Βελτιστοποίηση γεωτρητικών ρευστών με ενσωμάτωση νανοσωματιδίων
Creators: name: Καλδέλη Κέρου, Αλεξάνδρα Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Γεωτρητικά ρευστά
Νανορευστά
Νανοσωματίδια οξειδίου σιδήρου
Drilling fluids
Nanofluids
Iron oxide nanoparticles

description: Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες για την παρασκευή βελτιωμένων γεωτρητικών ρευστών με τη χρήση νανοσωματιδίων, ιδιαίτερα για γεωτρήσεις υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών (HPHT). Η προσθήκη, ακόμα και σε χαμηλές συγκεντρώσεις, νανοσωματιδίων μαγνητίτη, μειώνει την «απώλεια ρευστών» στους σχηματισμους, ενώ ταυτόχρονα διατηρεί σταθερές ή και βελτιώνει τις ρεολογικές ιδιότητες των υδατικών αιωρημάτων μπεντονίτη. Η δράση των νανοσωματιδίων είναι ακόμα θετικότερη, όταν αυτά είναι επικαλυμμένα με κιτρικό οξύ. Με στόχο την περαιτέρω βελτιστοποίηση των γεωτρητικών ρευστών, συντέθηκαν στην παρούσα εργασία μαγνητικά νανοσωματίδια (NPs), τα οποία επικαλύφθηκαν επιφανειακά με διάφορες οργανικές ενώσεις, όπως κιτρικό οξύ, οξαλικό οξύ, λιπαρά οξέα, δεξτράνη κ.α. Τα δείγματα εξετάστηκαν με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), φυσική ρόφηση αζώτου (ΒΕΤ) και φασματοσκοπία FTIR. Διαπιστώθηκε ότι σε όλες τις περιπτώσεις σχηματίστηκαν νανοκρυσταλλίτες μαγνητίτη, με μέσο μέγεθος σωματιδίων 10-15nm. Τα φάσματα FTIR έδειξαν ότι όλες οι οργανικές ενώσεις που προστέθηκαν, συνδέθηκαν χημικά με την επιφάνεια των NPs, μέσω ομοιοπολικών δεσμών και δημιουργήθηκαν δραστικές ομάδες. Τα NPs που παρασκευάστηκαν, ενσωματώθηκαν σε υδατικά αιωρήματα μπεντονίτη σε διάφορες συγκεντρώσεις. Μελετήθηκαν οι ρεολογικές ιδιότητες των αιωρημάτων μπεντονίτη στα οποία προστέθηκαν τα NPs και συγκρίθηκαν με τις ιδιότητες αιωρημάτων καθαρού μπεντονίτη. Μέσω μετρήσεων της διατμητικής τάσης σαν συνάρτηση του ρυθμού διάτμησης, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη των επικαλυμμένων μαγνητικών NPs δεν τροποποιεί σημαντικά τη συμπεριφορά των ρευστών στη γεώτρηση, εξασφαλίζοντας σταθερές ρεολογικές ιδιότητες
description: In recent years, several attempts have been made to develop improved drilling fluids using nanoparticles, especially for high pressure and high temperature (HPHT) environment. The addition, even at low concentrations of magnetite nanoparticles, reduces the “fluid loss” in the formation, while at the same time maintains the stability or even improves the rheological properties of the bentonite aqueous suspensions. The effect of the nanoparticles increases when they are coated with citric acid. In order to further optimize the drilling fluids, magnetic nanoparticles (NPs) were synthesized and coated with various organic compounds, such as citric acid, oxalic acid, fatty acids, dextran etc. The samples were examined by X-ray diffraction (XRD), BET and FTIR spectroscopy. It was found that in all cases, magnetite nanocrystallites were formed, with an average particle size of 10-15nm. The FTIR spectra showed that all the organic compounds added, were chemically bonded to the surface of the NPs. The prepared NPs were incorporated in aqueous bentonite solutions at several concentrations. The rheological properties of bentonite suspensions to which the NPs were added were compared with the properties of pure bentonite suspensions. Through shear stress measurements as a function of shear rate, it was found that the addition of coated magnetic NPs did not significantly modify the behavior of the fluids in the borehole, ensuring stable rheological properties
description: Σε συνεργασία με το τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο),; Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος (Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών) και ; Οικονομικών Επιστημών (Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης)