perchè a bentonite cuntene u listessu gruppu "montmorillonite" chì provoca u gonfiore di u scistu. Ottene campioni di carote di scistu veri hè difficiule perchè u prucessu di carotaggio destabilizza u scistu, risultendu in campioni chì ùn sò micca interamente scistu ma tipicamente cuntenenu una mistura di strati di gres è calcare. Inoltre, i campioni di scistu tipicamente mancanu di i gruppi montmorillonite chì causanu u gonfiore di u scistu è sò dunque inadatti per esperimenti d'inibizione di u gonfiore.
In questu studiu, avemu utilizatu particelle di bentonite ricostituita cù un diametru di circa 2,54 cm. I granuli sò stati fatti pressendu 11,5 grammi di polvere di bentonite di sodiu in una pressa idraulica à 1600 psi. U spessore di i granuli hè statu misuratu accuratamente prima di esse piazzati in un dilatometru lineare (LD). E particelle sò state poi immerse in campioni di fluidu di perforazione, cumpresi campioni di basa è campioni iniettati cù inibitori utilizati per prevene u gonfiore di u scistu. U cambiamentu di spessore di i granuli hè statu poi attentamente monitoratu utilizendu u LD, cù misurazioni registrate à intervalli di 60 secondi per 24 ore.
A diffrazione di i raggi X hà dimustratu chì a cumpusizione di a bentonite, in particulare u so cumpunente montmorillonite di 47%, hè un fattore chjave per capisce e so caratteristiche geologiche. Trà i cumpunenti montmorillonite di a bentonite, a montmorillonite hè u cumpunente principale, chì rapprisenta l'88,6% di i cumpunenti tutali. Intantu, u quarzu rapprisenta u 29%, l'illite u 7% è u carbonate u 9%. Una piccula parte (circa u 3,2%) hè una mistura d'illite è montmorillonite. Inoltre, cuntene elementi traccia cum'è Fe2O3 (4,7%), alluminosilicatu d'argentu (1,2%), muscovite (4%) è fosfatu (2,3%). Inoltre, sò presenti piccule quantità di Na2O (1,83%) è silicatu di ferru (2,17%), ciò chì permette di apprezzà cumpletamente l'elementi custituenti di a bentonite è e so rispettive proporzioni.
Questa sezione di studiu cumpletu detalla e proprietà reologiche è di filtrazione di i campioni di fluidi di perforazione preparati cù solvente eutetticu prufondu naturale (NADES) è aduprati cum'è additivu di fluidi di perforazione à diverse concentrazioni (1%, 3% è 5%). I campioni di fanghi basati nantu à NADES sò stati poi paragunati è analizzati cù campioni di fanghi custituiti da cloruru di potassiu (KCl), CC:urea DES (solvente eutetticu prufondu di cloruru di colina:urea) è liquidi ionichi. Un certu numeru di parametri chjave sò stati cuparti in questu studiu, cumprese e letture di viscosità ottenute cù un viscosimetru FANN prima è dopu l'esposizione à e cundizioni d'invecchiamentu à 100 °C è 150 °C. E misurazioni sò state prese à diverse velocità di rotazione (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm è 600 rpm) chì permettenu un'analisi cumpleta di u cumpurtamentu di u fluidu di perforazione. I dati ottenuti ponu esse poi aduprati per determinà e proprietà chjave cum'è u puntu di snervamentu (YP) è a viscosità plastica (PV), chì furniscenu informazioni nantu à e prestazioni di u fluidu in varie cundizioni. I testi di filtrazione à alta pressione è alta temperatura (HPHT) à 400 psi è 150 °C (temperature tipiche in pozzi à alta temperatura) determinanu e prestazioni di filtrazione (spessore di a torta è vulume di u filtratu).
Questa sezione utilizza apparecchiature di punta, u Dilatometru Lineare Grace HPHT (M4600), per valutà accuratamente e proprietà di inibizione di u rigonfiamentu di u scistu di i nostri fluidi di perforazione à base d'acqua. L'LSM hè una macchina di punta cumposta da dui cumpunenti: un compattatore à piastre è un dilatometru lineare (mudellu: M4600). E piastre di bentonite sò state preparate per l'analisi utilizendu u Compattatore Grace Core/Plate. L'LSM furnisce tandu dati immediati di rigonfiamentu nantu à queste piastre, permettendu una valutazione cumpleta di e proprietà di inibizione di u rigonfiamentu di u scistu. I testi di espansione di u scistu sò stati realizati in cundizioni ambientali, vale à dì 25 ° C è 1 psia.
A prova di stabilità di u scistu implica una prova chjave spessu chjamata prova di ricuperazione di u scistu, prova di immersione di u scistu o prova di dispersione di u scistu. Per inizià sta valutazione, i detriti di scistu sò separati nantu à un schermu BSS #6 è poi posti nantu à un schermu #10. I detriti sò poi alimentati à un serbatoiu induve sò mischiati cù un fluidu di basa è un fangu di perforazione chì cuntene NADES (Solvente Eutetticu Profondu Naturale). U passu prossimu hè di mette a mistura in un fornu per un prucessu intensu di laminazione à caldu, assicurendu chì i detriti è u fangu sianu ben mischiati. Dopu à 16 ore, i detriti sò rimossi da a polpa permettendu à u scistu di decompone si, risultendu in una riduzione di u pesu di i detriti. A prova di ricuperazione di u scistu hè stata realizata dopu chì i detriti di scistu sò stati tenuti in fangu di perforazione à 150 ° C è 1000 psi. inch in 24 ore.
Per misurà a ricuperazione di u fangu di scistu, l'avemu filtratu attraversu un schermu più fine (40 mesh), dopu l'avemu lavatu accuratamente cù acqua, è infine l'avemu asciugatu in un fornu. Questa prucedura scrupulosa ci permette di stimà u fangu recuperatu paragunatu à u pesu originale, calculendu infine a percentuale di fangu di scistu recuperatu cù successu. A fonte di i campioni di scistu hè di u distrettu di Niah, distrettu di Miri, Sarawak, Malesia. Prima di i testi di dispersione è di ricuperazione, i campioni di scistu sò stati sottumessi à un'analisi approfondita di diffrazione di raggi X (XRD) per quantificà a so cumpusizione in argilla è cunfirmà a so idoneità per i testi. A cumpusizione minerale argillosa di u campione hè a seguente: illite 18%, caolinite 31%, clorite 22%, vermiculite 10% è mica 19%.
A tensione superficiale hè un fattore chjave chì cuntrolla a penetrazione di i cationi d'acqua in i micropori di scistu per via di l'azione capillare, chì serà studiata in dettagliu in questa sezione. Questu articulu esamina u rolu di a tensione superficiale in a pruprietà cuesiva di i fluidi di perforazione, mettendu in risaltu a so influenza impurtante nantu à u prucessu di perforazione, in particulare l'inibizione di u scistu. Avemu utilizatu un tensiometru interfacciale (IFT700) per misurà accuratamente a tensione superficiale di i campioni di fluidi di perforazione, rivelendu un aspettu impurtante di u cumpurtamentu di i fluidi in u cuntestu di l'inibizione di u scistu.
Questa sezione discute in dettagliu a spaziatura di u stratu d, chì hè a distanza interstrata trà i strati d'aluminosilicatu è un stratu d'aluminosilicatu in l'argille. L'analisi hà cupertu campioni di fangu umitu chì cuntenenu 1%, 3% è 5% di CA NADES, è ancu 3% di KCl, 3% di [EMIM]Cl è 3% di DES à basa di CC:urea per paragone. Un diffrattometru di raggi X da banco d'avanguardia (D2 Phaser) chì funziona à 40 mA è 45 kV cù radiazione Cu-Kα (λ = 1,54059 Å) hà ghjucatu un rolu criticu in a registrazione di i picchi di diffrazione di i raggi X di i campioni di Na-Bt sia umidi sia secchi. L'applicazione di l'equazione di Bragg permette a determinazione precisa di a spaziatura di u stratu d, furnendu cusì informazioni preziose nantu à u cumpurtamentu di l'argilla.
Questa sezione utilizza l'istrumentu avanzatu Malvern Zetasizer Nano ZSP per misurà accuratamente u putenziale zeta. Questa valutazione hà furnitu informazioni preziose nantu à e caratteristiche di carica di campioni di fanghi diluiti chì cuntenenu 1%, 3% è 5% CA NADES, è ancu 3% KCl, 3% [EMIM]Cl è 3% CC:urea DES per analisi comparative. Questi risultati cuntribuiscenu à a nostra comprensione di a stabilità di i cumposti colloidali è di e so interazioni in i fluidi.
I campioni d'argilla sò stati esaminati prima è dopu l'esposizione à un solvente eutecticu prufondu naturale (NADES) utilizendu un microscopiu elettronicu à scansione di emissione di campu Zeiss Supra 55 VP (FESEM) equipatu cù raggi X à dispersione d'energia (EDX). A risoluzione di l'imaghjini era di 500 nm è l'energia di u fasciu di elettroni era di 30 kV è 50 kV. FESEM furnisce una visualizazione à alta risoluzione di a morfologia superficiale è di e caratteristiche strutturali di i campioni d'argilla. L'ubbiettivu di stu studiu era di ottene informazioni nantu à l'effettu di NADES nantu à i campioni d'argilla paragunendu l'imaghjini ottenute prima è dopu l'esposizione.
In questu studiu, a tecnulugia di microscopia elettronica à scansione di emissione di campu (FESEM) hè stata aduprata per investigà l'effettu di NADES nantu à i campioni d'argilla à u livellu microscopicu. U scopu di questu studiu hè di elucidà e potenziali applicazioni di NADES è u so effettu nantu à a morfologia di l'argilla è a dimensione media di e particelle, chì furnisceranu informazioni preziose per a ricerca in questu campu.
In questu studiu, e barre d'errore sò state aduprate per discrive visivamente a variabilità è l'incertezza di l'errore percentuale mediu (AMPE) in e diverse cundizioni sperimentali. Piuttostu chè traccià i valori AMPE individuali (postu chì traccià i valori AMPE pò oscurà e tendenze è esagerà e piccule variazioni), calculemu e barre d'errore aduprendu a regula di u 5%. Questu approcciu assicura chì ogni barra d'errore rapprisenta l'intervallu in u quale si prevede chì l'intervallu di cunfidenza di u 95% è u 100% di i valori AMPE caschinu, furnendu cusì un riassuntu più chjaru è più concisu di a distribuzione di i dati per ogni cundizione sperimentale. L'usu di barre d'errore basate nantu à a regula di u 5% migliora cusì l'interpretabilità è l'affidabilità di e rappresentazioni grafiche è aiuta à furnisce una comprensione più dettagliata di i risultati è di e so implicazioni.
In a sintesi di solventi eutettici prufondi naturali (NADES), parechji parametri chjave sò stati studiati attentamente durante u prucessu di preparazione interna. Quessi fattori critichi includenu a temperatura, u rapportu molare è a velocità di mischju. I nostri esperimenti mostranu chì quandu l'HBA (acidu citricu) è l'HBD (glicerolu) sò mischiati à un rapportu molare di 1:4 à 50 °C, si forma una mistura eutettica. A caratteristica distintiva di a mistura eutettica hè u so aspettu trasparente è omogeneu è l'assenza di sedimenti. Cusì, questu passu chjave mette in risaltu l'impurtanza di u rapportu molare, a temperatura è a velocità di mischju, frà i quali u rapportu molare hè statu u fattore più influente in a preparazione di DES è NADES, cum'è mostratu in a Figura 2.
L'indice di rifrazione (n) esprime u rapportu trà a velocità di a luce in u vacuum è a velocità di a luce in un secondu mezu più densu. L'indice di rifrazione hè di particulare interessu per i solventi eutettici prufondi naturali (NADES) quandu si cunsideranu applicazioni otticamente sensibili cum'è i biosensori. L'indice di rifrazione di i NADES studiati à 25 °C era 1,452, chì hè interessantemente più bassu di quellu di u glicerolu.
Hè da nutà chì l'indice di rifrazione di i NADES diminuisce cù a temperatura, è sta tendenza pò esse descritta accuratamente da a formula (1) è a Figura 3, cù l'errore percentuale mediu assolutu (AMPE) chì righjunghje u 0%. Stu cumpurtamentu dipendente da a temperatura hè spiegatu da a diminuzione di a viscosità è di a densità à alte temperature, ciò chì face chì a luce viaghji à traversu u mezu à una velocità più alta, risultendu in un valore di l'indice di rifrazione (n) più bassu. Quessi risultati furniscenu preziose informazioni nantu à l'usu strategicu di i NADES in u rilevamentu otticu, mettendu in risaltu u so putenziale per l'applicazioni di biosensori.
A tensione superficiale, chì riflette a tendenza di una superficia liquida à minimizà a so area, hè di grande impurtanza per valutà l'adeguatezza di i solventi eutectici profondi naturali (NADES) per l'applicazioni basate nantu à a pressione capillare. Un studiu di a tensione superficiale in l'intervallu di temperatura di 25-60 °C furnisce informazioni preziose. À 25 °C, a tensione superficiale di i NADES à basa d'acidu citricu era di 55,42 mN/m, chì hè significativamente più bassa di quella di l'acqua è di u glicerolu. A Figura 4 mostra chì a tensione superficiale diminuisce significativamente cù l'aumentu di a temperatura. Stu fenomenu pò esse spiegatu da un aumentu di l'energia cinetica moleculare è una successiva diminuzione di e forze attrattive intermolecolari.
A tendenza lineare di diminuzione di a tensione superficiale osservata in u NADES studiatu pò esse bè espressa da l'equazione (2), chì illustra a relazione matematica di basa in l'intervallu di temperatura di 25-60 °C. U graficu in a Figura 4 mostra chjaramente a tendenza di a tensione superficiale cù a temperatura cù un errore percentuale mediu assolutu (AMPE) di 1,4%, chì quantifica a precisione di i valori di tensione superficiale riportati. Quessi risultati anu implicazioni impurtanti per capisce u cumpurtamentu di u NADES è e so potenziali applicazioni.
Capisce a dinamica di densità di i solventi eutectici prufondi naturali (NADES) hè cruciale per facilità a so applicazione in numerosi studii scientifichi. A densità di i NADES à basa d'acidu citricu à 25 ° C hè 1,361 g/cm3, chì hè più alta di a densità di u glicerolu parente. Sta differenza pò esse spiegata da l'aghjunta di un accettore di legami à idrogenu (acidu citricu) à u glicerolu.
Pigliendu cum'è esempiu u NADES à basa di citratu, a so densità cala à 1,19 g/cm3 à 60 °C. L'aumentu di l'energia cinetica durante u riscaldamentu face chì e molecule NADES si disperdinu, facendu chì occupinu un vulume più grande, risultendu in una diminuzione di a densità. A diminuzione osservata di a densità mostra una certa currelazione lineare cù l'aumentu di a temperatura, chì pò esse espressa currettamente da a formula (3). A Figura 5 presenta graficamente queste caratteristiche di u cambiamentu di densità NADES cù un errore percentuale mediu assolutu (AMPE) di 1,12%, chì furnisce una misura quantitativa di a precisione di i valori di densità riportati.
A viscosità hè a forza attrattiva trà i sfarenti strati di un liquidu in muvimentu è ghjoca un rollu chjave in a capiscitura di l'applicabilità di i solventi eutettici prufondi naturali (NADES) in varie applicazioni. À 25 °C, a viscosità di NADES era 951 cP, chì hè più alta di quella di u glicerolu.
A diminuzione osservata di a viscosità cù l'aumentu di a temperatura hè spiegata principalmente da l'indebulimentu di e forze attrattive intermoleculari. Stu fenomenu si traduce in una diminuzione di a viscosità di u fluidu, una tendenza chjaramente dimustrata in a Figura 6 è quantificata da l'Equazione (4). In particulare, à 60 °C, a viscosità cala à 898 cP cù un errore percentuale mediu generale (AMPE) di 1,4%. Una cunniscenza dettagliata di a dipendenza da a viscosità è da a temperatura in NADES hè di grande impurtanza per a so applicazione pratica.
U pH di a suluzione, determinatu da u logaritmu negativu di a cuncentrazione di ioni d'idrogenu, hè criticu, in particulare in l'applicazioni sensibili à u pH cum'è a sintesi di u DNA, dunque u pH di i NADES deve esse studiatu attentamente prima di l'usu. Pigliendu cum'è esempiu i NADES à basa d'acidu citricu, si pò osservà un pH distintamente acidicu di 1,91, chì hè in cuntrastu nettu cù u pH relativamente neutru di u glicerolu.
Curiosamente, u pH di u solvente naturale solubile in a deidrogenasi di l'acidu citricu (NADES) hà mostratu una tendenza di diminuzione non lineare cù l'aumentu di a temperatura. Stu fenomenu hè attribuitu à l'aumentu di e vibrazioni moleculari chì perturbanu l'equilibriu H+ in a suluzione, purtendu à a furmazione di ioni [H]+ è, à u so tornu, un cambiamentu di u valore di u pH. Mentre u pH naturale di l'acidu citricu varieghja da 3 à 5, a presenza di idrogenu acidicu in u glicerolu abbassa ulteriormente u pH à 1,91.
U cumpurtamentu di u pH di i NADES à basa di citratu in l'intervallu di temperatura di 25-60 °C pò esse rapprisintatu in modu apprupriatu da l'equazione (5), chì furnisce una espressione matematica per a tendenza di u pH osservata. A Figura 7 mostra graficamente sta relazione interessante, mettendu in risaltu l'effettu di a temperatura nantu à u pH di i NADES, chì hè statu signalatu cum'è 1,4% per AMPE.
L'analisi termogravimetrica (TGA) di u solvente eutecticu prufondu di l'acidu citricu naturale (NADES) hè stata realizata sistematicamente in l'intervallu di temperatura da a temperatura ambiente à 500 °C. Cum'è si pò vede da e Figure 8a è b, a perdita di massa iniziale finu à 100 °C era principalmente dovuta à l'acqua assorbita è à l'acqua d'idratazione assuciata à l'acidu citricu è à u glicerolu puru. Una ritenzione di massa significativa di circa 88% hè stata osservata finu à 180 °C, chì era principalmente dovuta à a decomposizione di l'acidu citricu in acidu aconiticu è a successiva furmazione di anidride metilmaleica (III) dopu un ulteriore riscaldamentu (Figura 8b). Sopra i 180 °C, si pudia ancu osservà una apparizione chjara di acroleina (acrilaldeide) in u glicerolu, cum'è mostratu in a Figura 8b37.
L'analisi termogravimetrica (TGA) di u glicerolu hà rivelatu un prucessu di perdita di massa in duie tappe. A tappa iniziale (da 180 à 220 °C) implica a furmazione di acroleina, seguita da una perdita di massa significativa à alte temperature da 230 à 300 °C (Figura 8a). Cù l'aumentu di a temperatura, l'acetaldeide, u diossidu di carbonu, u metanu è l'idrogenu si formanu sequenzialmente. In particulare, solu u 28% di a massa hè stata ritenuta à 300 °C, ciò chì suggerisce chì e proprietà intrinseche di NADES 8(a)38,39 possinu esse difettose.
Per ottene infurmazioni nantu à a furmazione di novi ligami chimichi, e suspensioni appena preparate di solventi eutettici prufondi naturali (NADES) sò state analizate per spettroscopia infrarossa à trasformata di Fourier (FTIR). L'analisi hè stata realizata paragunendu u spettru di a suspensione NADES cù i spettri di l'acidu citricu puru (CA) è di u glicerolu (Gly). U spettru CA hà mostratu picchi chjari à 1752 1/cm è 1673 1/cm, chì rapprisentanu e vibrazioni di stiramentu di u ligame C=O è sò ancu caratteristiche di CA. Inoltre, hè statu osservatu un cambiamentu significativu in a vibrazione di flessione OH à 1360 1/cm in a regione di l'impronta digitale, cum'è mostratu in a Figura 9.
Similmente, in u casu di u glicerolu, i cambiamenti di e vibrazioni di stiramentu è di piegatura di l'OH sò stati trovati à numeri d'onda di 3291 1/cm è 1414 1/cm, rispettivamente. Avà, analizendu u spettru di i NADES appena preparati, hè statu trovu un cambiamentu significativu in u spettru. Cum'è mostratu in a Figura 7, a vibrazione di stiramentu di u ligame C=O hè cambiata da 1752 1/cm à 1720 1/cm è a vibrazione di piegatura di u ligame -OH di u glicerolu hè cambiata da 1414 1/cm à 1359 1/cm. Quessi cambiamenti in i numeri d'onda indicanu u cambiamentu di l'elettronegatività, chì indica a furmazione di novi ligami chimichi in a struttura di i NADES.