Development of shale inhibitors for water-based fluids: synthesis, and evaluation studies

Development of shale inhibitors for water-based fluids: synthesis, and evaluation studies. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (MS Thesis)
FINAL_MS_Thesis_Mukaila Abiodun Ibrahim (g201708610)21 dec (1).pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 25 December 2020.
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (2MB)

Arabic Abstract

في هذا البحث، تم تحضير مواد نانوية بيئية وغير مكلفة ذائبة في الماء من الكربون المنشط (‏AC‏) - مركبات بوليمر من حمض ‏الأكريلك المغلف جزئياً (‏Cg-AA-NH2‎‏)، استرات حمض أكريلاميد أكريلاميد-أميل كاربون (‏AA-AAm-C-Amyl‏) وإستر أكريلاميد ‏حمض أكريلاميد-أوكتاديسين- أميل الكاربون (‏AA-AAm-OD-C-Amyl‏) بالإضافة إلى ‏dendrimer / polyvinylpyrrolidone‏ ‏الكربون المنشط (‏AC-D / PVP‏) لاستخدامها كمثبطات فعالة في سائل الحفر القائم على الماء لمنع مشاكل ترطيب الصخر الزيتي في ‏حفر آبار النفط والغاز. تم توصيف المواد المعدة من خلال تقنيات طيفية مختلفة. تم فحص قدرات تثبيط المواد الصخرية المحضرة من ‏خلال نسبة التضخم باستخدام البنتونيت الصوديوم (‏Na-Bt‏) ودرجة استخلاص الصخر الزيتي للقطع الصخري. أنجزت آليات التثبيط ‏مع استكشاف خصائص الاسطح. أشارت النتائج إلى أن 2 ٪ من كل مادة قلل بشكل كبير من نفاذ المياه إلى الصخر الزيتي مقارنة مع ‏كلوريد البوتاسيوم، المانع التقليدي الذي يحظر استخدامه بسبب العيوب المتعلقة بالبيئة. وتُعزى كفاءة المواد المركبة إلى خاصية ‏التماسك للجسيمات النانوية الكربونية المركزية التي يمكن أن تقوم بتوصيل المسام النانوية في التباعد البيني لتكوين الصخر والخواص ‏الأيونية أو الروابط الهيدروجينية أو الكارهة للماء للبوليمرات المحضرة. هذا النهج يمكن أن يتحكم بشكل كبير في فقدان السوائل، ‏ويقلل من نفاذية وحجم الترشيح مع تكون غشاء رقيق على سطح الصخور. كشفت نتائج التحليل الحراري أيضًا أن المواد يمكن أن ‏تصمد أمام الضغط العالي في درجات الحرارة العالية (‏HTHP‏) وهي الظروف التي تكون عادة في حفر الآبار. وبالتالي، يمكن أن ‏تكون المواد المحضرة في هذه الدراسة بديلاً مناسبًا عن ‏KCl‏ كمثبطات صخرية منخفضة التكلفة وفعالة لحفر آبار النفط.‏

English Abstract

In this work, we first report environmental benign and inexpensive water-soluble nanomaterial of activated carbon (AC) - polymer composites of partially aminated acrylic acid (C-g-AA-NH2), hydrophobic acrylic acid-acrylamide-amylcarbon ester (AA-AAm-C-Amyl) and more hydrophobic acrylic acid-acrylamide-octadecene-amylcarbon ester (AA-AAm-OD-C-Amyl) as well as activated carbon dendrimer /polyvinylpyrrolidone (AC-D/PVP) as efficient inhibitors in water-based drilling fluid to prevent shale hydration problems in oil and gas well drilling. The prepared materials were characterized via various spectroscopic techniques including FTIR, NMR, and TGA. The prepared materials shale inhibition abilities were examined through anti-swelling ratio using sodium bentonite (Na-Bt) and degree of shale recovery of shale cuttings. The mechanisms of the inhibition were accomplished with SEM surface exploration of Na-Bt in contact with 2 wt% solution of each material. Results indicated that 2% of each entity drastically reduced water invasion into shale compared to KCl, the conventional inhibitor which its usage is being banned due to environmental nuisance. The efficiency of the composites is attributed to synergistic plugging property of the core-centered carbon nanoparticles that could plug the nanopores of the interlayer spacing of shale formation and the ionic, hydrogen boding or hydrophobic properties of the involved polymer of the composites as the case may be. This approach could significantly control fluid loss, reduce permeability and filtrate volume of drilling mud with the development of well-defined filter cake and thin film on the formation surface. The thermal analysis results also revealed that the materials could withstand high-temperature high pressure (HTHP) normally experience in well drilling. Thus, the composites could be a suitable replacement for KCl as save, cheap and efficient shale inhibitors in water-based mud for oil well drilling.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemistry
Divisions: College Of Sciences > Chemistry Dept
Committee Advisor: Saleh, T A
Committee Members: Althagfi, M R and Al-Arfaj, M K
Depositing User: MUKAILA IBRAHIM (g201708610)
Date Deposited: 27 Jan 2020 15:29
Last Modified: 27 Jan 2020 15:29
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141378