title: Ρεολογικές ιδιότητες πολφών μαγνησιούχων μπεντονιτών  και  σεπιολίθων σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών
title: Rheological properties of magnesium bentonites and sepiolites at high temperature conditions
Creators: name: Αθανασακης Νικολαος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Τα αργιλικά ορυκτά και κατά κύριο λόγο οι σμεκτίτες, κύρια συστατικά των μπεντονιτών,  λόγω της κρυσταλλικής δομής τους και του μεγέθους κόκκου τους, είναι ικανοί να σχηματίσουν παχύρευστους πολφούς. Η ρεολογική συμπεριφορά, που θα επιδείξουν οι πολφοί αυτοί, η οποία διαφέρει σημαντικά από αυτή των νευτώνειων ρευστών, συνδέεται με τα ορυκτολογικά χαρακτηριστικά των αργίλων. Η ιδιότητα αυτή χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία πετρελαίου, για παραγωγή γεωτρητικών ρευστών, τα οποία ψύχουν και λιπαίνουν τα κοπτικά άκρα του γεωτρυπάνου και μονώνουν τη γεώτρηση. Λόγω των  αυξανόμενων ενεργειακών αναγκών του πλανήτη, θα πρέπει να προσεγγιστούν κοιτάσματα υδρογονανθράκων, τα οποία μέχρι σήμερα παρέμεναν μη αξιοποιήσιμα, λόγω του μεγάλου βάθους στο οποίο βρίσκονται. Όμως, το μεγάλο βάθος συνεπάγεται αύξηση της θερμοκρασίας λόγω τριβής των κοπτικών άκρων με το πέτρωμα και αύξησης της γεωθερμικής βαθμίδας. Για το λόγο αυτό, υπάρχει ανάγκη να μελετηθούν οι ρεολογικές ιδιότητες των πολφών αυτών σε τέτοια ακραία περιβάλλοντα, οι οποίες δεν έχουν κατανοηθεί σε ικανοποιητικό βαθμό. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται μελέτη πέντε δειγμάτων σε επίπεδο χαρακτηρισμού, όσο και σε επίπεδο ρεολογικής συμμπεριφοράς σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Να σημειωθεί ότι για καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που επηρρεάζουν τη συμπεριφορά των ορυκτών, χρείαζονται επιπλέον διαδικασίες, οι οποίες μπορούν να εκτελεσθούν σε μελλοντική έρευνα. Τα δείγματα περιελάμβαναν δύο σεπιόλιθους ελληνικής και ισπανικής προέλευσης, ένα στιβενσίτη, έναν εκτορίτη και ένα σαπωνίτη. Ο χαρακτηρισμός, περιέλαμβανε χημική και ορυκτολογική ανάλυση με μεθόδους ΧRF και XRD αντίστοιχα. Επίσης χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος φασματομετρίας ατομικής απορρόφησης, για το προσδιορισμό κάποιων κατιόντων στους πολφούς και η μέθοδος της θερμοβαρυμετρίας για προσδιορισμό της θερμοκρασίας αφυδροξυλίωσης. Ο χαρακτηρισμός ολοκληρώθηκε με το προσδιορισμό της ιοντοεναλλακτικής ικανότητας των δειγμάτων (CEC). Οι ρεολογικές ιδιότητες προσδιορίστηκαν σε υδατικούς πολφούς 5% κ.β σε στερεά, έπειτα από δυναμική ωρίμανση σε θερμοκρασίες μέχρι 230 οC. Οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν και ο τρόπος διεξαγωγής τους προτείνονται από το Αμερικανικό Ινστιτούτο Πετρελαίου (ΑΡΙ 13Α). Περιλαμβάνουν μέτρηση του ιξώδους σε ιξωδόμετρο GRACE 3500 και μελέτη διηθητικών ιδιοτήτων σε φιλτρόπρεσσα χαμηλής πίεσης Τα αποτελέσματα  έδειξαν σημαντικές μεταβολές του ιξώδους και των άλλων παραμέτρων των πολφών όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.
description: Clay minerals and mainly the smectite, the main components of bentonites, due to their crystalline structure and grain size, are able to form viscous suspensions. The rheological behavior of these suspensions, which differs significantly from that of Newtonian fluids, is related to the mineralogical characteristics of the clays. This property is used by the oil industry to produce drilling fluids, which cool and lubricate the cutting edges of the drilling machine and insulate the drilling. Due to the growing energy needs of the planet, hydrocarbon reservoirs have to be approached, which to date have remained unexploited due to their large depths. However, the deep depth causes a rise in temperature due to the friction of the cutting edges with the rock and the increase of the geothermal gradient. For this reason, there is a need to study the rheological properties of these suspensions in such extreme environments, which are poorly understood. In the present research, a study of five samples at the characterization level and at the level of rheological behavior at different temperatures is performed. Note that in order to better understand the mechanisms affecting the behavior of clay  minerals, additional procedures are needed, which can be performed in future research. The samples included two sepiolites of Greek and Spanish origin, a stivensite, a hectorite and a saponite. The characterization included chemical and mineral analysis by XRF and XRD methods, respectively. The atomic absorption spectrometry method was also used to determine some cations in the filtrate and the thermogravimetry method to determine the dehydroxylation temperature. The characterization was completed by determining the ion exchange capacity of the samples (CEC). Rheological properties were determined  in aqueous slurries of 5 wt.% in solid material, after dynamic aging at temperatures up to 230 oC. The procedures followed and the way they are conducted are proposed by the American Institute of Petroleum (API 13A). They included viscosity measurement on GRACE 3500 viscosimeter and study of filtrate  properties, by using a low pressure, low temperature filter press (LTLP). The results showed significant changes in viscosity and other suspension parameters as the temperature increased.