Nanopartiküller ile fonksiyonelleştirilmiş çok katmanlı karbon nanotüplerin su bazlı sondaj çamurlarına etkisi
Effect of multi-walled carbon nanotubes functionalized with nano-particles on the water based drilling fluid
Yazar: NİLAY HAYRİYE ASKER
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH ÖZKAN
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği = Petroleum and Natural Gas Engineering

Özet:
Sondaj operasyonlarında sirkülasyon işleminin önemli bir parçası olan sondaj akışkanları diğer adıyla sondaj çamurları; sondaj işleminin maliyeti, verimi ve başarısı için kritik bir öneme sahiptir. Son zamanlarda araştırmacılar sondaj akışkanlarına çeşitli boyut ve konsantrasyonlarda katkı maddeleri ekleyerek sondaj akışkanlarının reolojik ve filtrasyon özelliklerini iyileştirmeyi hedeflemiştirler. Bu tez çalışmasında; Al2O3, TiO2 ve ZnO nanopartikül (NP) maddeleri ile fonksiyonelleştirilmiş çok katmanlı karbon nanotüplerin (ÇKKNT), su bazlı sondaj çamuruna (Na-bentonit bazlı) farklı oranlarda (0,001-0,005-0,01 % k/h) ayrı ayrı eklenmesiyle, sondaj çamurunun reolojik ve filtrasyon özelliklerine olası etkisi incelenmiştir.  Kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemi ile üretilen fonksiyonelleştirilmiş çok katmanlı karbon nanotüpler (Al2O3NP/ÇKKNT, TiO2NP/ÇKKNT ve ZnONP/ÇKKNT), taramalı elektron mikroskopu (SEM) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) cihazı ile karakterize edilmiştir. Al2O3NP/ÇKKNT, TiO2NP/ÇKKNT ve ZnONP/ÇKKNT'lerin 0,001-0,005-0,01 (% k/h) oranlarında ilave edilmesiyle hazırlanan su bazlı sondaj çamurlarının; plastik viskozite (PV), görünür viskozite (AV), kopma noktası (YP),  jel mukavemeti (10 saniye ve 10 dakika) gibi reolojik analizleri FANN 35 viskozimetresiyle, sıvı (filtrasyon) kaybı ve sondaj çamuru kek kalınlığı analizleri de Amerikan Petrol Enstitüsü (API) sıvı kaybı test ekipmanları ile API standartlarına uygun şekilde yapılmıştır.  Çalışma sonucunda elde edilen verilere göre Al2O3NP/ÇKKNT, TiO2NP/ÇKKNT ve ZnONP/ÇKKNT ilavesinin su bazlı sondaj çamurunun reolojik özelliklerini olumlu yönde etkilediği görülmüştür. Ayrıca katkısız (spud)  su bazlı sondaj çamuru ile kıyaslandığında; Al2O3NP/ÇKKNT, TiO2NP/ÇKKNT ve ZnONP/ÇKKNT ilavesinin sondaj çamurlarının PV değerini sırasıyla %85,7; %71,4; %42,8 oranında arttırdığı, AV değerini sırasıyla %41,8; %41,8;  %31,6 oranında arttırdığı, YP değerini sırasıyla %20; %28; %28 oranında arttırdığı, 10 saniye değerini sırasıyla %16,6; %8,3; %25 oranında arttırdığı, 10 dakika değerini sırasıyla %11; %5,6; %38,9 oranında arttırdığı, filtrasyon kaybı değerini sırasıyla %13,8; %8,6; %13,8 oranında azalttığı, aynı zamanda kek kalınlığı değerini de sırasıyla %18,5; %11; %22 oranında arttığı görülmüştür.

Abstract:
Drilling fluids also known as drilling muds, which are an important part of the circulation process in drilling operations: are critical for the cost, efficiency and success of the drilling process. Recently, researchers have aimed to improve the rheological and filtration properties of drilling fluids by adding additives of various sizes and concentrations to the drilling fluids.  In this thesis study; The possible effect of the drilling mud on the rheological and filtration properties was investigated by adding seperately multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) functionalized with nanoparticle materials such as Al2O3, TiO2 and ZnO to the water-based drilling mud (Na-bentonite based) in different proportions (0.001-0.005-0.01 % w/v). Functionalized multi-walled carbon nanotubes (Al2O3NP/MWCNT, TiO2NP/MWCNT and ZnONP/MWCNT) produced by chemical vapor deposition (CVD) method are characterized with scanning electron microscope (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) device. Water-based drilling muds prepared by adding Al2O3NP/MWCNT, TiO2NP/MWCNT and ZnONP/MWCNT at the rates of 0.001 – 0.005 – 0.01 (% w/v); rheological analyzes such as plastic viscosity (PV), apparent viscosity (AV), breaking point (YP), gel strength (10 seconds and 10 minutes) with the FANN 35 viscosimeter, fluid (filtration) loss and drilling mud cake thickness analyzes were performed in accordance with API standards with American Petroleum Institute (API) fluid loss test equipments.  According to the data obtained as a result of the study, the addition of Al2O3NP/MWCNT, TiO2NP/MWCNT and ZnONP/MWCNT positively affected the rheological properties of the water-based drilling mud. In addition, when compared water-based drilling mud without additives; the PV values of the drilling muds with the addition of Al2O3NP/MWCNT, TiO2NP/MWCNT and ZnONP/MWCNT increased by respectively 85.7%; 71.4%; 42.8%, increased AV value by  respectively 41.8%; 41.8%; 31.6%, increased the YP value by  respectively  20%; 28%; 28%, increased the value of 10 seconds by respectively 16.6%; 8.3%; 25%, increased the value of 10 minutes by respectively 11%; 5.6%; 38.9%, decreased the filtration loss value by respectively  13.8%; 8.6%; 13.8%, at the same time, the cake thickness value increased by respectively 18.5%; 11%; 22%.