Salamat sa pagbisita sa nature.com. Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta sa CSS. Para sa pinakamaayong kasinatian, among girekomendar ang paggamit sa pinakabag-ong bersyon sa browser (o pag-off sa compatibility mode sa Internet Explorer). Dugang pa, aron masiguro ang padayon nga suporta, kini nga site dili maglakip sa mga estilo o JavaScript.
Ang pagpalapad sa shale sa mga clastic reservoir nagmugna og mga dakong problema, nga mosangpot sa kawalay kalig-on sa wellbore. Tungod sa mga hinungdan sa kalikopan, ang paggamit sa water-based drilling fluid nga adunay dugang nga shale inhibitors mas gipalabi kaysa oil-based drilling fluid. Ang mga ionic liquid (IL) nakadani og daghang atensyon isip mga shale inhibitor tungod sa ilang mga tunable nga kabtangan ug kusog nga electrostatic nga mga kinaiya. Bisan pa, ang imidazolyl-based ionic liquids (IL), nga kaylap nga gigamit sa mga drilling fluid, napamatud-an nga makahilo, dili madunot ug mahal. Ang deep eutectic solvents (DES) giisip nga mas barato ug dili kaayo makahilo nga alternatibo sa mga ionic liquid, apan wala gihapon kini makaabot sa gikinahanglan nga environmental sustainability. Ang bag-o nga mga pag-uswag niini nga natad misangpot sa pagpaila sa natural deep eutectic solvents (NADES), nga nailhan tungod sa ilang tinuod nga environmental friendly. Kini nga pagtuon nagsusi sa mga NADES, nga adunay citric acid (isip hydrogen bond acceptor) ug glycerol (isip hydrogen bond donor) isip mga drilling fluid additives. Ang mga NADES-based drilling fluid gipalambo subay sa API 13B-1 ug ang ilang performance gitandi sa potassium chloride-based drilling fluids, imidazolium-based ionic liquids, ug choline chloride:urea-DES-based drilling fluids. Ang physicochemical properties sa proprietary NADESs gihulagway sa detalye. Ang rheological properties, fluid loss, ug shale inhibition properties sa drilling fluid gisusi atol sa pagtuon, ug gipakita nga sa konsentrasyon nga 3% NADESs, ang yield stress/plastic viscosity ratio (YP/PV) nadugangan, ang gibag-on sa mud cake nakunhoran og 26%, ug ang filtrate volume nakunhoran og 30.1%. Talalupangdon nga ang NADES nakab-ot ang impresibong expansion inhibition rate nga 49.14% ug nadugangan ang shale production og 86.36%. Kini nga mga resulta gipahinungod sa abilidad sa NADES sa pag-usab sa surface activity, zeta potential, ug interlayer spacing sa mga clay, nga gihisgutan niini nga papel aron masabtan ang nagpahiping mga mekanismo. Kining malungtarong drilling fluid gilauman nga mobag-o sa industriya sa drilling pinaagi sa paghatag og dili makahilo, barato, ug epektibo kaayo nga alternatibo sa tradisyonal nga shale corrosion inhibitors, nga magbukas sa dalan alang sa mga pamaagi sa drilling nga mahigalaon sa kalikopan.
Ang shale usa ka bato nga daghan og gamit nga nagsilbing tinubdan ug tipiganan sa mga hydrocarbon, ug ang porous nga istruktura niini1 naghatag og potensyal alang sa produksiyon ug pagtipig niining bililhong mga kahinguhaan. Bisan pa, ang shale dato sa mga mineral nga lapok sama sa montmorillonite, smectite, kaolinite ug illite, nga naghimo niini nga dali nga mohubag kung maladlad sa tubig, nga mosangpot sa kawalay kalig-on sa wellbore atol sa mga operasyon sa pag-drill2,3. Kini nga mga isyu mahimong mosangpot sa dili produktibo nga oras (NPT) ug daghang mga problema sa operasyon lakip ang nabara nga mga tubo, nawala nga sirkulasyon sa lapok, pagkahugno sa wellbore ug pagkaguba sa bit, nga nagdugang sa oras sa pagbawi ug gasto. Sa naandan, ang oil-based drilling fluids (OBDF) mao ang gipalabi nga kapilian alang sa mga pormasyon sa shale tungod sa ilang abilidad sa pagsukol sa pagpalapad sa shale4. Bisan pa, ang paggamit sa oil-based drilling fluids nagdala og mas taas nga gasto ug mga risgo sa kalikopan. Ang synthetic-based drilling fluids (SBDF) gikonsiderar nga usa ka alternatibo, apan ang ilang kaangayan sa taas nga temperatura dili makatagbaw. Ang water-based drilling fluids (WBDF) usa ka madanihon nga solusyon tungod kay kini mas luwas, mas mahigalaon sa kalikopan, ug mas epektibo sa gasto kaysa OBDF5. Nagkalain-laing shale inhibitors ang gigamit aron mapalambo ang abilidad sa pagpugong sa shale sa WBDF, lakip ang tradisyonal nga mga inhibitor sama sa potassium chloride, lime, silicate, ug polymer. Bisan pa, kini nga mga inhibitor adunay mga limitasyon sa mga termino sa kaepektibo ug epekto sa kalikopan, labi na tungod sa taas nga konsentrasyon sa K+ sa mga potassium chloride inhibitor ug ang pH sensitivity sa mga silicate. 6 Gisusi sa mga tigdukiduki ang posibilidad sa paggamit sa ionic liquids isip mga additives sa drilling fluid aron mapaayo ang rheology sa drilling fluid ug mapugngan ang paghubag sa shale ug pagporma sa hydrate. Bisan pa, kini nga mga ionic liquids, labi na kadtong adunay imidazolyl cations, kasagaran makahilo, mahal, dili madunot, ug nanginahanglan komplikado nga mga proseso sa pag-andam. Aron masulbad kini nga mga problema, ang mga tawo nagsugod sa pagpangita og mas ekonomikanhon ug mahigalaon sa kalikopan nga alternatibo, nga misangpot sa pagtungha sa deep eutectic solvents (DES). Ang DES usa ka eutectic mixture nga naporma sa usa ka hydrogen bond donor (HBD) ug usa ka hydrogen bond acceptor (HBA) sa usa ka piho nga molar ratio ug temperatura. Kini nga mga eutectic mixtures adunay mas ubos nga melting points kaysa sa ilang indibidwal nga mga sangkap, labi na tungod sa charge delocalization nga gipahinabo sa hydrogen bonds. Daghang mga butang, lakip ang enerhiya sa lattice, pagbag-o sa entropy, ug mga interaksyon tali sa mga anion ug HBD, ang adunay hinungdanong papel sa pagpaubos sa melting point sa DES.
Sa mga nangaging pagtuon, lain-laing mga additives ang gidugang sa water-based drilling fluid aron masulbad ang problema sa shale expansion. Pananglitan, si Ofei et al. midugang og 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIM-Cl), nga mipakunhod pag-ayo sa gibag-on sa mud cake (hangtod sa 50%) ug mikunhod sa YP/PV value og 11 sa lain-laing temperatura. Si Huang et al. migamit og ionic liquids (ilabi na, 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide ug 1,2-bis(3-hexylimidazol-1-yl)ethane bromide) inubanan sa Na-Bt particles ug mikunhod pag-ayo sa shale swelling og 86.43% ug 94.17%, matag usa12. Dugang pa, si Yang et al. migamit og 1-vinyl-3-dodecylimidazolium bromide ug 1-vinyl-3-tetradecylimidazolium bromide aron makunhuran ang shale swelling og 16.91% ug 5.81%, matag usa. 13 Si Yang et al. migamit usab og 1-vinyl-3-ethylimidazolium bromide ug mikunhod sa shale expansion og 31.62% samtang gipadayon ang shale recovery sa 40.60%. 14 Dugang pa, si Luo et al. migamit og 1-octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate aron makunhuran ang shale swelling og 80%. 15, 16 Si Dai et al. migamit og ionic liquid copolymers aron mapugngan ang shale ug nakab-ot ang 18% nga pagtaas sa linear recovery kon itandi sa amine inhibitors. 17
Ang mga ionic liquid mismo adunay pipila ka mga disbentaha, nga nag-aghat sa mga siyentista sa pagpangita og mas mahigalaon sa kalikopan nga mga alternatibo sa mga ionic liquid, ug busa natawo ang DES. Si Hanjia ang una nga migamit og deep eutectic solvents (DES) nga gilangkoban sa vinyl chloride propionic acid (1:1), vinyl chloride 3-phenylpropionic acid (1:2), ug 3-mercaptopropionic acid + itaconic acid + vinyl chloride (1:1:2), nga nagpugong sa paghubag sa bentonite sa 68%, 58%, ug 58%, matag usa18. Sa usa ka libre nga eksperimento, si MH Rasul migamit og 2:1 nga ratio sa glycerol ug potassium carbonate (DES) ug mikunhod pag-ayo sa paghubag sa mga shale sample sa 87%19,20. Gigamit ni Ma ang urea:vinyl chloride aron makunhuran pag-ayo ang paglapad sa shale sa 67%.21 Rasul et al. Ang kombinasyon sa DES ug polymer gigamit isip dual-action shale inhibitor, nga nakab-ot ang maayo kaayo nga shale inhibition effect22.
Bisan tuod ang deep eutectic solvents (DES) sa kinatibuk-an giisip nga mas lunhaw nga alternatibo sa ionic liquids, kini adunay usab mga sangkap nga posibleng makahilo sama sa ammonium salts, nga naghimo sa ilang eco-friendly nga kwestyonable. Kini nga problema misangpot sa pag-uswag sa natural deep eutectic solvents (NADES). Kini giklasipikar gihapon nga DES, apan gilangkoban sa natural nga mga substansiya ug asin, lakip ang potassium chloride (KCl), calcium chloride (CaCl2), Epsom salts (MgSO4.7H2O), ug uban pa. Ang daghang potensyal nga kombinasyon sa DES ug NADES nagbukas sa usa ka halapad nga sakup alang sa panukiduki niini nga lugar ug gilauman nga makit-an ang mga aplikasyon sa lainlaing mga natad. Daghang mga tigdukiduki ang malampuson nga nakaugmad og bag-ong mga kombinasyon sa DES nga napamatud-an nga epektibo sa lainlaing mga aplikasyon. Pananglitan, si Naser et al. 2013 nag-synthesize sa potassium carbonate-based DES ug gitun-an ang mga thermophysical properties niini, nga sa ulahi nakakaplag mga aplikasyon sa mga lugar sa hydrate inhibition, drilling fluid additives, delignification, ug nanofibrillation. 23 Si Jordy Kim ug mga kaubanan nakaugmad og ascorbic acid-based NADES ug gisusi ang mga antioxidant properties niini sa lainlaing mga aplikasyon. 24 Si Christer et al. nagpalambo sa citric acid-based NADES ug giila ang potensyal niini isip excipient para sa mga produkto sa collagen. 25 Si Liu Yi ug mga kaubanan nagsumaryo sa mga aplikasyon sa NADES isip extraction ug chromatography media sa usa ka komprehensibo nga pagrepaso, samtang si Misan et al. naghisgot sa malampuson nga mga aplikasyon sa NADES sa sektor sa agri-food. Importante nga ang mga tigdukiduki sa drilling fluid magsugod sa paghatag og pagtagad sa kaepektibo sa NADES sa ilang mga aplikasyon. bag-ohay lang. Niadtong 2023, si Rasul et al. migamit og lain-laing mga kombinasyon sa natural deep eutectic solvents base sa ascorbic acid26, calcium chloride27, potassium chloride28 ug Epsom salt29 ug nakab-ot ang impresibong shale inhibition ug shale recovery. Kini nga pagtuon usa sa mga unang pagtuon nga nagpaila sa NADES (ilabi na ang citric acid ug glycerol-based formulation) isip usa ka environment-friendly ug epektibo nga shale inhibitor sa water-based drilling fluids, nga adunay maayo kaayong environmental stability, gipauswag nga shale inhibition ability ug gipauswag nga fluid performance kon itandi sa tradisyonal nga mga inhibitor sama sa KCl, imidazolyl-based ionic liquids ug tradisyonal nga DES.
Ang pagtuon maglakip sa in-house nga pag-andam sa citric acid (CA) based NADES gisundan sa detalyado nga physicochemical characterization ug ang paggamit niini isip drilling fluid additive aron masusi ang mga kabtangan sa drilling fluid ug ang abilidad niini sa pagpugong sa paghubag. Niini nga pagtuon, ang CA molihok isip hydrogen bond acceptor samtang ang glycerol (Gly) molihok isip hydrogen bond donor nga gipili base sa MH screening criteria para sa NADES formation/selection sa shale inhibition studies30. Ang Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD) ug zeta potential (ZP) nga mga sukod magpatin-aw sa NADES-clay interactions ug ang mekanismo nga nagpahiping sa clay swelling inhibition. Dugang pa, kini nga pagtuon magtandi sa CA NADES based drilling fluid sa DES32 nga gibase sa 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl ug choline chloride:urea (1:2) aron imbestigahan ang ilang kaepektibo sa pagpugong sa shale ug pagpaayo sa performance sa drilling fluid.
Ang citric acid (monohydrate), glycerol (99 USP), ug urea gipalit gikan sa EvaChem, Kuala Lumpur, Malaysia. Ang Choline chloride (>98%), [EMIM]Cl 98%, ug potassium chloride gipalit gikan sa Sigma Aldrich, Malaysia. Ang mga istruktura sa kemikal sa tanang kemikal gipakita sa Figure 1. Ang berde nga diagram nagtandi sa mga nag-unang kemikal nga gigamit niini nga pagtuon: imidazolyl ionic liquid, choline chloride (DES), citric acid, glycerol, potassium chloride, ug NADES (citric acid ug glycerol). Ang eco-friendly nga talaan sa mga kemikal nga gigamit niini nga pagtuon gipakita sa Table 1. Sa talaan, ang matag kemikal gi-rate base sa toxicity, biodegradability, gasto, ug environmental sustainability.
Mga istruktura sa kemikal sa mga materyales nga gigamit niini nga pagtuon: (a) citric acid, (b) [EMIM]Cl, (c) choline chloride, ug (d) glycerol.
Ang mga kandidato sa hydrogen bond donor (HBD) ug hydrogen bond acceptor (HBA) para sa pagpalambo sa CA (natural deep eutectic solvent) based NADES gipili pag-ayo sumala sa MH 30 selection criteria, nga gituyo alang sa pagpalambo sa NADES isip epektibong shale inhibitors. Sumala niini nga criteria, ang mga component nga adunay daghang hydrogen bond donors ug acceptors ingon man polar functional groups giisip nga angay alang sa pagpalambo sa NADES.
Dugang pa, ang ionic liquid [EMIM]Cl ug choline chloride:urea deep eutectic solvent (DES) gipili alang sa pagtandi niini nga pagtuon tungod kay kini kaylap nga gigamit isip drilling fluid additives33,34,35,36. Dugang pa, ang potassium chloride (KCl) gitandi tungod kay kini usa ka komon nga inhibitor.
Ang citric acid ug glycerol gisagol sa lain-laing molar ratios aron makakuha og eutectic mixtures. Ang visual inspection nagpakita nga ang eutectic mixture usa ka homogenous, transparent nga likido nga walay turbidity, nga nagpakita nga ang hydrogen bond donor (HBD) ug hydrogen bond acceptor (HBA) malampusong gisagol niining eutectic composition. Gihimo ang mga pasiunang eksperimento aron maobserbahan ang temperature-dependent nga kinaiya sa proseso sa pagsagol sa HBD ug HBA. Sumala sa magamit nga literatura, ang proporsyon sa eutectic mixtures gisusi sa tulo ka espesipikong temperatura nga labaw sa 50 °C, 70 °C ug 100 °C, nga nagpakita nga ang eutectic temperature kasagaran anaa sa range nga 50–80 °C. Gigamit ang Mettler digital balance aron tukma nga timbangon ang mga sangkap sa HBD ug HBA, ug gigamit ang Thermo Fisher hot plate aron ipainit ug palihokon ang HBD ug HBA sa 100 rpm ubos sa kontroladong mga kondisyon.
Ang mga thermophysical nga kabtangan sa among gi-synthesize nga deep eutectic solvent (DES), lakip ang density, surface tension, refractive index, ug viscosity, tukma nga gisukod sa temperatura gikan sa 289.15 hangtod 333.15 K. Kinahanglan nga matikdan nga kini nga range sa temperatura gipili labi na tungod sa mga limitasyon sa kasamtangan nga kagamitan. Ang komprehensibo nga pag-analisar naglakip sa usa ka lawom nga pagtuon sa lainlaing mga thermophysical nga kabtangan niining pormulasyon sa NADES, nga nagpadayag sa ilang pamatasan sa lainlaing mga temperatura. Ang pag-focus niining piho nga range sa temperatura naghatag mga panabut sa mga kabtangan sa NADES nga labi ka hinungdanon alang sa daghang mga aplikasyon.
Ang surface tension sa giandam nga NADES gisukod sa range gikan sa 289.15 hangtod 333.15 K gamit ang interfacial tension meter (IFT700). Ang mga tinulo sa NADES giporma sa usa ka chamber nga puno sa daghang volume sa likido gamit ang capillary needle ubos sa espesipikong temperatura ug pressure conditions. Ang mga modernong imaging system nagpaila sa angay nga geometric parameters aron makalkulo ang interfacial tension gamit ang Laplace equation.
Usa ka ATAGO refractometer ang gigamit aron mahibal-an ang refractive index sa bag-ong giandam nga NADES sa temperatura nga 289.15 hangtod 333.15 K. Ang instrumento naggamit ug thermal module aron makontrol ang temperatura aron mabanabana ang degree sa refraction sa kahayag, nga nagwagtang sa panginahanglan alang sa usa ka constant-temperature water bath. Ang prism surface sa refractometer kinahanglan nga limpyohan ug ang sample solution kinahanglan nga parehas nga iapod-apod niini. I-calibrate gamit ang usa ka nailhan nga standard solution, ug dayon basaha ang refractive index gikan sa screen.
Ang viscosity sa giandam nga NADES gisukod sa temperatura nga 289.15 hangtod 333.15 K gamit ang Brookfield rotational viscometer (cryogenic type) sa shear rate nga 30 rpm ug spindle size nga 6. Ang viscometer nagsukod sa viscosity pinaagi sa pagtino sa torque nga gikinahanglan aron mapaikot ang spindle sa kanunay nga tulin sa usa ka liquid sample. Human ibutang ang sample sa screen ilalom sa spindle ug hugtan, ang viscometer magpakita sa viscosity sa centipoise (cP), nga naghatag ug bililhong impormasyon sa rheological properties sa likido.
Usa ka portable density meter nga DMA 35 Basic ang gigamit aron mahibal-an ang densidad sa bag-ong giandam nga natural deep eutectic solvent (NDEES) sa temperatura nga 289.15–333.15 K. Tungod kay ang aparato walay built-in nga heater, kinahanglan kini nga ipainit pag-usab sa gitakdang temperatura (± 2 °C) sa dili pa gamiton ang NADES density meter. Pagkuha og labing menos 2 ml nga sample agi sa tubo, ug ang densidad makita dayon sa screen. Angay nga matikdan nga tungod sa kakulang sa built-in nga heater, ang mga resulta sa pagsukod adunay error nga ± 2 °C.
Aron masusi ang pH sa bag-ong giandam nga NADES sa temperatura nga 289.15–333.15 K, migamit kami og Kenis benchtop pH meter. Tungod kay walay built-in nga heating device, ang NADES gipainit una sa gitinguha nga temperatura (±2 °C) gamit ang hotplate ug dayon gisukod direkta gamit ang pH meter. Ilubog sa hingpit ang pH meter probe sa NADES ug irekord ang katapusang kantidad human ma-stabilize ang pagbasa.
Gigamit ang Thermogravimetric analysis (TGA) aron masusi ang thermal stability sa natural deep eutectic solvents (NADES). Gisusi ang mga sample atol sa pagpainit. Gamit ang high-precision balance ug maampingong pagmonitor sa proseso sa pagpainit, usa ka plot sa mass loss batok sa temperatura ang nahimo. Ang NADES gipainit gikan sa 0 hangtod 500 °C sa rate nga 1 °C kada minuto.
Aron masugdan ang proseso, ang sample sa NADES kinahanglan nga isagol pag-ayo, i-homogenize, ug tangtangon ang kaumog sa ibabaw. Ang giandam nga sample ibutang dayon sa usa ka TGA cuvette, nga kasagaran hinimo sa usa ka inert nga materyal sama sa aluminum. Aron masiguro ang tukma nga mga resulta, ang mga instrumento sa TGA gi-calibrate gamit ang mga reference material, kasagaran mga sumbanan sa gibug-aton. Kung ma-calibrate na, magsugod ang eksperimento sa TGA ug ang sample gipainit sa usa ka kontrolado nga paagi, kasagaran sa usa ka makanunayon nga rate. Ang padayon nga pagmonitor sa relasyon tali sa gibug-aton sa sample ug temperatura usa ka hinungdanon nga bahin sa eksperimento. Ang mga instrumento sa TGA nagkolekta og datos sa temperatura, gibug-aton, ug uban pang mga parameter sama sa pag-agos sa gas o temperatura sa sample. Kung makompleto na ang eksperimento sa TGA, ang nakolekta nga datos gisusi aron mahibal-an ang pagbag-o sa gibug-aton sa sample isip usa ka function sa temperatura. Kini nga impormasyon bililhon sa pagtino sa mga sakup sa temperatura nga nalangkit sa pisikal ug kemikal nga mga pagbag-o sa sample, lakip ang mga proseso sama sa pagtunaw, pag-alisngaw, oksihenasyon, o pagkadunot.
Ang water-based drilling fluid gi-formulate pag-ayo sumala sa API 13B-1 standard, ug ang espesipikong komposisyon niini gilista sa Table 2 isip reperensya. Ang citric acid ug glycerol (99 USP) gipalit gikan sa Sigma Aldrich, Malaysia aron maandam ang natural deep eutectic solvent (NADES). Dugang pa, ang conventional shale inhibitor potassium chloride (KCl) gipalit usab gikan sa Sigma Aldrich, Malaysia. Ang 1-ethyl, 3-methylimidazolium chloride ([EMIM]Cl) nga adunay kaputli nga labaw sa 98% gipili tungod sa dakong epekto niini sa pagpaayo sa rheology sa drilling fluid ug shale inhibition, nga gikumpirma sa nangaging mga pagtuon. Ang KCl ug ([EMIM]Cl) parehong gamiton sa comparative analysis aron masusi ang shale inhibition performance sa NADES.
Daghang mga tigdukiduki ang mas gusto nga mogamit og bentonite flakes aron tun-an ang shale swelling tungod kay ang bentonite adunay parehas nga "montmorillonite" nga grupo nga hinungdan sa shale swelling. Ang pagkuha sa tinuod nga shale core samples mahagiton tungod kay ang proseso sa coring makaguba sa shale, nga moresulta sa mga sample nga dili hingpit nga shale apan kasagaran adunay sagol nga sandstone ug limestone layers. Dugang pa, ang mga shale sample kasagaran kulang sa montmorillonite groups nga hinungdan sa shale swelling ug busa dili angay alang sa mga eksperimento sa pagpugong sa swelling.
Niini nga pagtuon, migamit kami og gi-reconstitute nga mga partikulo sa bentonite nga adunay diyametro nga gibana-bana nga 2.54 cm. Ang mga granule gihimo pinaagi sa pagpindot og 11.5 gramos nga sodium bentonite powder sa usa ka hydraulic press sa 1600 psi. Ang gibag-on sa mga granule gisukod sa tukma sa dili pa ibutang sa usa ka linear dilatometer (LD). Ang mga partikulo dayon gituslob sa mga sample sa drilling fluid, lakip ang mga base sample ug mga sample nga gi-inject og mga inhibitor nga gigamit aron mapugngan ang paghubag sa shale. Ang pagbag-o sa gibag-on sa granule dayon gibantayan pag-ayo gamit ang LD, nga adunay mga sukod nga natala sa 60 segundos nga mga interval sulod sa 24 oras.
Ang X-ray diffraction nagpakita nga ang komposisyon sa bentonite, ilabina ang 47% nga montmorillonite component niini, usa ka importanteng butang sa pagsabot sa mga kinaiya niini sa heolohiya. Lakip sa mga montmorillonite component sa bentonite, ang montmorillonite mao ang pangunang component, nga nagkantidad og 88.6% sa kinatibuk-ang component. Samtang, ang quartz nagkantidad og 29%, illite sa 7%, ug carbonate sa 9%. Usa ka gamay nga bahin (mga 3.2%) ang sagol nga illite ug montmorillonite. Dugang pa, kini adunay mga trace elements sama sa Fe2O3 (4.7%), silver aluminosilicate (1.2%), muscovite (4%), ug phosphate (2.3%). Dugang pa, adunay gamay nga kantidad sa Na2O (1.83%) ug iron silicate (2.17%), nga naghimo niini nga posible nga hingpit nga masabtan ang mga constituent elements sa bentonite ug ang ilang tagsa-tagsa ka proporsyon.
Kini nga komprehensibo nga seksyon sa pagtuon nagdetalye sa mga kinaiya sa rheological ug filtration sa mga sample sa drilling fluid nga giandam gamit ang natural deep eutectic solvent (NADES) ug gigamit isip additive sa drilling fluid sa lain-laing konsentrasyon (1%, 3% ug 5%). Ang mga sample sa slurry nga gibase sa NADES gitandi ug gi-analisa gamit ang mga sample sa slurry nga gilangkoban sa potassium chloride (KCl), CC:urea DES (choline chloride deep eutectic solvent:urea) ug ionic liquids. Daghang importanteng mga parameter ang nasakup niini nga pagtuon lakip ang mga pagbasa sa viscosity nga nakuha gamit ang FANN viscometer sa wala pa ug pagkahuman sa pagkaladlad sa mga kondisyon sa pagkatigulang sa 100°C ug 150°C. Ang mga sukod gikuha sa lain-laing mga gikusgon sa pagtuyok (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm ug 600 rpm) nga nagtugot sa usa ka komprehensibo nga pag-analisa sa pamatasan sa drilling fluid. Ang datos nga nakuha magamit dayon aron mahibal-an ang mga importanteng kabtangan sama sa yield point (YP) ug plastic viscosity (PV), nga naghatag og panabut sa performance sa fluid ubos sa lain-laing mga kondisyon. Ang mga pagsulay sa pagsala sa high pressure high temperature (HPHT) sa 400 psi ug 150°C (kasagarang temperatura sa mga atabay nga taas og temperatura) nagtino sa performance sa pagsala (gibag-on sa cake ug gidaghanon sa filtrate).
Kini nga seksyon naggamit sa state-of-the-art nga kagamitan, ang Grace HPHT Linear Dilatometer (M4600), aron hingpit nga masusi ang mga kinaiya sa pagpugong sa paghubag sa shale sa among mga water-based drilling fluid. Ang LSM usa ka state-of-the-art nga makina nga gilangkoban sa duha ka sangkap: usa ka plate compactor ug usa ka linear dilatometer (modelo: M4600). Ang mga bentonite plate giandam alang sa pag-analisa gamit ang Grace Core/Plate Compactor. Ang LSM dayon naghatag ug dayon nga datos sa paghubag niini nga mga plato, nga nagtugot alang sa usa ka komprehensibo nga ebalwasyon sa mga kinaiya sa pagpugong sa paghubag sa shale. Ang mga pagsulay sa pagpalapad sa shale gihimo ubos sa mga kondisyon sa palibot, ie, 25°C ug 1 psia.
Ang shale stability testing naglakip sa usa ka importanteng pagsulay nga kasagarang gitawag nga shale recovery test, shale dip test o shale dispersion test. Aron masugdan kini nga ebalwasyon, ang mga shale cuttings gibulag sa usa ka #6 BSS screen ug dayon gibutang sa usa ka #10 screen. Ang mga cuttings dayon gipakaon sa usa ka holding tank diin kini gisagol sa base fluid ug drilling mud nga adunay NADES (Natural Deep Eutectic Solvent). Ang sunod nga lakang mao ang pagbutang sa sagol sa usa ka oven alang sa usa ka grabe nga hot rolling process, nga nagsiguro nga ang mga cuttings ug lapok hingpit nga nasagol. Pagkahuman sa 16 ka oras, ang mga cuttings gikuha gikan sa pulp pinaagi sa pagtugot sa shale nga madugta, nga moresulta sa pagkunhod sa gibug-aton sa mga cuttings. Ang shale recovery test gihimo human ang mga shale cuttings gihuptan sa drilling mud sa 150°C ug 1000 psi. pulgada sulod sa 24 oras.
Aron masukod ang pagkaayo sa shale mud, among gisala kini pinaagi sa mas pino nga screen (40 mesh), dayon gihugasan kini pag-ayo gamit ang tubig, ug sa katapusan gipauga kini sa oven. Kining maampingong pamaagi nagtugot kanamo sa pagbanabana sa nakuha nga lapok kon itandi sa orihinal nga gibug-aton, sa katapusan gikalkulo ang porsyento sa shale mud nga malampusong nakuha. Ang tinubdan sa mga sample sa shale gikan sa Niah District, Miri District, Sarawak, Malaysia. Sa wala pa ang dispersion ug recovery tests, ang mga sample sa shale gipailalom sa usa ka hingpit nga X-ray diffraction (XRD) analysis aron masukod ang ilang komposisyon sa clay ug kumpirmahon ang ilang kaangayan alang sa pagsulay. Ang komposisyon sa clay mineral sa sample mao ang mosunod: illite 18%, kaolinite 31%, chlorite 22%, vermiculite 10%, ug mica 19%.
Ang surface tension usa ka importanteng butang nga nagkontrol sa pagsulod sa mga water cation ngadto sa shale micropores pinaagi sa capillary action, nga tun-an sa detalye niini nga seksyon. Kini nga papel nagsusi sa papel sa surface tension sa cohesive property sa mga drilling fluid, nga nagpasiugda sa importanteng impluwensya niini sa proseso sa drilling, ilabina ang shale inhibition. Gigamit namo ang interfacial tensiometer (IFT700) aron tukma nga masukod ang surface tension sa mga sample sa drilling fluid, nga nagpadayag sa usa ka importanteng aspeto sa fluid behavior sa konteksto sa shale inhibition.
Kini nga seksyon detalyado nga naghisgot sa d-layer spacing, nga mao ang interlayer distance tali sa aluminosilicate layers ug usa ka aluminosilicate layer sa clay. Ang pag-analisa naglangkob sa mga sample sa basa nga lapok nga adunay 1%, 3% ug 5% CA NADES, ingon man 3% KCl, 3% [EMIM]Cl ug 3% CC:urea based DES para sa pagtandi. Ang usa ka state-of-the-art nga benchtop X-ray diffractometer (D2 Phaser) nga naglihok sa 40 mA ug 45 kV nga adunay Cu-Kα radiation (λ = 1.54059 Å) adunay hinungdanon nga papel sa pagrekord sa X-ray diffraction peaks sa basa ug uga nga mga sample sa Na-Bt. Ang paggamit sa Bragg equation nagtugot sa tukma nga pagtino sa d-layer spacing, sa ingon naghatag ug bililhong impormasyon sa kinaiya sa clay.
Kini nga seksyon naggamit sa abante nga instrumento sa Malvern Zetasizer Nano ZSP aron tukma nga masukod ang potensyal sa zeta. Kini nga ebalwasyon naghatag ug bililhong impormasyon sa mga kinaiya sa karga sa mga dilute mud sample nga adunay 1%, 3%, ug 5% CA NADES, ingon man 3% KCl, 3% [EMIM]Cl, ug 3% CC:urea-based DES para sa comparative analysis. Kini nga mga resulta nakatampo sa among pagsabot sa kalig-on sa mga colloidal compound ug sa ilang mga interaksyon sa mga pluwido.
Ang mga sample sa lapok gisusi sa wala pa ug pagkahuman sa pagkaladlad sa natural deep eutectic solvent (NADES) gamit ang Zeiss Supra 55 VP field emission scanning electron microscope (FESEM) nga adunay energy dispersive X-ray (EDX). Ang resolusyon sa imaging kay 500 nm ug ang enerhiya sa electron beam kay 30 kV ug 50 kV. Ang FESEM naghatag og high-resolution visualization sa surface morphology ug structural features sa mga sample sa lapok. Ang tumong niini nga pagtuon mao ang pagkuha og impormasyon bahin sa epekto sa NADES sa mga sample sa lapok pinaagi sa pagtandi sa mga imahe nga nakuha sa wala pa ug pagkahuman sa pagkaladlad.
Niini nga pagtuon, gigamit ang teknolohiya sa field emission scanning electron microscopy (FESEM) aron imbestigahan ang epekto sa NADES sa mga sample sa lapok sa mikroskopikong lebel. Ang tumong niini nga pagtuon mao ang pagpatin-aw sa potensyal nga mga aplikasyon sa NADES ug ang epekto niini sa morpolohiya sa lapok ug aberids nga gidak-on sa partikulo, nga maghatag ug bililhong impormasyon alang sa panukiduki niini nga natad.
Niini nga pagtuon, gigamit ang mga error bar aron biswal nga ihulagway ang pagkalainlain ug kawalay kasiguroan sa mean percent error (AMPE) sa mga kondisyon sa eksperimento. Imbis nga mag-plot sa indibidwal nga mga kantidad sa AMPE (tungod kay ang pag-plot sa mga kantidad sa AMPE mahimong makatago sa mga uso ug makapasobra sa gagmay nga mga kalainan), among gikalkulo ang mga error bar gamit ang 5% nga lagda. Kini nga pamaagi nagsiguro nga ang matag error bar nagrepresentar sa interval diin ang 95% nga confidence interval ug 100% sa mga kantidad sa AMPE gilauman nga mahulog, sa ingon naghatag usa ka mas klaro ug mas mubo nga katingbanan sa pag-apod-apod sa datos alang sa matag kondisyon sa eksperimento. Ang paggamit sa mga error bar nga gibase sa 5% nga lagda sa ingon nagpauswag sa interpretability ug kasaligan sa mga graphical nga representasyon ug makatabang sa paghatag usa ka mas detalyado nga pagsabot sa mga resulta ug sa ilang mga implikasyon.
Sa sintesis sa natural deep eutectic solvents (NADES), daghang importanteng mga parametro ang gitun-an pag-ayo atol sa proseso sa pag-andam sa sulod sa kompanya. Kini nga mga kritikal nga hinungdan naglakip sa temperatura, molar ratio, ug katulin sa pagsagol. Ang among mga eksperimento nagpakita nga kung ang HBA (citric acid) ug HBD (glycerol) gisagol sa molar ratio nga 1:4 sa 50°C, usa ka eutectic mixture ang maporma. Ang nagpalahi nga bahin sa eutectic mixture mao ang transparent ug homogenous nga panagway niini, ug ang pagkawala sa sediment. Busa, kini nga importanteng lakang nagpasiugda sa kamahinungdanon sa molar ratio, temperatura, ug katulin sa pagsagol, diin ang molar ratio mao ang labing impluwensyal nga hinungdan sa pag-andam sa DES ug NADES, sama sa gipakita sa Figure 2.
Ang refractive index (n) nagpahayag sa ratio sa gikusgon sa kahayag sa usa ka vacuum ngadto sa gikusgon sa kahayag sa usa ka ikaduha, mas dasok nga medium. Ang refractive index labi ka makapainteres alang sa natural deep eutectic solvents (NADES) kung gikonsiderar ang mga aplikasyon nga sensitibo sa optika sama sa biosensors. Ang refractive index sa gitun-an nga NADES sa 25 °C kay 1.452, nga mas ubos kay sa glycerol.
Angayan nga matikdan nga ang refractive index sa NADES mokunhod uban sa temperatura, ug kini nga uso mahimong tukma nga ihulagway sa pormula (1) ug Figure 3, diin ang absolute mean percentage error (AMPE) moabot sa 0%. Kini nga pamatasan nga nagdepende sa temperatura gipasabut sa pagkunhod sa viscosity ug density sa taas nga temperatura, hinungdan nga ang kahayag mobiyahe agi sa medium sa mas taas nga tulin, nga moresulta sa mas ubos nga refractive index (n) nga kantidad. Kini nga mga resulta naghatag ug bililhong mga panabut sa estratehikong paggamit sa NADES sa optical sensing, nga nagpasiugda sa ilang potensyal alang sa mga aplikasyon sa biosensor.
Ang surface tension, nga nagpakita sa tendensiya sa usa ka likido nga nawong nga maminusan ang gilapdon niini, adunay dakong importansya sa pagtimbang-timbang sa kaangayan sa natural deep eutectic solvents (NADES) alang sa mga aplikasyon nga gibase sa capillary pressure. Ang usa ka pagtuon sa surface tension sa temperatura nga 25–60 °C naghatag ug bililhong impormasyon. Sa 25 °C, ang surface tension sa citric acid-based NADES kay 55.42 mN/m, nga mas ubos kay sa tubig ug glycerol. Gipakita sa Figure 4 nga ang surface tension mokunhod pag-ayo uban sa pagtaas sa temperatura. Kini nga panghitabo mahimong ipasabut pinaagi sa pagtaas sa molecular kinetic energy ug sunod nga pagkunhod sa intermolecular attractive forces.
Ang linear nga pagkunhod sa uso sa surface tension nga naobserbahan sa gitun-an nga NADES mahimong ipahayag sa equation (2), nga nagpakita sa sukaranang relasyon sa matematika sa temperatura nga 25–60 °C. Ang graph sa Figure 4 klaro nga nagpakita sa uso sa surface tension uban sa temperatura nga adunay absolute mean percentage error (AMPE) nga 1.4%, nga nag-ihap sa katukma sa gitaho nga mga kantidad sa surface tension. Kini nga mga resulta adunay hinungdanon nga mga implikasyon alang sa pagsabot sa pamatasan sa NADES ug sa mga potensyal nga aplikasyon niini.
Ang pagsabot sa density dynamics sa natural deep eutectic solvents (NADES) importante kaayo aron mapadali ang ilang aplikasyon sa daghang siyentipikong mga pagtuon. Ang density sa citric acid-based NADES sa 25°C kay 1.361 g/cm3, nga mas taas kay sa density sa parent glycerol. Kini nga kalainan mahimong ipasabut pinaagi sa pagdugang sa hydrogen bond acceptor (citric acid) sa glycerol.
Kon atong kuhaon ang citrate-based NADES isip ehemplo, ang densidad niini moubos ngadto sa 1.19 g/cm3 sa 60°C. Ang pagtaas sa kinetic energy sa pagpainit hinungdan sa pagkatag sa mga molekula sa NADES, hinungdan nga kini mookupar og mas dako nga volume, nga moresulta sa pagkunhod sa densidad. Ang naobserbahan nga pagkunhod sa densidad nagpakita og usa ka linear correlation uban sa pagtaas sa temperatura, nga mahimong ipahayag sa hustong paagi pinaagi sa pormula (3). Ang Figure 5 nagpakita niining mga kinaiya sa pagbag-o sa densidad sa NADES nga adunay absolute mean percentage error (AMPE) nga 1.12%, nga naghatag og quantitative measure sa katukma sa gitaho nga mga kantidad sa densidad.
Ang viscosity mao ang puwersa sa pagdani tali sa lain-laing mga lut-od sa usa ka likido nga naglihok ug adunay hinungdanong papel sa pagsabot sa pagkagamit sa natural deep eutectic solvents (NADES) sa lain-laing mga aplikasyon. Sa 25 °C, ang viscosity sa NADES kay 951 cP, nga mas taas kay sa glycerol.
Ang naobserbahan nga pagkunhod sa viscosity uban sa pagtaas sa temperatura kasagaran gipasabot sa paghuyang sa intermolecular attractive forces. Kini nga panghitabo moresulta sa pagkunhod sa viscosity sa pluwido, usa ka trend nga klarong gipakita sa Figure 6 ug gi-quantify sa Equation (4). Talalupangdon nga sa 60°C, ang viscosity moubos ngadto sa 898 cP nga adunay overall mean percent error (AMPE) nga 1.4%. Ang detalyado nga pagsabot sa viscosity batok sa temperature dependence sa NADES importante kaayo alang sa praktikal nga aplikasyon niini.
Ang pH sa solusyon, nga gitino sa negatibo nga logarithm sa konsentrasyon sa hydrogen ion, kritikal kaayo, labi na sa mga aplikasyon nga sensitibo sa pH sama sa DNA synthesis, busa ang pH sa NADES kinahanglan nga tun-an pag-ayo sa dili pa gamiton. Pananglitan, ang NADES nga nakabase sa citric acid, usa ka klaro nga acidic nga pH nga 1.91 ang maobserbahan, nga lahi kaayo sa medyo neutral nga pH sa glycerol.
Makapainteres nga ang pH sa natural citric acid dehydrogenase soluble solvent (NADES) nagpakita og dili linear nga pagkunhod uban sa pagtaas sa temperatura. Kini nga panghitabo gipahinungod sa pagtaas sa mga molecular vibrations nga nakabalda sa balanse sa H+ sa solusyon, nga mosangpot sa pagporma sa [H]+ ions ug, sa baylo, usa ka pagbag-o sa kantidad sa pH. Samtang ang natural nga pH sa citric acid gikan sa 3 hangtod 5, ang presensya sa acidic hydrogen sa glycerol dugang nga nagpaubos sa pH ngadto sa 1.91.
Ang pH behavior sa citrate-based NADES sa temperatura nga 25–60 °C mahimong irepresentar sa equation (5), nga naghatag og mathematical expression para sa naobserbahan nga pH trend. Ang Figure 7 nagpakita niining makapainteres nga relasyon, nga nagpasiugda sa epekto sa temperatura sa pH sa NADES, nga gitaho nga 1.4% para sa AMPE.
Ang Thermogravimetric analysis (TGA) sa natural citric acid deep eutectic solvent (NADES) sistematikong gihimo sa temperatura gikan sa temperatura sa kwarto hangtod sa 500 °C. Sama sa makita sa Figures 8a ug b, ang inisyal nga pagkawala sa masa hangtod sa 100 °C tungod sa nasuhop nga tubig ug sa hydration water nga nalangkit sa citric acid ug puro nga glycerol. Usa ka dakong pagpabilin sa masa nga mga 88% ang naobserbahan hangtod sa 180 °C, nga tungod sa pagkadunot sa citric acid ngadto sa aconitic acid ug ang sunod nga pagporma sa methylmaleic anhydride(III) sa dugang nga pagpainit (Figure 8 b). Labaw sa 180 °C, usa ka klaro nga panagway sa acrolein (acrylaldehyde) sa glycerol ang naobserbahan usab, sama sa gipakita sa Figure 8b37.
Ang Thermogravimetric analysis (TGA) sa glycerol nagbutyag ug duha ka ang-ang nga proseso sa pagkawala sa masa. Ang inisyal nga ang-ang (180 hangtod 220 °C) naglambigit sa pagporma sa acrolein, gisundan sa dakong pagkawala sa masa sa taas nga temperatura gikan sa 230 hangtod 300 °C (Figure 8a). Samtang nagkataas ang temperatura, ang acetaldehyde, carbon dioxide, methane, ug hydrogen sunod-sunod nga naporma. Talalupangdon nga 28% lang sa masa ang nabilin sa 300 °C, nga nagsugyot nga ang intrinsic properties sa NADES 8(a)38,39 mahimong depektoso.
Aron makakuha og impormasyon bahin sa pagporma sa bag-ong mga bugkos sa kemikal, ang bag-ong giandam nga mga suspensyon sa natural deep eutectic solvents (NADES) gisusi gamit ang Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Ang pag-analisar gihimo pinaagi sa pagtandi sa spectrum sa NADES suspension sa spectra sa puro nga citric acid (CA) ug glycerol (Gly). Ang CA spectrum nagpakita og klaro nga mga peak sa 1752 1/cm ug 1673 1/cm, nga nagrepresentar sa stretching vibrations sa C=O bond ug kinaiya usab sa CA. Dugang pa, usa ka dakong pagbalhin sa OH bending vibration sa 1360 1/cm ang naobserbahan sa rehiyon sa fingerprint, sama sa gipakita sa Figure 9.
Susama, sa kaso sa glycerol, ang mga pagbalhin sa OH stretching ug bending vibrations nakit-an sa mga wavenumber nga 3291 1/cm ug 1414 1/cm, matag usa. Karon, pinaagi sa pag-analisar sa spectrum sa giandam nga NADES, usa ka hinungdanon nga pagbalhin sa spectrum ang nakit-an. Sama sa gipakita sa Figure 7, ang stretching vibration sa C=O bond mibalhin gikan sa 1752 1/cm ngadto sa 1720 1/cm ug ang bending vibration sa -OH bond sa glycerol mibalhin gikan sa 1414 1/cm ngadto sa 1359 1/cm. Kini nga mga pagbalhin sa wavenumbers nagpakita sa pagbag-o sa electronegativity, nga nagpakita sa pagporma sa bag-ong mga chemical bond sa istruktura sa NADES.