Synthesis and investigation of copolymer/graphene oxide composite as shale hydration inhibitors in water-based drilling fluids. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis 202204940.pdf Restricted to Repository staff only until 26 December 2025. Download (2MB)

Arabic Abstract

تُعزى معظم مشكلات استقرار الآبار في سوائل الحفر القائمة على الماء إلى ترطيب التكوينات الصخرية تحت الأرض، والتي تشكل أكثر من 75% من التكوينات المحفورة. وبالتالي، فإن تطوير مثبط عالي الثبات الحراري لمنع ترطيب الصخر الطيني يُعد أمرًا بالغ الأهمية. تركز هذه الدراسة على تخليق مركب كوبوليمر أكسيد الجرافين كعامل مثبط فعال ومنخفض التكلفة يتميز بثبات حراري أعلى من نظيره من البوليمرات النقية من خلال بلمرة الجذور الحرة في محلول مائي. قمنا بالإبلاغ عن تخليق كوبوليمر من حمض الأكريليك وأكريلاميد/مركب أكسيد الجرافين (Poly-(AAAm)-GO) وكوبوليمر من حمض الأكريليك وحمض الماليك/مركب أكسيد الجرافين (Poly-(AAMA)-GO) لتوفير مثبط عالي الثبات الحراري لسوائل الحفر القائمة على الماء. تم اختبار كلا المثبطين من حيث خصائصهما المثبطة من خلال اختبارات مقاومة الانتفاخ، والانغماس، واسترجاع الصخر الطيني، مع إجراء مقارنة بمادة KCl، المثبط القياسي في الصناعة. أظهر كل من Poly-(AAAm)-GO وPoly-(AAMA)-GO فعالية كبيرة في تقليل انتفاخ البنتونيت، حيث بلغت نسب مقاومة الانتفاخ 82% و78% على التوالي، مقارنة بـ KCl الذي بلغت نسبته 58%. أظهر كل من Poly-(AAAm)-GO وPoly-(AAMA)-GO ثباتًا حراريًا محسنًا مقارنة بنظيرهما من البوليمرات النقية Poly-(AAAm) وPoly-(AAMA)، ويُعزى ذلك إلى مكون أكسيد الجرافين. أظهر Poly-(AAMA)-GO استقرارًا حراريًا ممتازًا حتى 250 درجة مئوية، مما يشير إلى إمكانيات استخدامه في حفر الآبار ذات درجات الحرارة العالية. تشير نتائج اختبارات زاوية التماس، وFT-IR، وSEM، وXRD إلى أن كلا المثبطين يشكلان طبقة واقية، يتم امتصاصها على سطح البنتونيت عن طريق الجذب الكهروستاتيكي، مما يجعل السطح أكثر كرهًا للماء. وبالتالي، يمنع كل من Poly-(AAAm)-GO وPoly-(AAMA)-GO ترطيب وانتفاخ البنتونيت عن طريق منع جزيئات الماء من التغلغل في الفراغات بين الطبقات

English Abstract

Most wellbore stability problems in water-based drilling fluids are caused by the hydration of the underground shale formation, which makes up over 75% of drilled formations. Consequently, developing a high thermal stability inhibitor to prevent shale hydration is crucial. This research focus on synthesizing copolymer graphene oxide composites as an effective and low-cost inhibitor with higher thermal stability than their pure polymer counterpart through free radical polymerization in aqueous solution. We reported the synthesis of a copolymer of acrylic acid and acrylic amide/ graphene oxide composite (Poly-(AAAm)-GO), and a copolymer of acrylic acid and maleic acid/ graphene oxide composite poly-(AAMA)-GO to provide high thermal stability inhibitor for water-based drilling fluids. Both inhibitors were tested for inhibitory properties through anti-swelling, immersion, and shale recovery tests, with a comparison made to KCl, a standard industry inhibitor. The poly-(AAAm)-GO and poly-(AAMA)-GO greatly retarded the swelling of bentonite, with anti-swelling ratios of 82 and 78 % respectively, compared to KCl with 58 %. Both Poly-(AAAm)-GO and poly-(AAMA)-GO exhibited enhanced thermal stability compared to their pure polymer counterpart Poly-(AAAm) and Poly-(AAMA), attributed to the graphene oxide component. The poly-(AAMA)-GO exhibited excellent temperature stability up to 250 °C, indicating potential applications in high-temperature well drilling. Contact angle, FT-IR, SEM, and XRD results indicate that both inhibitors form a protective film, adsorbed onto the surface of the bentonite by electrostatic attraction thereby making the surface more hydrophobic. Therefore, both Poly-(AAAm)-GO and Poly-(AAMA)-GO prevent hydration and swelling of bentonite by preventing water molecules from invading the interlayer spacing.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Awadh, Tawfik Abdo Saleh
Committee Members:	Al-harbi, Ahmad Bakr and Al-Arfaj, Abdulrahman
Depositing User:	MOMODOU A JALLOW (g202204940)
Date Deposited:	29 Dec 2024 12:14
Last Modified:	29 Dec 2024 12:14
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143170