KFUPM ePrints

ENHANCING WATER BASED DRILLING FLUID PERFORMANCE USING POLYMERS AND NANOPARTICLES

l ENHANCING WATER BASED DRILLING FLUID PERFORMANCE USING POLYMERS AND NANOPARTICLES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 07 May 2019.

4Mb

Arabic Abstract

وتستخدم سوائل الحفر القائمة على المياه لتنفيذ عمليات حفر آبار النفط والغاز بكفاءة وسلاسة. تم إعداد تشتت البنتونيت (قاعدة الطين) لفهم خصائص الحفر الأساسية السوائل الريولوجية باستخدام مقياس الحرارة. تم تركيب البيانات الريولوجية على أربعة نماذج كلاسيكية مختلفة (نماذج بينغهام البلاستيكية و هيرشل-بولكلي، كروس و كاريو) لدراسة السلوك الريولوجي (اللزوجة، نقطة الغلة وقوة هلام) من البنتونيت التشتت. تم استخدام زرف و زرد لدراسة التركيب الكيميائي والمعدني للبنتونيت. في الجزء الثاني، تم تقييم تأثير التركيب الجزيئي مثل درجة التحلل المائي (دوه) وطبيعة كومونوميرس في البوليمرات القائمة على الأكريلاميد على خصائص الريولوجية والترشيح من البنتونيت تشتت باستخدام ثلاثة بوليمرات مختلفة للذوبان في الماء للحفر المياه القائمة السوائل. هذه البوليمرات هي، البوليمرات من الأكريلاميد و 2-أكريلاميدو-2-ميثيلبروبان حمض السلفونيك (أمبس) مع 10٪ دوه، البوليمرات من الأكريلاميد و 2-أكريلاميدو-2-ميثيلبروبان حمض السلفونيك مع 25٪ دوه، وكوليمر من الأكريلاميد وحامض الاكريليك مع 15٪ وزارة الصحة. تم تركيب بيانات الريولوجيا القص الثابتة لنموذج هيرشل-بولكلي وتم إجراء اختبار قابلية التدفق عند 25 درجة مئوية و 85 درجة مئوية. تم تنفيذ شيخوخة البنتونيت والبنتونيت / تشتت البوليمرات في 90 درجة مئوية لمدة 16 ساعة. وأظهرت النتائج أن دمج البوليمرات في البنتونيت يعزز الترشيح وخصائص ريولوجية. أظهر البنتونيت / تشتت البوليمر أفضل خصائص ريولوجية مقارنة مع غيرها من البنتونيت التشتت. أفضل خصائص ريولوجية من البنتونيت / تشتت البوليمر تشير إلى أن البوليمرات القائمة على الأكريلاميد التي تحتوي على كومونومرات أصغر مثل حمض الاكريليك هي أفضل بالمقارنة مع كومونوميرس ضخمة مثل أمبس لتطبيقات سوائل الحفر. في الجزء الثالث، إضافة الجمع بين الجسيمات النانوية (TiO2، أكسيد الزنك) والبوليمر الارتباطية إلى السائل قاعدة الحفر بشكل كبير خفض حجم الترشيح، وتحسين نفاذية كعكة مرشح وسمك. أدى دمج الجسيمات النانوية والبوليمر إلى خصائص ريولوجية متفوقة مثل اللزوجة المحسنة ونقطة الغلة وقوة الهلام

English Abstract

Water-based drilling fluids are utilized to carry out efficient and smooth drilling operations of oil and gas wells. Bentonite dispersion (base mud) was prepared to understand fundamental drilling fluid rheological properties using rheometer. Rheological data were fitted to four different classical models (Bingham plastic and Herschel-Bulkley models, Cross and Carreau models) to study the rheological behavior (Viscosity, yield point and gel strength) of bentonite dispersions. XRF and XRD were used to study the chemical and mineral composition of the bentonite. In the second part, impact of molecular structure such as the degree of hydrolysis (DOH) and nature of comonomers in acrylamide-based copolymers on the rheological and filtration properties of bentonite dispersions was assessed using three different water-soluble polymers for water-based drilling fluids. These polymers are, copolymer of acrylamide and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS) with 10% DOH, copolymer of acrylamide and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid with 25% DOH, and copolymer of acrylamide and acrylic acid with 15% DOH. Steady shear rheology data was fitted to the Herschel-Bulkley model and flowability test was performed at 25°C and 85°C. Aging of bentonite and bentonite/polymer dispersions was performed at 90°C for 16 hours. Results showed that the incorporation of polymers in bentonite enhanced the filtration and rheological properties. The bentonite/polymer dispersion showed better rheological properties compared to other bentonite dispersions. The better rheological properties of bentonite/polymer dispersion suggest that acrylamide-based copolymers containing smaller comonomers such as acrylic acid are better compared to the bulky comonomers such as AMPS for drilling fluids applications. In the third part, the combined addition of nanoparticles (TiO2, ZnO) and an associative polymer to the base drilling fluid significantly reduced filtrate volume, improved filter cake permeabilities and thickness. The incorporation of nanoparticles and polymer resulted in superior rheological properties such as improved viscosity, yield point and gel strength.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Chemical Engineering
Petroleum
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Committee Advisor:Al-Harthi, Mamdouh Ahmed
Committee Co-Advisor:Kamal, Muhammad Shahzad
Committee Members:Al-Juhani, Abdulhadi and Mozahar, Mohammead and Zahid, Umer
ID Code:140690
Deposited By:HAFIZ MUDASER AHMAD (g201408780)
Deposited On:16 May 2018 14:56
Last Modified:16 May 2018 14:56

Repository Staff Only: item control page