Ferrite Nanoparticles in Bentonite Nanofluids: Synthesis &amp; Physicochemical Characterization
Creators: name: Τερζίδου, Αναστασία Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Μπετονίτης
Γεωτρητικά Ρευστά
Μαγνητικά Νανοσωματίδια
Bentonite
Drilling Fluids
Magnetic Nanoparticles

description: Στις γεωτρήσεις εξόρυξης πετρελαίου χρησιμοποιούνται τα “γεωτρητικά ρευστά” με στόχο την μεταφορά στην επιφάνεια των στερεών που προκύπτουν από την διάτρηση των πετρωμάτων, την λίπανση και ψύξη των τρυπανιών αλλά και την ενίσχυση της αντοχής των τοιχωμάτων των πηγαδιών. Τα πιο διαδεδομένα γεωτρητικά ρευστά, προκειμένου να είναι φιλικά προς το περιβάλλον αλλά και οικονομικά, έχουν σαν βασικό συστατικό το νερό (Water-Based Muds), στο οποίο προστίθενται πηλοί κυρίως μπεντονίτης. Η παρασκευή τους είναι επιθυμητό να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένες απαιτήσεις γεωτρήσεων, με ρυθμιζόμενες ρεολογικές ιδιότητες και παράλληλα υψηλή θερμική σταθερότητα. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες για την επίτευξη του παραπάνω στόχου με την χρήση νανοσωματιδίων. Στην παρούσα εργασία, μελετήθηκε η σύνθεση, με την μέθοδο της συγκαταβύθισης, νανοσωματιδίων και η ενσωμάτωση αυτών σε υδατικά αιωρήματα μπετονίτη (Na-Wyoming). Συντέθηκαν δύο είδη νανοσωματιδίων: μαγνητίτης(Fe3O4) και φερρίτη μαγγανίου(MnFe2O4). Τα νανοσωματίδια επικαλύφθηκαν επιφανειακά με κιτρικό οξύ, οξαλικό οξύ, δεξτράνη και πολυαιθυλενογλυκόλη. Προκειμένου να χαρακτηρισθούν φυσικοχημικά τα αιωρήματα υπέστησαν ξήρανση με κοκκοποίηση σε θερμοκρασία υγρού Ν2 (freeze granulation) και λυοφιλίωση (freeze drying). Η μορφολογία και η κρυσταλλική δομή των ξηρών κόνεων εξετάσθηκαν με ηλεκτρονική μικροσκοπία (SEM και HRTΕM), περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), φυσική ρόφηση αζώτου και φασματοσκοπία FTIR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα νανοσωματίδια μαγνητίτη με επικάλυψη κιτρικού οξέος είναι αυτά που δημιουργούν κάποιου είδους δεσμού με τον μπετονίτη, κάτι το οποίο εξηγεί γιατί αυτά βελτιώνουν την ρεολογία του, ακόμα και όταν υ θερμοκρασία φτάσει στους 60ο C. Επίσης, η σύγκριση με τις υπόλοιπες επικαλύψεις έδειξε ότι και η επικάλυψη με πολυαιθυλενογλυκόλη παρουσιάζει παρόμοια αποτελέσματα στην δομή.
description: Drilling fluids are used in the oil drilling operations, in order to transfer the cuttings created by the drilling on the surface of the wellbore, the lubrication and cooling of the drill but more importantly, to enhance the wellbore stability. The most preferred drilling fluids are water-based, in which bentonite is added, so that they are eco-friendly but also economical. Production of drilling fluids is desirable to be in such a way so that they meet specific demands of the drilling operations, with tunable rheology and thermal stability at the same time. In the last years, there have been many attempts to achieve these requirements with the use of nanoparticles. In this thesis, the synthesis of nanoparticles by co-precipitation and the incorporation of them in bentonite (Na- Wyoming) water suspensions, were studied. Two kinds of nanoparticles were synthesized: magnetite (Fe3O4) and manganese ferrite (MnFe2O4). These nanoparticles were coated with citric acid, oxalic acid and polymers such as dextran and polyethylene glycol. In order for the samples to be studied physicochemically, they underwent drying with granulation in liquid nitrogen temperature (freeze granulation) and lyophilization (freeze drying). The morphology and crystal structure were studied with electron microscopy (SEM &amp; HRTEM), X-ray Diffraction (XRD), physical sorption of nitrogen and infrared spectroscopy (FTIR). Results showed that magnetite nanoparticles coated with citric acid formed some kind of bond with bentonite, thus enhancing its rheology, even when the temperature is increased up to 60oC. Moreover, the comparison with the other coatings, showed that polyethylene glycol has similar effects on the structure.