FORMULATION OF WATER-BASED DRILLING FLUIDS USING NOVEL LAYERED TRIPLE HYDROXIDE/OXIDE: RHEOLOGY, FILTRATION, AND H2S SCAVENGING PERFORMANCE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis 2025 (2).pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 28 December 2026. Download (2MB)

Arabic Abstract

تُعدّ عمليات الحفر في التكوينات الجيولوجية التي تحتوي على الغاز الحمضي من العمليات التي تواجه تحديات تقنية وسلامة كبيرة، وذلك بسبب وجود غاز كبريتيد الهيدروجين (H₂S)، وهو غاز شديد السمية والتآكل وقابل للاشتعال، مما يشكل خطرًا على سلامة العاملين واستقرار سوائل الحفر. وقد استُخدمت الكواشف الكيميائية التقليدية مثل التريازينات، والمؤكسدات المعدنية، والألدهيدات على نطاق واسع لمواجهة هذه التأثيرات، إلا أنها غالبًا ما تعاني من السمية، وضعف الاستقرار الحراري، وقصر العمر الوظيفي، وعدم التوافق مع البيئات القاسية في أعماق الآبار. ونتيجة لذلك، ركّزت الأبحاث الحديثة في مجال سوائل الحفر على تطوير كواشف صلبة نانوية البنية تتميز بقدرات امتصاص أعلى، واستقرار حراري أفضل، وسلامة بيئية محسّنة. في هذا البحث، تم تصنيع وتقييم مركبين جديدين هما هيدروكسيد الطبقات الثلاثي منغنيز–نحاس–ألمنيوم (MnCuAl-LTH) وأكسيد الطبقات الثلاثي منغنيز–نحاس–ألمنيوم (MnCuAl-LTO) بوصفهما إضافتين متعددتي الوظائف لسوائل الحفر المائية (WBMs). وقد أظهرت النتائج أن هذين المركبين يقدّمان أداءً متفوقًا في التقاط غاز H₂S، واستقرارًا ريولوجيًا أفضل، وتحكمًا محسنًا في الترشيح، ويُعزى ذلك إلى بنيتهما الطبقية وطبيعة الروابط الفلزية–الأكسيدية فيهما. ومن الجدير بالذكر أنه لا توجد دراسات سابقة تناولت تطبيق مركبي MnCuAl-LTH أو MnCuAl-LTO في سوائل الحفر المائية، مما يجعل هذا البحث الأول من نوعه الذي يحلّل خصائصهما البنائية والحرارية والامتزازية باستخدام تقنيات XRD وFTIR وBET، ويقيّم أدائهما في ظروف الحفر بالغاز الحمضي. وتُظهر نتائج هذا العمل الإمكانات الكبيرة لهذين المركبين في تطوير سوائل حفر من الجيل القادم تتميز بدرجة أمان أعلى، واستقرار حراري أفضل، وتوافق عالٍ مع بيئات الخزانات الحارة والعميقة التي تحتوي على الغاز الحمضي.

English Abstract

Drilling operations involving sour gas present serious safety and technical issues because of hydrogen sulphide (H₂S), a highly toxic, corrosive, and flammable gas that jeopardizes personnel safety and drilling fluid stability. Conventional chemical scavengers like triazines, metal-based oxidants, and aldehydes have comprehensively found applications to counteract such effects, yet are usually encumbered by toxicity, poor thermal stability, limited functional lives, and incompatibility with aggressive downhole environments. Consequently, recent research on drilling fluids has targeted the study of nanostructured, solid-phase scavengers bearing higher capacities for absorption, thermal stability, and ecological safety. Thus, the current research assesses the fabrication and evaluation of two new compounds MnCuAl-layered triple hydroxide (MnCuAl-LTH) and MnCuAl-layered triple oxide (MnCuAl-LTO) as multifunctional additives for water-based drilling fluids (WBMs). To the best of our knowledge, there are no previous studies reporting the incorporation of MnCuAl-LTH or LTO for drilling or any other oilfield applications, highlighting the novelty of this research. The synthesized MnCuAl-LTH and MnCuAl-LTO were characterized using different techniques to get insights into their crystallinity, structural, thermal, textural (BET surface area, pore volume, and pore size) properties. After confirming the synthesis of both materials, they are incorporated into WBMs, which led to a huge improvement in H₂S scavenging performance relative the base mud. Additionally, the incorporation of these material into WBMs did not significantly alter the rheological and filtration properties of the mud, indicating their compatibility with the mud ingredients. Accordingly, the results obtained from this work demonstrate the potential of these nanomaterials as additives to WBMs, enabling next-generation drilling fluids that are safer, more thermally stable, and highly compatible with HPHT sour-gas reservoir environments.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering Petroleum > Drilling Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Onaizi, Sagheer
Committee Members:	Abussaud, Basim and Malaibari, Zuhair
Depositing User:	MOHAMED ABOUKADOUM (g202417700)
Date Deposited:	29 Dec 2025 07:14
Last Modified:	29 Dec 2025 07:14
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143910