عنوان پایان‌نامه
استفاده از نانو افزایه ها جهت بهبود روانکاری و کاهش اصطکاک سیال حفاری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1308;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77624;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1308;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77624
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- حسنی رستگارمقدم صفاری
- استاد راهنما
- رضا سلطانی
- چکیده
- هدف از انجام پژوهش حاضر، سنتز ترکیباتی جهت بهبود روانسازی و خواص تریبولوژی سیالات حفاری است. در همین راستا مطالعاتی بر روی گروه های شیمیایی متفاوت جهت استفاده به عنوان نانوافزایههای روانسازی صورت گرفت که اغلب این گروه مواد شیمیایی از خانواده بورات های فلزی نانوساختار بودند. مابین نانوبورات های معدنی معرفی شده در منابع علمی، منیزیم بورات، روی بورات، آلومینیم بورات و تیتانیم بورات انتخاب شدند که از جمله معیارهای انتخاب این مواد، ملاحظات اقتصادی، روش سنتز آسان آنها بود. در منابع علمی، روش های مختلفی برای سنتز نانوبورات های فلزی (معدنی) ارائه شده است که مابین آنها روش سلوترمال/هیدروترمال به دلیل داشتن مزایایی همچون بازدهی بالا، آسان بودن روش و موجود بودن وسایل و امکانات مورد نیاز انتخاب شد. از طرفی پارامترهای قابل تغییر در روش سلوترمال/هیدروترمال تاثیر بسزایی در اندازه ذرات ماده حاصله دارد، به همین منظور در این تحقیق از تغییر دما و زمان به عنوان پارامترهای متغیر استفاده شد. ساختار کریستالی، ساختار شیمیایی و مورفولوژی نانو مواد تهیه شده توسط آزمون های الگوی پراش پرتو ایکس، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه و میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص شد. خواص تریبولوژیکی سیالات حفاری حاوی نانوافزایه های تهیه شده با دستگاه تست روانسازی و فشارپذیری بررسی شد و با سیال حفاری پایه بنتونیتی و سیال حفاری پایه حاوی افزایه های تجاری متداول به عنوان نمونه های مرجع مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد که نانوافزایه ها موجب حداقل 5 برابر بهبود خواص فشارپذیری سیالات حفاری در مقایسه با نمونه های مرجع می شوند و همچنین توانایی بالایی جهت کاهش ضریب اصطکاک و بهبود خواص روانسازی از خود نشان می دهند. کلمات کلیدی: سیالات حفاری، روانسازی، خواص تریبولوژی، نانوافزایه، منیزیم بورات، روی بورات، آلومینیم بورات، تیتانیم بورات، تریبوفیلم
- Abstract
- In This research synthesis of several nanometal borates was conducted and their ability to improve the lubricity and Extreme Pressure properties of drilling fluids was compared. The produced metal borates were magnesium, zinc, aluminum and titanium borates. Crystalline and chemical structure and morphology of the as-prepared nanomaterials were examinded by X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) and Scanning Electronic Microscopy (SEM). Tribological properties of the drilling fluids that were strengthened with the as-prepared nanoadditives were evaluated with lubricity tester machine and compared with the base mud (bentonite with water) and the base mud containing available commercial lubricant additive as the reference samples. Results showed that the nanoadditives improved Extreme Pressure (EP) property of the mud significantly compared to the original materials. Similarly they decreased COF showing good lubricity property due to their good ability in producing strong protective film or tribofilm on the contacting surfaces. This tribo-film is stable at extremely high pressure and temperature conditions. Results, showed that the nanoadditive that contained titanium borate provided a remarkable improvement in drilling fluid tribological properties in comparison to the other nanometal borates. Nanotitanium borate demonstrated excellent performance in producing high quality film strength and reducing the coefficient of friction. It is worth mentioning that the nanoborate compounds are biodegradable and can help to prevent the wear and tear of drilling tools and ultimately will reduce invironmental pollution and the overall production cost. Keywords: drilling fluids – magnesium borate – zinc borate - aluminum borate - titanium borate- tribological properties
