Tankewol foar jo besite oan nature.com. De browserferzje dy't jo brûke hat beheinde CSS-stipe. Foar de bêste ûnderfining advisearje wy de lêste browserferzje te brûken (of de kompatibiliteitsmodus yn Internet Explorer út te skeakeljen). Derneist, om trochgeande stipe te garandearjen, sil dizze side gjin stilen of JavaScript befetsje.
Skaly-útwreiding yn klastyske reservoirs soarget foar wichtige problemen, wat liedt ta ynstabiliteit fan 'e boarput. Om miljeu-redenen hat it gebrûk fan boarfloeistof op wetterbasis mei tafoege skaly-ynhibitoren de foarkar boppe boarfloeistof op oaljebasis. Ionyske floeistoffen (IL's) hawwe in soad oandacht lutsen as skaly-ynhibitoren fanwegen har ynstelbere eigenskippen en sterke elektrostatyske skaaimerken. Ionyske floeistoffen (IL's) op basis fan imidazolyl, dy't in soad brûkt wurde yn boarfloeistoffen, binne lykwols giftich, net-biologysk ôfbrekber en djoer bliken te wêzen. Djippe eutektyske oplosmiddels (DES) wurde beskôge as in kosten-effektiver en minder giftich alternatyf foar ionyske floeistoffen, mar se foldogge noch altyd net oan 'e fereaske miljeu-duorsumens. Resinte foarútgong op dit mêd hat laat ta de ynfiering fan natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels (NADES), bekend om har wiere miljeufreonlikens. Dizze stúdzje ûndersocht NADES'en, dy't sitroensoer (as in wetterstofbining-akseptor) en glycerol (as in wetterstofbining-donor) befetsje as tafoegings oan boarfloeistof. De boarfloeistoffen op basis fan NADES waarden ûntwikkele neffens API 13B-1 en har prestaasjes waarden fergelike mei boarfloeistoffen op basis fan kaliumchloride, ionyske floeistoffen op basis fan imidazolium, en boarfloeistoffen op basis fan cholinechloride:ureum-DES. De fysyk-gemyske eigenskippen fan 'e proprietêre NADES'en wurde yn detail beskreaun. De reologyske eigenskippen, floeistofferlies en skaly-ynhibysje-eigenskippen fan 'e boarfloeistof waarden evaluearre tidens de stúdzje, en it waard oantoand dat by in konsintraasje fan 3% NADES'en de ferhâlding tusken rekspanning/plastyske viskositeit (YP/PV) ferhege waard, de dikte fan 'e modderkoek mei 26% fermindere waard en it filtraatvolume mei 30,1% fermindere waard. It is opmerklik dat NADES in yndrukwekkende útwreidingsynhibysje fan 49,14% berikte en de skalyproduksje mei 86,36% ferhege. Dizze resultaten wurde taskreaun oan it fermogen fan NADES om de oerflakaktiviteit, zeta-potinsjeel en tuskenlaachôfstân fan klaai te feroarjen, dy't yn dit artikel besprutsen wurde om de ûnderlizzende meganismen te begripen. Dizze duorsume boarfloeistof wurdt ferwachte de boaryndustry te revolúsjonearjen troch in net-giftig, kosten-effektyf en heul effektyf alternatyf te bieden foar tradisjonele skalykorrosje-ynhibitoren, wêrtroch't de wei baan wurdt foar miljeufreonlike boarpraktiken.
Skaly is in alsidige rots dy't tsjinnet as sawol in boarne as reservoir fan koalwetterstoffen, en syn poreuze struktuer1 biedt de mooglikheid foar sawol produksje as opslach fan dizze weardefolle boarnen. Skaly is lykwols ryk oan klaaimineralen lykas montmorilloniet, smektiet, kaoliniet en illiet, wêrtroch't it gefoelich is foar swelling as it bleatsteld wurdt oan wetter, wat liedt ta ynstabiliteit fan 'e boarput tidens boaroperaasjes2,3. Dizze problemen kinne liede ta net-produktive tiid (NPT) en in protte operasjonele problemen, ynklusyf fêstsittende pipen, ferlerne moddersirkulaasje, ynstoarten fan 'e boarput en fersmoarging fan boarringen, wêrtroch't de hersteltiid en kosten tanimme. Tradisjoneel binne boarfloeistoffen op oaljebasis (OBDF) de foarkar west foar skalyformaasjes fanwegen har fermogen om skaly-útwreiding te wjerstean4. It gebrûk fan boarfloeistoffen op oaljebasis bringt lykwols hegere kosten en miljeurisiko's mei. Boarfloeistoffen op synthetyske basis (SBDF) binne beskôge as in alternatyf, mar har geskiktheid by hege temperatueren is net befredigjend. Boarfloeistoffen op wetterbasis (WBDF) binne in oantreklike oplossing, om't se feiliger, miljeufreonliker en kosteneffektiver binne as OBDF5. Ferskate skaly-ynhibitoren binne brûkt om it skaly-ynhibysjefermogen fan WBDF te ferbetterjen, ynklusyf tradisjonele ynhibitoren lykas kaliumchloride, kalk, silikaat en polymeer. Dizze ynhibitoren hawwe lykwols beheiningen yn termen fan effektiviteit en miljeu-ynfloed, foaral fanwegen de hege K+ konsintraasje yn kaliumchloride-ynhibitoren en de pH-gefoelichheid fan silikaten. 6 Undersykers hawwe de mooglikheid ûndersocht om ionyske floeistoffen te brûken as tafoegings oan boarfloeistof om de reology fan boarfloeistof te ferbetterjen en skaly-swelling en hydraatfoarming te foarkommen. Dizze ionyske floeistoffen, foaral dyjingen dy't imidazolylkationen befetsje, binne lykwols oer it algemien giftich, djoer, net-biologysk ôfbrekber en fereaskje komplekse tariedingsprosessen. Om dizze problemen op te lossen, begûnen minsken te sykjen nei in ekonomysker en miljeufreonliker alternatyf, wat late ta it ûntstean fan djippe eutektyske oplosmiddels (DES). DES is in eutektysk mingsel foarme troch in wetterstofbiningsdonor (HBD) en in wetterstofbiningsakseptor (HBA) by in spesifike molferhâlding en temperatuer. Dizze eutektyske mingsels hawwe legere smeltpunten as har yndividuele komponinten, benammen fanwegen ladingsdelokalisaasje feroarsake troch wetterstofbiningen. In protte faktoaren, ynklusyf roosterenerzjy, entropieferoaring, en ynteraksjes tusken anionen en HBD, spylje in wichtige rol by it ferleegjen fan it smeltpunt fan DES.
Yn eardere stúdzjes waarden ferskate tafoegings tafoege oan boarfloeistof op wetterbasis om it probleem fan skaly-útwreiding op te lossen. Bygelyks, Ofei et al. foegen 1-butyl-3-methylimidazoliumchloride (BMIM-Cl) ta, wat de dikte fan 'e modderkoek signifikant fermindere (oant 50%) en de YP/PV-wearde mei 11 fermindere by ferskate temperatueren. Huang et al. brûkten ionyske floeistoffen (spesifyk 1-hexyl-3-methylimidazoliumbromide en 1,2-bis(3-hexylimidazol-1-yl)etaanbromide) yn kombinaasje mei Na-Bt-dieltsjes en fermindere de skalyswelling signifikant mei respektivelik 86,43% en 94,17%12. Derneist brûkten Yang et al. 1-vinyl-3-dodecylimidazoliumbromide en 1-vinyl-3-tetradecylimidazoliumbromide om skalyswelling te ferminderjen mei respektivelik 16,91% en 5,81%. 13 Yang et al. brûkten ek 1-vinyl-3-ethylimidazoliumbromide en fermindere skaly-útwreiding mei 31,62%, wylst de skaly-herstel op 40,60% bleau. 14 Derneist brûkten Luo et al. 1-oktyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroboraat om skaly-swelling mei 80% te ferminderjen. 15, 16 Dai et al. brûkten ionyske floeibere kopolymeren om skaly te remmen en berikten in ferheging fan 18% yn lineêr herstel yn ferliking mei amine-ynhibitoren. 17
Ionyske floeistoffen hawwe sels wat neidielen, wat wittenskippers derta oansette om te sykjen nei miljeufreonliker alternativen foar ionyske floeistoffen, en sa waard DES berne. Hanjia wie de earste dy't djip eutektyske oplosmiddels (DES) brûkte besteande út vinylchloride propionzuur (1:1), vinylchloride 3-fenylpropionzuur (1:2), en 3-mercaptopropionzuur + itaconzuur + vinylchloride (1:1:2), wat de swelling fan bentonyt mei respektivelik 68%, 58% en 58% remde18. Yn in frij eksperimint brûkte MH Rasul in 2:1 ferhâlding fan glycerol en kaliumkarbonaat (DES) en fermindere de swelling fan skalymonsters signifikant mei 87%19,20. Ma brûkte urea:vinylchloride om de útwreiding fan skaly signifikant te ferminderjen mei 67%.21 Rasul et al. De kombinaasje fan DES en polymeer waard brûkt as in dûbele aksje skalyremmer, wat in poerbêst skalyremmingseffekt berikte22.
Hoewol djip eutektyske oplosmiddels (DES) oer it algemien wurde beskôge as in griener alternatyf foar ionyske floeistoffen, befetsje se ek potinsjeel giftige komponinten lykas ammoniumsâlt, wat har miljeufreonlikens twifelich makket. Dit probleem hat laat ta de ûntwikkeling fan natuerlike djip eutektyske oplosmiddels (NADES). Se wurde noch altyd klassifisearre as DES, mar binne gearstald út natuerlike stoffen en sâlt, ynklusyf kaliumchloride (KCl), kalsiumchloride (CaCl2), Epsomsâlt (MgSO4.7H2O), en oaren. De talleaze potinsjele kombinaasjes fan DES en NADES iepenje in brede mooglikheden foar ûndersyk op dit mêd en wurde ferwachte tapassingen te finen yn in ferskaat oan fjilden. Ferskate ûndersikers hawwe mei súkses nije DES-kombinaasjes ûntwikkele dy't effektyf bliken te wêzen yn in ferskaat oan tapassingen. Bygelyks, Naser et al. 2013 synthetisearren DES op basis fan kaliumkarbonaat en bestudearren de termofysyske eigenskippen dêrfan, dy't dêrnei tapassingen fûnen op it mêd fan hydraatynhibysje, tafoegings oan boarfloeistof, delignifikaasje en nanofibrillaasje. 23 Jordy Kim en kollega's ûntwikkelen NADES op basis fan ascorbinezuur en evaluearren de antioxidante eigenskippen dêrfan yn ferskate tapassingen. 24 Christer et al. ûntwikkelen NADES op basis fan sitroensoer en identifisearren it potinsjeel dêrfan as in helpstof foar kollageenprodukten. 25 Liu Yi en kollega's hawwe de tapassingen fan NADES as ekstraksje- en chromatografymedia gearfette yn in wiidweidige resinsje, wylst Misan et al. de suksesfolle tapassingen fan NADES yn 'e agri-foodsektor besprutsen. It is essinsjeel dat ûndersikers fan boarfloeistof omtinken begjinne te jaan oan 'e effektiviteit fan NADES yn har tapassingen. Yn 2023 brûkten Rasul et al. ferskate kombinaasjes fan natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels basearre op ascorbinezuur26, kalsiumchloride27, kaliumchloride28 en Epsomsâlt29 en berikten yndrukwekkende skalyeremming en skalyherstel. Dizze stúdzje is ien fan 'e earste stúdzjes dy't NADES (benammen formulearring op basis fan sitroensoer en glycerol) yntrodusearre as in miljeufreonlike en effektive skalyeremmer yn boarfloeistoffen op wetterbasis, dy't poerbêste miljeustabiliteit, ferbettere skalyeremmingsfermogen en ferbettere floeistofprestaasjes hat yn ferliking mei tradisjonele ynhibitoren lykas KCl, imidazolyl-basearre ionyske floeistoffen en tradisjonele DES.
De stúdzje sil de ynterne tarieding fan sitroensoer (CA) basearre NADES omfetsje, folge troch detaillearre fysyk-gemyske karakterisaasje en it gebrûk dêrfan as in tafoeging oan boarfloeistof om de eigenskippen fan 'e boarfloeistof en syn fermogen om swelling te remmen te evaluearjen. Yn dizze stúdzje sil CA fungearje as in wetterstofbining-akseptor, wylst glycerol (Gly) sil fungearje as in wetterstofbining-donor, selektearre op basis fan 'e MH-screeningkritearia foar NADES-foarming/seleksje yn skaly-remmingsstúdzjes30. Fourier-transformaasje-ynfrareadspektroskopie (FTIR), röntgendiffraksje (XRD) en zeta-potinsjeel (ZP) mjittingen sille de NADES-klaai-ynteraksjes en it meganisme ûnderlizzend oan 'e swellingremming fan klaai ferdúdlikje. Derneist sil dizze stúdzje CA NADES basearre boarfloeistof fergelykje mei DES32 basearre op 1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl en cholinechloride:ureum (1:2) om har effektiviteit yn skaly-remming en it ferbetterjen fan boarfloeistofprestaasjes te ûndersykjen.
Sitroensoer (monohydraat), glycerol (99 USP), en urea waarden kocht fan EvaChem, Kuala Lumpur, Maleizje. Cholinechloride (>98%), [EMIM]Cl 98%, en kaliumchloride waarden kocht fan Sigma Aldrich, Maleizje. De gemyske struktueren fan alle gemikaliën wurde werjûn yn figuer 1. It griene diagram fergeliket de wichtichste gemikaliën dy't yn dizze stúdzje brûkt binne: imidazolyl-ionyske floeistof, cholinechloride (DES), sitroensoer, glycerol, kaliumchloride, en NADES (sitroensoer en glycerol). De miljeufreonlikheidstabel fan 'e gemikaliën dy't yn dizze stúdzje brûkt binne, wurdt presintearre yn tabel 1. Yn 'e tabel wurdt elke gemyske stof beoardiele op basis fan toksisiteit, biodegradabiliteit, kosten en miljeuduorsumens.
Gemyske struktueren fan 'e materialen dy't yn dizze stúdzje brûkt binne: (a) sitroensoer, (b) [EMIM]Cl, (c) cholinechloride, en (d) glycerol.
Kandidaten foar wetterstofbiningsdonoren (HBD) en wetterstofbiningsakseptoren (HBA) foar de ûntwikkeling fan NADES op basis fan CA (natuerlik djip eutektysk oplosmiddel) waarden soarchfâldich selektearre neffens de MH 30 seleksjekritearia, dy't bedoeld binne foar de ûntwikkeling fan NADES as effektive skaly-ynhibitoren. Neffens dit kritearium wurde komponinten mei in grut oantal wetterstofbiningsdonoren en -akseptoren, lykas poalfunksjonele groepen, geskikt achte foar de ûntwikkeling fan NADES.
Derneist waarden de ionyske floeistof [EMIM]Cl en cholinechloride:ureum djip eutektysk oplosmiddel (DES) selektearre foar fergeliking yn dizze stúdzje, om't se in soad brûkt wurde as tafoegings oan boarfloeistof33,34,35,36. Derneist waard kaliumchloride (KCl) fergelike, om't it in gewoane ynhibitor is.
Sitroensoer en glycerol waarden yn ferskillende molferhâldingen mingd om eutektyske mingsels te krijen. Fisuele ynspeksje liet sjen dat it eutektyske mingsel in homogene, transparante floeistof sûnder troebelheid wie, wat oanjout dat de wetterstofbiningdonor (HBD) en wetterstofbiningakseptor (HBA) mei súkses mingd waarden yn dizze eutektyske gearstalling. Foarriedige eksperiminten waarden útfierd om it temperatuerôfhinklike gedrach fan it mingproses fan HBD en HBA te observearjen. Neffens de beskikbere literatuer waard de ferhâlding fan eutektyske mingsels evaluearre by trije spesifike temperatueren boppe 50 °C, 70 °C en 100 °C, wat oanjout dat de eutektyske temperatuer meastal yn it berik fan 50-80 °C leit. In digitale Mettler-balâns waard brûkt om de HBD- en HBA-komponinten sekuer te weagjen, en in Thermo Fisher-hjitteplaat waard brûkt om de HBD en HBA te ferwaarmjen en te roeren by 100 rpm ûnder kontroleare omstannichheden.
De termofysyske eigenskippen fan ús synthetisearre djip eutektysk oplosmiddel (DES), ynklusyf tichtheid, oerflakspanning, brekingsyndeks en viskositeit, waarden sekuer metten oer in temperatuerberik fan 289,15 oant 333,15 K. It moat opmurken wurde dat dit temperatuerberik primêr keazen is fanwegen de beheiningen fan besteande apparatuer. De wiidweidige analyze omfette in yngeande stúdzje fan ferskate termofysyske eigenskippen fan dizze NADES-formulering, wêrby't har gedrach oer in temperatuerberik bleatlein waard. Fokus op dit spesifike temperatuerberik jout ynsjoch yn 'e eigenskippen fan NADES dy't fan bysûnder belang binne foar in oantal tapassingen.
De oerflakspanning fan 'e sa-tariede NADES waard metten yn it berik fan 289,15 oant 333,15 K mei in ynterfaciale spanningsmeter (IFT700). NADES-drippen wurde foarme yn in keamer fol mei in grut folume floeistof mei in kapillêre nulle ûnder spesifike temperatuer- en drukomstannichheden. Moderne ôfbyldingssystemen yntrodusearje passende geometryske parameters om de ynterfaciale spanning te berekkenjen mei de Laplace-fergeliking.
In ATAGO-refraksjemeter waard brûkt om de brekingsyndeks fan farsk taret NADES te bepalen oer it temperatuerberik fan 289,15 oant 333,15 K. It ynstrumint brûkt in termyske module om de temperatuer te regeljen om de mjitte fan ljochtbreking te skatten, wêrtroch't in wetterbad mei konstante temperatuer net nedich is. It prisma-oerflak fan 'e refraksjemeter moat skjinmakke wurde en de stekproefoplossing moat der evenredich oerhinne ferdield wurde. Kalibrearje mei in bekende standertoplossing, en lês dan de brekingsyndeks fan it skerm.
De viskositeit fan 'e sa-tariede NADES waard metten oer it temperatuerberik fan 289,15 oant 333,15 K mei in Brookfield rotaasjeviskosimeter (kryogeen type) by in skuorsnelheid fan 30 rpm en in spindelgrutte fan 6. De viskometer mjit viskositeit troch it bepalen fan it koppel dat nedich is om de spindel mei in konstante snelheid te draaien yn in floeibere stekproef. Nei't it stekproef op it skerm ûnder de spindel pleatst en oandraaid is, toant de viskometer de viskositeit yn centipoise (cP), wat weardefolle ynformaasje jout oer de reologyske eigenskippen fan 'e floeistof.
In draachbere tichtheidsmeter DMA 35 Basic waard brûkt om de tichtheid fan farsk taret natuerlik djip eutektysk oplosmiddel (NDEES) te bepalen yn it temperatuerberik fan 289.15–333.15 K. Omdat it apparaat gjin ynboude ferwaarming hat, moat it foarferwaarme wurde nei de oantsjutte temperatuer (± 2 °C) foardat de NADES-tichtensmeter brûkt wurdt. Lûk teminsten 2 ml fan it stekproef troch de buis, en de tichtheid sil direkt op it skerm werjûn wurde. It is it neamen wurdich dat fanwegen it ûntbrekken fan in ynboude ferwaarming, de mjitresultaten in flater hawwe fan ± 2 °C.
Om de pH fan farsk taret NADES te evaluearjen yn it temperatuerberik fan 289.15–333.15 K, hawwe wy in Kenis benchtop pH-meter brûkt. Omdat der gjin ynboude ferwaarmingsapparaat is, waard NADES earst ferwaarme ta de winske temperatuer (±2 °C) mei in waarme plaat en doe direkt metten mei in pH-meter. Dompel de pH-meterprobe folslein yn NADES en registrearje de definitive wearde nei't de lêzing stabilisearre is.
Thermogravimetryske analyze (TGA) waard brûkt om de termyske stabiliteit fan natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels (NADES) te evaluearjen. De samples waarden analysearre tidens it ferwaarmjen. Mei in hege-presyzje-balâns en it soarchfâldich kontrolearjen fan it ferwaarmproses waard in plot fan massaferlies tsjin temperatuer generearre. NADES waard ferwaarme fan 0 oant 500 °C mei in snelheid fan 1 °C per minuut.
Om it proses te begjinnen, moat it NADES-monster goed mingd en homogenisearre wurde, en it oerflakfocht moat fuorthelle wurde. It taret monster wurdt dan yn in TGA-kuvette pleatst, dy't typysk makke is fan in inert materiaal lykas aluminium. Om krekte resultaten te garandearjen, wurde TGA-ynstruminten kalibrearre mei referinsjematerialen, typysk gewichtsnormen. Sadree't it kalibrearre is, begjint it TGA-eksperimint en wurdt it monster op in kontroleare manier ferwaarme, meastentiids mei in konstante snelheid. Kontinue kontrôle fan 'e relaasje tusken it gewicht fan it monster en de temperatuer is in wichtich ûnderdiel fan it eksperimint. TGA-ynstruminten sammelje gegevens oer temperatuer, gewicht en oare parameters lykas gasstream of monstertemperatuer. Sadree't it TGA-eksperimint foltôge is, wurde de sammele gegevens analysearre om de feroaring yn it gewicht fan it monster as funksje fan 'e temperatuer te bepalen. Dizze ynformaasje is weardefol by it bepalen fan temperatuerberik dy't ferbûn binne mei fysike en gemyske feroarings yn it monster, ynklusyf prosessen lykas smelten, ferdampen, oksidaasje of ûntbining.
De boarfloeistof op wetterbasis waard sekuer formulearre neffens de API 13B-1-standert, en de spesifike gearstalling dêrfan wurdt neamd yn tabel 2 as referinsje. Sitroensoer en glycerol (99 USP) waarden kocht fan Sigma Aldrich, Maleizje om it natuerlike djippe eutektyske oplosmiddel (NADES) te meitsjen. Derneist waard de konvinsjonele skalyeremmer kaliumchloride (KCl) ek kocht fan Sigma Aldrich, Maleizje. 1-ethyl, 3-methylimidazoliumchloride ([EMIM]Cl) mei in suverens fan mear as 98% waard selektearre fanwegen syn wichtige effekt yn it ferbetterjen fan 'e reology fan boarfloeistof en skalyeremming, wat befêstige waard yn eardere stúdzjes. Sawol KCl as ([EMIM]Cl) sille brûkt wurde yn 'e ferlykjende analyze om de skalyeremmingsprestaasjes fan NADES te evaluearjen.
In protte ûndersikers brûke leaver bentonytflokken om skalyswelling te bestudearjen, om't bentonyt deselde "montmorilloniet"-groep befettet dy't skalyswelling feroarsaket. It krijen fan echte skalykernmonsters is in útdaging, om't it kearnproses de skaly destabilisearret, wat resulteart yn monsters dy't net folslein skaly binne, mar typysk in mingsel fan sânstien- en kalkstienlagen befetsje. Derneist hawwe skalykermonsters typysk gjin montmorillonietgroepen dy't skalyswelling feroarsaakje en binne dêrom net geskikt foar eksperiminten mei swellingremming.
Yn dizze stúdzje hawwe wy rekonstituearre bentonitdieltsjes brûkt mei in diameter fan sawat 2,54 sm. De granules waarden makke troch 11,5 gram natriumbentonitpoeier te parsen yn in hydraulyske parse by 1600 psi. De dikte fan 'e granules waard sekuer mjitten foardat se yn in lineêre dilatometer (LD) pleatst waarden. De dieltsjes waarden doe ûnderdompele yn boarfloeistofmonsters, ynklusyf basismonsters en monsters ynjektearre mei ynhibitoren dy't brûkt waarden om skaly-swelling te foarkommen. De feroaring yn granuledikte waard doe sekuer kontroleare mei de LD, mei mjittingen dy't 24 oeren lang mei yntervallen fan 60 sekonden waarden opnommen.
Röntgendiffraksje liet sjen dat de gearstalling fan bentonyt, benammen syn 47% montmorillonitkomponint, in wichtige faktor is by it begripen fan syn geologyske skaaimerken. Under de montmorillonitkomponinten fan bentonyt is montmorillonit de wichtichste komponint, goed foar 88,6% fan 'e totale komponinten. Underwilens is kwarts goed foar 29%, illyt foar 7%, en karbonaat foar 9%. In lyts diel (sawat 3,2%) is in mingsel fan illyt en montmorillonit. Derneist befettet it spoare-eleminten lykas Fe2O3 (4,7%), sulveraluminosilikaat (1,2%), muskovyt (4%), en fosfaat (2,3%). Derneist binne lytse hoemannichten Na2O (1,83%) en izersilikaat (2,17%) oanwêzich, wat it mooglik makket om de gearstallende eleminten fan bentonyt en har respektive ferhâldingen folslein te wurdearjen.
Dizze wiidweidige stúdzjeseksje beskriuwt de reologyske en filtraasjeeigenskippen fan boarfloeistofmonsters dy't taret binne mei in natuerlik djip eutektysk oplosmiddel (NADES) en brûkt wurde as in boarfloeistoftafoeging by ferskate konsintraasjes (1%, 3% en 5%). De op NADES basearre slurrymonsters waarden doe fergelike en analysearre mei slurrymonsters besteande út kaliumchloride (KCl), CC:urea DES (cholinechloride djip eutektysk oplosmiddel:urea) en ionyske floeistoffen. In oantal wichtige parameters waarden behannele yn dizze stúdzje, ynklusyf viskositeitslêzingen dy't waarden krigen mei in FANN-viskosimeter foar en nei bleatstelling oan ferâlderingsomstannichheden by 100 °C en 150 °C. Mjittingen waarden nommen by ferskate rotaasjesnelheden (3 rpm, 6 rpm, 300 rpm en 600 rpm), wêrtroch in wiidweidige analyze fan it gedrach fan 'e boarfloeistof mooglik wie. De krigen gegevens kinne dan brûkt wurde om wichtige eigenskippen te bepalen lykas de rekgrens (YP) en plastyske viskositeit (PV), dy't ynsjoch jouwe yn 'e floeistofprestaasjes ûnder ferskate omstannichheden. Hege druk hege temperatuer (HPHT) filtraasjetests by 400 psi en 150 °C (typyske temperatueren yn hege temperatuerputten) bepale de filtraasjeprestaasjes (koekdikte en filtraatvolume).
Dizze seksje brûkt state-of-the-art apparatuer, de Grace HPHT Linear Dilatometer (M4600), om de swellingremmende eigenskippen fan skaly fan ús boarfloeistoffen op wetterbasis yngeand te evaluearjen. De LSM is in state-of-the-art masine dy't bestiet út twa komponinten: in plaatkompaktor en in lineêre dilatometer (model: M4600). Bentonytplaten waarden taret foar analyze mei de Grace Core/Plate Compactor. De LSM leveret dan direkte swellinggegevens op dizze platen, wêrtroch in wiidweidige evaluaasje fan 'e swellingremmende eigenskippen fan' e skaly mooglik is. Skaly-útwreidingstests waarden útfierd ûnder omjouwingsomstannichheden, d.w.s. 25 °C en 1 psia.
Skalystabiliteitstest omfettet in wichtige test dy't faak oantsjutten wurdt as de skalyhersteltest, skalydiptest of skalydispersjetest. Om mei dizze evaluaasje te begjinnen, wurde skalystiksels skieden op in #6 BSS-skerm en dan pleatst op in #10-skerm. De stiksels wurde dan nei in hâldtank fiede dêr't se mingd wurde mei in basisfloeistof en boarmodder mei NADES (Natural Deep Eutectic Solvent). De folgjende stap is om it mingsel yn in oven te pleatsen foar in yntinsyf hjitwalsproses, wêrby't derfoar soarge wurdt dat de stiksels en modder goed mingd binne. Nei 16 oeren wurde de stiksels út 'e pulp helle troch de skaly te litten ûntbinen, wat resulteart yn in fermindering fan it gewicht fan 'e stiksels. De skalyhersteltest waard útfierd nei't de skalystiksels binnen 24 oeren yn boarmodder by 150 °C en 1000 psi. inch hâlden wiene.
Om it weromwinnen fan 'e skalymodder te mjitten, hawwe wy it troch in finer skerm (40 mesh) filtere, it doe goed wosken mei wetter, en it úteinlik yn in oven droege. Dizze moeizame proseduere lit ús de weromwûne modder skatte yn ferliking mei it orizjinele gewicht, en úteinlik it persintaazje skalymodder berekkenje dat mei súkses weromwûn is. De boarne fan 'e skalymonsters komt út it distrikt Niah, it distrikt Miri, Sarawak, Maleizje. Foar de ferspriedings- en weromwinningstests waarden de skalymonsters ûnderwurpen oan in yngeande röntgendiffraksje (XRD)-analyze om har klaaikomposysje te kwantifisearjen en har geskiktheid foar testen te befêstigjen. De klaaimineraalkomposysje fan it monster is as folget: illyt 18%, kaolinyt 31%, chloryt 22%, vermikulit 10%, en glimmer 19%.
Oerflakspanning is in wichtige faktor dy't de penetraasje fan wetterkationen yn skalymikropoaren kontrolearret fia kapillêre aksje, wat yn dizze seksje yn detail bestudearre wurde sil. Dit artikel ûndersiket de rol fan oerflakspanning yn 'e kohesive eigenskip fan boarfloeistoffen, en markearret de wichtige ynfloed dêrfan op it boarproses, benammen skalyremming. Wy brûkten in ynterfaciale tensiometer (IFT700) om de oerflakspanning fan boarfloeistofmonsters sekuer te mjitten, wat in wichtich aspekt fan floeistofgedrach yn 'e kontekst fan skalyremming oan it ljocht bringt.
Dizze seksje besprekt yn detail de d-laachôfstân, dat is de tuskenlaachôfstân tusken aluminosilikaatlagen en ien aluminosilikaatlaach yn klaai. De analyze omfette wiete moddermonsters mei 1%, 3% en 5% CA NADES, lykas 3% KCl, 3% [EMIM]Cl en 3% CC:ureum-basearre DES foar fergeliking. In state-of-the-art benchtop röntgendiffraktometer (D2 Phaser) dy't wurket op 40 mA en 45 kV mei Cu-Kα-strieling (λ = 1.54059 Å) spile in krityske rol by it registrearjen fan 'e röntgendiffraksjepiken fan sawol wiete as droege Na-Bt-monsters. De tapassing fan 'e Bragg-fergeliking makket de krekte bepaling fan 'e d-laachôfstân mooglik, wêrtroch weardefolle ynformaasje oer it klaaigedrach wurdt levere.
Dizze seksje brûkt it avansearre Malvern Zetasizer Nano ZSP-ynstrumint om zeta-potinsjeel sekuer te mjitten. Dizze evaluaasje levere weardefolle ynformaasje oer de ladingskarakteristiken fan ferdunde moddermonsters mei 1%, 3% en 5% CA NADES, lykas 3% KCl, 3% [EMIM]Cl, en 3% CC:ureum-basearre DES foar ferlykjende analyze. Dizze resultaten drage by oan ús begryp fan 'e stabiliteit fan kolloïdale ferbiningen en har ynteraksjes yn floeistoffen.
De klaaimonsters waarden ûndersocht foar en nei bleatstelling oan natuerlik djip eutektysk oplosmiddel (NADES) mei in Zeiss Supra 55 VP fjildemisje-skannende elektroanenmikroskoop (FESEM) foarsjoen fan enerzjydispersive röntgenstraling (EDX). De ôfbyldingsresolúsje wie 500 nm en de elektronenstriel-enerzjy wie 30 kV en 50 kV. FESEM leveret fisualisaasje mei hege resolúsje fan 'e oerflakmorfology en strukturele skaaimerken fan' e klaaimonsters. It doel fan dizze stúdzje wie om ynformaasje te krijen oer it effekt fan NADES op 'e klaaimonsters troch de ôfbyldings te fergelykjen dy't foar en nei bleatstelling krigen binne.
Yn dizze stúdzje waard fjildemisje-scanning-elektronenmikroskopie (FESEM)-technology brûkt om it effekt fan NADES op klaaimonsters op mikroskopysk nivo te ûndersykjen. It doel fan dizze stúdzje is om de potinsjele tapassingen fan NADES en it effekt dêrfan op klaaimorfology en gemiddelde dieltsjegrutte te ferdúdlikjen, wat weardefolle ynformaasje sil leverje foar ûndersyk op dit mêd.
Yn dizze stúdzje waarden flaterbalken brûkt om de fariabiliteit en ûnwissichheid fan 'e gemiddelde persintaazje flater (AMPE) fisueel te beskriuwen oer eksperimintele omstannichheden. Ynstee fan yndividuele AMPE-wearden te plotten (om't it plotten fan AMPE-wearden trends kin ferbergje en lytse fariaasjes oerdriuwe), berekkenje wy flaterbalken mei de 5%-regel. Dizze oanpak soarget derfoar dat elke flaterbalke it ynterval fertsjintwurdiget wêryn't it 95% fertrouwensynterval en 100% fan 'e AMPE-wearden nei ferwachting falle, wêrtroch in dúdliker en bondiger gearfetting fan 'e gegevensferdieling foar elke eksperimintele tastân wurdt levere. It brûken fan flaterbalken basearre op 'e 5%-regel ferbetteret sadwaande de ynterpretabiliteit en betrouberens fan grafyske foarstellingen en helpt in detaillearre begryp te jaan fan 'e resultaten en har ymplikaasjes.
By de synteze fan natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels (NADES) waarden ferskate wichtige parameters sekuer bestudearre tidens it ynterne tariedingsproses. Dizze krityske faktoaren omfetsje temperatuer, molferhâlding en mingsnelheid. Us eksperiminten litte sjen dat as HBA (sitroensoer) en HBD (glycerol) by in molferhâlding fan 1:4 by 50 °C mingd wurde, in eutektysk mingsel ûntstiet. It ûnderskiedende skaaimerk fan it eutektyske mingsel is syn transparante, homogene uterlik en de ôfwêzigens fan sedimint. Dizze wichtige stap beklammet dêrom it belang fan molferhâlding, temperatuer en mingsnelheid, wêrfan de molferhâlding de meast ynfloedrike faktor wie by de tarieding fan DES en NADES, lykas te sjen is yn figuer 2.
De brekingsyndeks (n) drukt de ferhâlding út fan 'e ljochtsnelheid yn in fakuüm ta de ljochtsnelheid yn in twadde, tichter medium. De brekingsyndeks is fan bysûnder belang foar natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels (NADES) by it beskôgjen fan optysk gefoelige tapassingen lykas biosensors. De brekingsyndeks fan 'e bestudearre NADES by 25 °C wie 1.452, wat nijsgjirrich leger is as dy fan glycerol.
It is it neamen wurdich dat de brekingsyndeks fan NADES ôfnimt mei temperatuer, en dizze trend kin sekuer beskreaun wurde troch formule (1) en figuer 3, wêrby't de absolute gemiddelde persintaazjeflater (AMPE) 0% berikt. Dit temperatuerôfhinklike gedrach wurdt ferklearre troch de ôfname fan viskositeit en tichtheid by hege temperatueren, wêrtroch't it ljocht mei in hegere snelheid troch it medium reizget, wat resulteart yn in legere brekingsyndekswearde (n). Dizze resultaten jouwe weardefolle ynsjoch yn it strategysk gebrûk fan NADES yn optyske deteksje, en markearje har potinsjeel foar biosensortapassingen.
Oerflakspanning, dy't de oanstriid fan in floeibere oerflak wjerspegelt om syn oerflak te minimalisearjen, is fan grut belang by it beoardieljen fan 'e geskiktheid fan natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels (NADES) foar tapassingen op basis fan kapillêre druk. In stúdzje fan oerflakspanning yn it temperatuerberik fan 25-60 °C leveret weardefolle ynformaasje. By 25 °C wie de oerflakspanning fan NADES op basis fan sitroensoer 55,42 mN/m, wat signifikant leger is as dy fan wetter en glycerol. Figuer 4 lit sjen dat de oerflakspanning signifikant ôfnimt mei tanimmende temperatuer. Dit ferskynsel kin ferklearre wurde troch in tanimming fan molekulêre kinetyske enerzjy en in dêropfolgjende ôfname fan yntermolekulêre oantreklike krêften.
De lineêre ôfnimmende trend fan oerflakspanning dy't waarnommen is yn 'e bestudearre NADES kin goed útdrukt wurde troch fergeliking (2), dy't de basis wiskundige relaasje yllustrearret yn it temperatuerberik fan 25–60 °C. De grafyk yn figuer 4 toant dúdlik de trend fan oerflakspanning mei temperatuer mei in absolute gemiddelde persintaazjeflater (AMPE) fan 1,4%, wat de krektens fan 'e rapportearre oerflakspanningswearden kwantifisearret. Dizze resultaten hawwe wichtige ymplikaasjes foar it begripen fan it gedrach fan NADES en syn potinsjele tapassingen.
It begripen fan 'e tichtheidsdynamika fan natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels (NADES) is krúsjaal om har tapassing yn ferskate wittenskiplike stúdzjes te fasilitearjen. De tichtheid fan NADES op basis fan sitroensoer by 25 °C is 1,361 g/cm3, wat heger is as de tichtheid fan 'e âlderglycerol. Dit ferskil kin ferklearre wurde troch de tafoeging fan in wetterstofbining-akseptor (sitroensoer) oan glycerol.
As wy NADES op basis fan sitraat as foarbyld nimme, sakket de tichtheid nei 1,19 g/cm3 by 60 °C. De tanimming fan kinetyske enerzjy by ferwaarming feroarsaket dat de NADES-molekulen ferspriede, wêrtroch't se in grutter folume ynnimme, wat resulteart yn in ôfname fan tichtheid. De waarnommen ôfname fan tichtheid lit in bepaalde lineêre korrelaasje sjen mei de tanimming fan temperatuer, dy't goed útdrukt wurde kin troch formule (3). Figuer 5 presintearret grafysk dizze skaaimerken fan 'e NADES-tichtensferoaring mei in absolute gemiddelde persintaazjeflater (AMPE) fan 1,12%, wat in kwantitative mjitte leveret fan 'e krektens fan' e rapportearre tichtheidswearden.
Viskositeit is de oanlûkingskrêft tusken ferskate lagen fan in floeistof yn beweging en spilet in wichtige rol by it begripen fan 'e tapassing fan natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels (NADES) yn ferskate tapassingen. By 25 °C wie de viskositeit fan NADES 951 cP, wat heger is as dy fan glycerol.
De waarnommen ôfname yn viskositeit mei tanimmende temperatuer wurdt benammen ferklearre troch de ferswakking fan yntermolekulêre oantreklike krêften. Dit ferskynsel resulteart yn in ôfname yn 'e viskositeit fan' e floeistof, in trend dy't dúdlik oantoand is yn figuer 6 en kwantifisearre wurdt troch fergeliking (4). Opmerklik is dat by 60 °C de viskositeit sakket nei 898 cP mei in totale gemiddelde persintaazje flater (AMPE) fan 1,4%. In detaillearre begryp fan 'e ôfhinklikens fan viskositeit versus temperatuer yn NADES is fan grut belang foar de praktyske tapassing.
De pH fan 'e oplossing, bepaald troch de negative logaritme fan 'e wetterstofionkonsintraasje, is kritysk, foaral yn pH-gefoelige tapassingen lykas DNA-synteze, dus de pH fan NADES moat foar gebrûk soarchfâldich bestudearre wurde. As wy NADES op basis fan sitroensoer as foarbyld nimme, kin in dúdlik soere pH fan 1.91 waarnommen wurde, wat yn skerp kontrast stiet mei de relatyf neutrale pH fan glycerol.
Nijsgjirrich is dat de pH fan it natuerlike sitroensoerdehydrogenase-oplosbere oplosmiddel (NADES) in net-lineaire ôfnimmende trend liet sjen mei tanimmende temperatuer. Dit ferskynsel wurdt taskreaun oan de ferhege molekulêre trillingen dy't de H+-balâns yn 'e oplossing fersteure, wat liedt ta de foarming fan [H]+-ionen en, op syn beurt, in feroaring yn 'e pH-wearde. Wylst de natuerlike pH fan sitroensoer farieart fan 3 oant 5, ferleget de oanwêzigens fan soere wetterstof yn glycerol de pH fierder nei 1,91.
It pH-gedrach fan sitraat-basearre NADES yn it temperatuerberik fan 25–60 °C kin passend werjûn wurde troch fergeliking (5), dy't in wiskundige útdrukking leveret foar de waarnommen pH-trend. Figuer 7 toant dizze nijsgjirrige relaasje grafysk, en markearret it effekt fan temperatuer op 'e pH fan NADES, dy't rapportearre wurdt as 1,4% foar AMPE.
Thermogravimetryske analyze (TGA) fan natuerlik sitroensoer djip eutektysk oplosmiddel (NADES) waard systematysk útfierd yn it temperatuerberik fan keamertemperatuer oant 500 °C. Lykas te sjen is yn figueren 8a en b, wie it earste massaferlies oant 100 °C benammen te tankjen oan it opnommen wetter en it hydrataasjewetter dat assosjeare is mei sitroensoer en suvere glycerol. In wichtige massabehâld fan sawat 88% waard waarnommen oant 180 °C, wat benammen te tankjen wie oan de ûntbining fan sitroensoer ta akonitisûr en de neifolgjende foarming fan methylmaleïnezuuranhydride (III) by fierdere ferwaarming (figuer 8b). Boppe 180 °C koe ek in dúdlike ferskining fan akroleïne (acrylaldehyde) yn glycerol waarnommen wurde, lykas te sjen is yn figuer 8b37.
Thermogravimetryske analyze (TGA) fan glycerol liet in twa-faze massaferliesproses sjen. De earste faze (180 oant 220 °C) omfettet de foarming fan akroleïne, folge troch signifikant massaferlies by hege temperatueren fan 230 oant 300 °C (Ofbylding 8a). As de temperatuer tanimt, wurde acetaldehyde, koalstofdiokside, metaan en wetterstof efterinoar foarme. It is opmerklik dat mar 28% fan 'e massa by 300 °C bewarre bleau, wat suggerearret dat de yntrinsike eigenskippen fan NADES 8(a)38,39 miskien defekt binne.
Om ynformaasje te krijen oer de foarming fan nije gemyske biningen, waarden farske tariede suspensjes fan natuerlike djippe eutektyske oplosmiddels (NADES) analysearre troch Fourier-transform ynfrareadspektroskopie (FTIR). De analyze waard útfierd troch it spektrum fan 'e NADES-suspensje te fergelykjen mei de spektra fan suver sitroensoer (CA) en glycerol (Gly). It CA-spektrum liet dúdlike pieken sjen by 1752 1/cm² en 1673 1/cm², dy't de strekvibraasjes fan 'e C=O-bining fertsjintwurdigje en ek karakteristyk binne foar CA. Derneist waard in wichtige ferskowing yn 'e OH-bûgingsvibraasje by 1360 1/cm² waarnommen yn it fingerprintgebiet, lykas te sjen is yn figuer 9.
Likegoed waarden yn it gefal fan glycerol de ferskowingen fan OH-strek- en bûgingsvibraasjes fûn by weachnûmers fan respektivelik 3291 1/cm en 1414 1/cm. No, troch it analysearjen fan it spektrum fan 'e sa-tariede NADES, waard in wichtige ferskowing yn it spektrum fûn. Lykas te sjen is yn figuer 7, ferskowe de strekvibraasje fan 'e C=O-bining fan 1752 1/cm nei 1720 1/cm en ferskowe de bûgingsvibraasje fan 'e -OH-bining fan glycerol fan 1414 1/cm nei 1359 1/cm. Dizze ferskowingen yn weachnûmers jouwe de feroaring yn elektronegativiteit oan, wat de foarming fan nije gemyske biningen yn 'e struktuer fan NADES oanjout.