Synthesizing graphene oxide-based polymers and Exploring their properties and Subsequent applications. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_Thesis_Manar 5 Jun 2026.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 8 June 2027. Download (6MB)

Arabic Abstract

تتناول هذه الأطروحة بحثَ تركيب وتوصيف وتطبيق بوليمرات أكسيد الجرافين الوظيفية (GO) لتثبيط تكوّن الصخر الزيتي في أنظمة سوائل الحفر. وقد تم استكشاف أكثر من ثلاثين طريقة تركيبية، اختيرت منها ثماني تركيبات نموذجية لدراسة تفصيلية. شملت المواد المطوّرة أنظمة أكسيد الجرافين الوظيفية بالسيانول، وهياكل معدّلة بثنائي إيزوسيانات، ومركبات بوليمرية مصممة لتعزيز استقرار الصخر الزيتي وتقليل انتفاخ الطين. أُجريَ توصيف فيزيائي كيميائي شامل للمواد المُصنّعة باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وحيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني الماسح ذي الانبعاث الميداني (FE-SEM)، ومطيافية تشتت طاقة الأشعة السينية (EDX)، ورسم الخرائط العنصرية (MAP)، والرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة (ss-NMR). أكدت هذه التحليلات نجاح عملية إضافة المجموعات الوظيفية إلى أكسيد الجرافين، وقدمت رؤى معمقة حول الخصائص البنيوية والمورفولوجية والتركيبية للأنظمة المطورة. تم تقييم أداء كل تركيبة في تثبيط نمو الصخر الزيتي من خلال اختبارات معملية، ومقارنتها كميًا بمثبطات الصخر الزيتي التقليدية، ولا سيما كلوريد البوتاسيوم (KCl). أظهرت النتائج أن العديد من أنظمة بوليمر أكسيد الجرافين المُضاف إليها المجموعات الوظيفية أظهرت أداءً مُحسّنًا في تثبيط نمو الصخر الزيتي، واستقرارًا أفضل للطين، وتفاعلًا فائقًا مع تكوينات الصخر الزيتي مقارنةً بأنظمة التثبيط التقليدية. تُبرز هذه النتائج إمكانات بوليمرات أكسيد الجرافين المُضاف إليها المجموعات الوظيفية كمثبطات متطورة وصديقة للبيئة لنمو الصخر الزيتي في تطبيقات سوائل الحفر.

English Abstract

This thesis investigates the synthesis, characterization, and application of functionalized graphene oxide (GO)-based polymers for shale inhibition in drilling fluid systems. More than thirty synthetic approaches were explored, from which eight representative formulations were selected for detailed study. The developed materials included silanol- functionalized graphene oxide systems, diisocyanate-modified structures, and polymer- based composites designed to enhance shale stability and reduce clay swelling. Comprehensive physicochemical characterization of the synthesized materials was carried out using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), elemental mapping (MAP), and solid-state Nuclear Magnetic Resonance (ss-NMR). These analyses confirmed the successful functionalization of graphene oxide and provided insight into the structural, morphological, and compositional properties of the developed systems. The shale inhibition performance of each formulation was evaluated through laboratory- scale testing and quantitatively compared with conventional shale inhibitors, particularly potassium chloride (KCl). The results demonstrated that several functionalized graphene oxide polymer systems exhibited enhanced shale inhibition performance, improved clay xix stabilization, and superior interaction with shale formations compared to traditional inhibitor systems. The findings highlight the potential of functionalized graphene oxide polymers as advanced and environmentally promising shale inhibitors for drilling fluid applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Research > Environment Petroleum Petroleum > Enhanced Oil Recovery
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Thesis Advisor:	Tawfik Awadh,
Thesis Committee Members:	Ahmad Al-harbi, Ali Shaikh Asrof,
Depositing User:	MANAR OBEIDAT
Date Deposited:	09 Jun 2026 06:05
Last Modified:	09 Jun 2026 06:05
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144534