nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез куллана торган браузер версиясендә CSS ярдәме чикләнгән. Иң яхшы тәҗрибә өчен, без браузерның соңгы версиясен кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'да туры килүчәнлек режимын сүндерергә). Моннан тыш, ярдәмне дәвам итү өчен, бу сайтта стильләр яки JavaScript булмаячак.
Кластик коллекторларда сланец киңәюе зур проблемалар тудыра, бу скважиналарның тотрыксызлыгына китерә. Әйләнә-тирә мохиткә бәйле сәбәпләр аркасында, нефть нигезендәге бораулау сыекчасына караганда, сланец ингибиторлары өстәлгән су нигезендәге бораулау сыекчасын куллану өстенлекле. Ион сыекчалары (ИЛ) көйләнерлек үзлекләре һәм көчле электростатик үзенчәлекләре аркасында сланец ингибиторлары буларак зур игътибар җәлеп итә. Ләкин, бораулау сыекчаларында киң кулланыла торган имидазолил нигезендәге ион сыекчалары (ИЛ) агулы, биологик яктан таркалмый торган һәм кыйммәт булып чыкты. Тирән эвтектик эреткечләр (DES) ион сыекчаларына караганда экономиялерәк һәм аз токсик альтернатива дип санала, ләкин алар барыбер кирәкле экологик тотрыклылыкка ирешә алмыйлар. Бу өлкәдәге соңгы казанышлар чын экологик яктан чиста булуы белән билгеле булган табигый тирән эвтектик эреткечләрне (NADES) кертүгә китерде. Бу тикшеренүдә бораулау сыекчасы өстәмәләре буларак лимон кислотасын (водород бәйләнеше акцепторы буларак) һәм глицеринны (водород бәйләнеше доноры буларак) үз эченә алган NADES тикшерелде. NADES нигезендәге бораулау сыекчалары API 13B-1 стандартына туры китереп эшләнгән һәм аларның эшчәнлеге калий хлориды нигезендәге бораулау сыекчалары, имидазолий нигезендәге ион сыекчалары һәм холин хлориды:мочевина-DES нигезендәге бораулау сыекчалары белән чагыштырылган. Үзенчәлекле NADESларның физик-химик үзлекләре җентекләп тасвирланган. Тикшеренү барышында бораулау сыекчасының реологик үзлекләре, сыеклык югалтулары һәм сланецны тоткарлау үзлекләре бәяләнде, һәм 3% NADES концентрациясендә чыгыш стрессы/пластик ябышлык нисбәте (YP/PV) артканлыгы, балчык торты калынлыгы 26% ка кимегәнлеге һәм фильтрат күләме 30,1% ка кимегәне күрсәтелде. Шунысы игътибарга лаек, NADES 49,14% ка киңәю тоткарлану тизлегенә ирешкән һәм сланец җитештерүне 86,36% ка арттырган. Бу нәтиҗәләр NADESның балчыкларның өслек активлыгын, дзета потенциалын һәм катламнар арасындагы араны үзгәртү сәләте белән бәйле, алар бу мәкаләдә төп механизмнарны аңлау өчен тикшерелә. Бу тотрыклы бораулау сыекчасы традицион сланец коррозиясе ингибиторларына токсик булмаган, чыгымнарны киметә торган һәм югары нәтиҗәле альтернатива тәкъдим итеп, бораулау тармагында революция ясар дип көтелә, бу исә экологик яктан чиста бораулау практикасына юл ачачак.
Сланец - углеводородларның чыганагы һәм резервуары булып хезмәт итүче күпкырлы тау токымы, һәм аның күзәнәкле структурасы1 бу кыйммәтле ресурсларны җитештерү һәм саклау өчен мөмкинлек бирә. Ләкин, сланец монтмориллонит, смектит, каолинит һәм иллит кебек балчык минералларына бай, алар суга дучар булганда шешенергә бирешүчән, бу бораулау операцияләре вакытында скважина чокырының тотрыксызлыгына китерә2,3. Бу проблемалар җитештерүчән булмаган вакытка (NPT) һәм күп санлы эксплуатация проблемаларына, шул исәптән торбаларның тыгылуына, ләм әйләнешенең югалуына, скважина чокырының җимерелүенә һәм битләрнең пычрануына китерергә мөмкин, бу торгызу вакытын һәм бәясен арттыра. Гадәттә, нефть нигезендәге бораулау сыекчалары (OBDF) сланец киңәюенә каршы тору сәләте аркасында сланец формацияләре өчен өстенлекле сайлау булып тора4. Ләкин, нефть нигезендәге бораулау сыекчаларын куллану югарырак чыгымнар һәм экологик куркынычлар белән бәйле. Синтетик нигезле бораулау сыекчалары (SBDF) альтернатива буларак каралды, ләкин аларның югары температурада яраклылыгы канәгатьләнерлек түгел. Су нигезендәге бораулау сыекчалары (WBDF) җәлеп итүчән чишелеш булып тора, чөнки алар OBDF5ка караганда куркынычсызрак, экологик яктан чистарак һәм экономиялерәк. WBDFның сланец ингибиторлыгын арттыру өчен төрле сланец ингибиторлары кулланылган, шул исәптән калий хлориды, известь, силикат һәм полимер кебек традицион ингибиторлар. Ләкин бу ингибиторларның нәтиҗәлелеге һәм әйләнә-тирә мохиткә йогынтысы ягыннан чикләүләре бар, бигрәк тә калий хлориды ингибиторларындагы югары K+ концентрациясе һәм силикатларның рН сизгерлеге аркасында. 6 Тикшеренүчеләр ионлы сыеклыкларны бораулау сыеклыгы реологиясен яхшырту һәм сланец шешенүен һәм гидрат барлыкка килүен булдырмау өчен бораулау сыеклыгына өстәмәләр буларак куллану мөмкинлеген өйрәнделәр. Ләкин бу ионлы сыеклыклар, бигрәк тә имидазолил катионнарын үз эченә алганнары, гадәттә, агулы, кыйммәт, биологик яктан таркалмый һәм катлаулы әзерләү процессларын таләп итә. Бу проблемаларны хәл итү өчен кешеләр экономиялерәк һәм экологик яктан чистарак альтернатива эзли башладылар, бу тирән эвтектик эреткечләрнең (DES) барлыкка килүенә китерде. DES - билгеле бер моляр нисбәттә һәм температурада водород бәйләнеше доноры (HBD) һәм водород бәйләнеше акцепторы (HBA) тарафыннан формалаштырылган эвтектик катнашма. Бу эвтектик катнашмалар аерым компонентларына караганда түбәнрәк эрү температураларына ия, нигездә, водород бәйләнешләре аркасында килеп чыккан заряд делокализациясе аркасында. DES эрү температурасын төшерүдә күп факторлар, шул исәптән челтәр энергиясе, энтропия үзгәреше һәм анионнар белән HBD арасындагы үзара бәйләнешләр төп роль уйный.
Элегрәк үткәрелгән тикшеренүләрдә, сланец киңәю проблемасын хәл итү өчен, су нигезендәге бораулау сыекчасына төрле өстәмәләр өстәлгән. Мәсәлән, Офей һ.б. 1-бутил-3-метилимидазолий хлориды (BMIM-Cl) өстәгәннәр, бу ләм катламы калынлыгын сизелерлек киметкән (50% ка кадәр) һәм төрле температураларда YP/PV кыйммәтен 11 ка киметкән. Хуан һ.б. ионлы сыекчаларны (аерым алганда, 1-гексил-3-метилимидазолий бромиды һәм 1,2-бис(3-гексилимидазол-1-ил)этан бромиды) Na-Bt кисәкчәләре белән бергә кулланганнар һәм сланец шешенүен сизелерлек киметкәннәр, тиешенчә 86,43% һәм 94,17% ка12. Моннан тыш, Ян һ.б. сланец шешенүен тиешенчә 16,91% һәм 5,81% ка киметү өчен 1-винил-3-додецилимидазолий бромиды һәм 1-винил-3-тетрадецилимидазолий бромиды кулланганнар. 13 Ян һ.б. шулай ук ​​1-винил-3-этилимидазолий бромиды кулланылган һәм сланец киңәюен 31,62% ка киметкән, шул ук вакытта сланецның яңарышын 40,60% ка саклаган.14 Моннан тыш, Луо һ.б. сланецның шешенүен 80% ка киметү өчен 1-октил-3-метилимидазолий тетрафторборат кулланганнар.15,16 Дай һ.б. сланецны ингибирлау өчен ионлы сыек сополимерлар кулланганнар һәм амин ингибиторлары белән чагыштырганда сызыклы яңартуны 18% ка арттырганнар.17
Ион сыеклыкларының үзләренең кайбер кимчелекләре бар, бу галимнәрне ион сыеклыкларына экологик яктан чистарак альтернативалар эзләргә этәрде, һәм шулай итеп DES барлыкка килде. Ханцзя беренче булып винилхлорид пропион кислотасыннан (1:1), винилхлорид 3-фенилпропион кислотасыннан (1:2) һәм 3-меркаптопропион кислотасы + итакон кислотасы + винилхлоридтан (1:1:2) торган тирән эвтектик эреткечләрне (DES) кулланды, алар бентонитның шешенүен тиешенчә 68%, 58% һәм 58% ка тоткарлады18. Ирекле экспериментта М.Х.Расул глицерин һәм калий карбонатының (DES) 2:1 нисбәтен кулланды һәм сланец үрнәкләренең шешенүен 87% ка киметте19,20. Ма сланец киңәюен 67% ка киметү өчен мочевина:винилхлорид кулланды.21 Рәсүл һ.б. DES һәм полимер комбинациясе икеләтә тәэсирле сланец ингибиторы буларак кулланылды, бу бик яхшы сланец ингибитор эффектына иреште22.
Тирән эвтектик эреткечләр (DES), гадәттә, ионлы сыеклыкларга караганда яшелрәк альтернатива дип саналса да, алар шулай ук ​​потенциаль рәвештә агулы компонентларны, мәсәлән, аммоний тозларын үз эченә ала, бу аларның экологик яктан чисталыгын шик астына куя. Бу проблема табигый тирән эвтектик эреткечләрнең (NADES) эшләнүгә китерде. Алар һаман да DES дип классификацияләнә, ләкин табигый матдәләрдән һәм тозлардан тора, шул исәптән калий хлориды (KCl), кальций хлориды (CaCl2), Эпсом тозлары (MgSO4.7H2O) һәм башкалар. DES һәм NADESның күп санлы потенциаль комбинацияләре бу өлкәдә тикшеренүләр өчен киң мөмкинлекләр ача һәм төрле өлкәләрдә кулланылыш табар дип көтелә. Берничә тикшеренүче төрле кулланылышларда нәтиҗәле булуын раслаган яңа DES комбинацияләрен уңышлы эшләде. Мәсәлән, Насер һ.б. 2013 елда калий карбонаты нигезендәге DES синтезлады һәм аның термофизик үзлекләрен өйрәнде, алар соңрак гидрат ингибирлавы, бораулау сыекчасы өстәмәләре, делигнификация һәм нанофибрилляция өлкәләрендә кулланылыш тапты. 23 Джорди Ким һәм аның хезмәттәшләре аскорбин кислотасы нигезендәге NADES эшләделәр һәм аның төрле кулланылышларда антиоксидант үзлекләрен бәяләделәр. 24 Кристер һ.б. лимон кислотасы нигезендәге NADES эшләделәр һәм аның коллаген продуктлары өчен өстәмә матдә буларак потенциалын ачыкладылар. 25 Лю Йи һәм аның хезмәттәшләре NADESның экстракция һәм хроматография чаралары буларак кулланылышын комплекслы күзәтүдә йомгакладылар, ә Мисан һ.б. NADESның авыл хуҗалыгы-азык-төлек секторында уңышлы кулланылышы турында фикер алыштылар. Бораулау сыекчасын тикшерүчеләрнең үз кулланылышларында NADESның нәтиҗәлелегенә игътибар итә башлаулары бик мөһим. Соңгы вакытта. 2023 елда Рәсүл һ.б. аскорбин кислотасы26, кальций хлориды27, калий хлориды28 һәм Эпсом тозы29 нигезендә табигый тирән эвтектик эреткечләрнең төрле комбинацияләрен кулландылар һәм сланецны ингибирлауга һәм сланецны торгызуга ирештеләр. Бу тикшеренү - су нигезендәге бораулау сыеклыкларында экологик яктан чиста һәм нәтиҗәле сланец ингибиторы буларак NADES (аеруча лимон кислотасы һәм глицерин нигезендәге формула) куллану буенча беренче тикшеренүләрнең берсе, ул KCl, имидазолил нигезендәге ион сыеклыклары һәм традицион DES кебек традицион ингибиторлар белән чагыштырганда экологик яктан чиста һәм нәтиҗәле сланец ингибиторы буларак бик яхшы экологик тотрыклылык, сланец ингибиторлау сәләтен яхшырту һәм сыеклык эшчәнлеген яхшырту белән аерылып тора.
Тикшеренү лимон кислотасы (CA) нигезендәге NADESны үз эчендә әзерләүне, аннары җентекле физик-химик характеристиканы һәм аны бораулау сыекчасы үзлекләрен һәм аның шешенүне тоткарлау сәләтен бәяләү өчен бораулау сыекчасы өстәмәсе буларак куллануны үз эченә алачак. Бу тикшеренүдә CA водород бәйләнеше акцепторы буларак эшләячәк, ә глицерин (Gly) сланецны тоткарлау тикшеренүләрендә NADES формалашуы/сайлавы өчен MH скрининг критерийлары нигезендә сайланган водород бәйләнеше доноры буларак эшләячәк30. Фурье трансформациясе инфракызыл спектроскопиясе (FTIR), рентген дифракциясе (XRD) һәм зета потенциалы (ZP) үлчәүләре NADES-балчык үзара бәйләнешләрен һәм балчыкның шешенүне тоткарлау механизмын ачыклаячак. Моннан тыш, бу тикшеренү CA NADES нигезендәге бораулау сыекчасын 1-этил-3-метилимидазолий хлориды [EMIM]Cl7,12,14,17,31, KCl һәм холин хлориды:мочевина (1:2) нигезендәге DES32 белән чагыштырачак, аларның сланецны тоткарлаудагы нәтиҗәлелеген һәм бораулау сыекчасы эшчәнлеген яхшыртуын тикшерәчәк.
Лимон кислотасы (моногидрат), глицерин (99 USP) һәм мочевина Малайзиянең Куала-Лумпур шәһәрендәге EvaChem компаниясеннән сатып алынган. Холин хлориды (>98%), [EMIM]Cl 98% һәм калий хлориды Малайзиянең Sigma Aldrich компаниясеннән сатып алынган. Барлык химик матдәләрнең химик структуралары 1 нче рәсемдә күрсәтелгән. Яшел диаграмма бу тикшеренүдә кулланылган төп химик матдәләрне чагыштыра: имидазолил ионлы сыеклык, холин хлориды (DES), лимон кислотасы, глицерин, калий хлориды һәм NADES (лимон кислотасы һәм глицерин). Бу тикшеренүдә кулланылган химик матдәләрнең экологик яктан чиста булу таблицасы 1 нче таблицада күрсәтелгән. Таблицада һәр химик матдә токсиклык, биологик таркалучанлык, бәя һәм экологик тотрыклылык нигезендә бәяләнә.
Бу тикшеренүдә кулланылган материалларның химик структуралары: (а) лимон кислотасы, (б) [EMIM]Cl, (в) холин хлориды һәм (г) глицерин.
CA (табигый тирән эвтектик эреткеч) нигезендәге NADES эшләү өчен водород бәйләнеше доноры (HBD) һәм водород бәйләнеше акцепторы (HBA) кандидатлары MH 30 сайлау критерийларына туры китереп җентекләп сайланды, алар NADESны нәтиҗәле сланец ингибиторлары буларак эшләү өчен тәгаенләнгән. Бу критерий буенча, күп санлы водород бәйләнеше донорлары һәм акцепторлары, шулай ук ​​поляр функциональ төркемнәре булган компонентлар NADES эшләү өчен яраклы дип санала.
Моннан тыш, бу тикшеренүдә чагыштыру өчен ионлы сыеклык [EMIM]Cl һәм холин хлориды:мочевина тирән эвтектик эреткече (DES) сайланды, чөнки алар бораулау сыекчасына өстәмәләр буларак киң кулланыла33,34,35,36. Моннан тыш, калий хлориды (KCl) чагыштырылды, чөнки ул еш очрый торган ингибитор.
Лимон кислотасы һәм глицерин төрле моляр нисбәтләрдә кушылды, эвтектик катнашмалар алынды. Визуаль тикшерү эвтектик катнашманың тонык булмаган бер төрле, үтә күренмәле сыеклык булуын күрсәтте, бу водород бәйләнеше доноры (HBD) һәм водород бәйләнеше акцепторы (HBA) бу эвтектик составта уңышлы кушылганлыгын күрсәтә. HBD һәм HBA кушу процессының температурага бәйле үзенчәлеген күзәтү өчен башлангыч тәҗрибәләр үткәрелде. Кулланылган әдәбият буенча, эвтектик катнашмаларның өлеше 50 °C, 70 °C һәм 100 °C тан югарырак өч махсус температурада бәяләнде, бу эвтектик температураның гадәттә 50–80 °C диапазонында булуын күрсәтә. HBD һәм HBA компонентларын төгәл үлчәү өчен Меттлер санлы таразасы кулланылды, ә HBD һәм HBA ны контрольдә тотылган шартларда 100 әйләнү/мин тизлегендә җылыту һәм болгату өчен Thermo Fisher кайнар плитасы кулланылды.
Синтезланган тирән эвтектик эреткечнең (DES) термофизик үзлекләре, шул исәптән тыгызлык, өслек киеренкелеге, сыну күрсәткече һәм ябышлык, 289,15 дән 333,15 К га кадәр температура диапазонында төгәл үлчәнде. Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, бу температура диапазоны, нигездә, гамәлдәге җиһазларның чикләүләре аркасында сайланган. Комплекслы анализ бу NADES формуласының төрле термофизик үзлекләрен тирәнтен өйрәнүне үз эченә алды, аларның төрле температура диапазонында үз-үзен тотышын ачыклады. Бу конкрет температура диапазонына игътибар итү NADES үзенчәлекләре турында күп кушымталар өчен аеруча мөһим булган мәгълүмат бирә.
Әзерләнгән NADES өслек киеренкелеге 289,15 дән 333,15 К га кадәр диапазонда фазаара киеренкелек үлчәгече (IFT700) ярдәмендә үлчәнде. NADES тамчылары билгеле бер температура һәм басым шартларында капилляр энә ярдәмендә зур күләмдәге сыеклык белән тутырылган камерада формалаша. Заманча сурәтләү системалары Лаплас тигезләмәсен кулланып фазаара киеренкелекне исәпләү өчен тиешле геометрик параметрларны кертә.
Яңа әзерләнгән NADESның сыну күрсәткечен 289,15 - 333,15 К температура диапазонында билгеләү өчен ATAGO рефрактометры кулланылды. Җиһаз яктылыкның сыну дәрәҗәсен бәяләү өчен температураны көйләү өчен термик модуль куллана, бу даими температуралы су мунчасына ихтыяҗны бетерә. Рефрактометрның призма өслеген чистартырга һәм үрнәк эремәсен аның өстенә тигез таратырга кирәк. Билгеле стандарт эремә белән калибрлагыз, аннары экраннан сыну күрсәткечен укыгыз.
Әзерләнгән NADES ябышлыгы 289,15 - 333,15 К температура диапазонында Брукфилд әйләнү вискозиметры (криоген типтагы) ярдәмендә 30 әйләнү/мин кисү тизлегендә һәм шпиндель зурлыгы 6 булганда үлчәнде. Вискозиметр ябышлыкны сыек үрнәктә шпиндельне даими тизлектә әйләндерү өчен кирәкле моментны билгеләү юлы белән үлчи. Үрнәк шпиндель астындагы экранга куелгач һәм кысылганнан соң, вискозиметр ябышлыкны сантипуазда (cP) күрсәтә, бу сыеклыкның реологик үзлекләре турында кыйммәтле мәгълүмат бирә.
289,15–333,15 К температура диапазонында яңа әзерләнгән табигый тирән эвтектик эреткечнең (NDEES) тыгызлыгын билгеләү өчен DMA 35 Basic күчмә тыгызлык үлчәгече кулланылды. Җайланмада җылыткыч булмаганлыктан, NADES тыгызлык үлчәгечен куллану алдыннан аны билгеләнгән температурага кадәр (± 2 °C) җылытырга кирәк. Труба аша ким дигәндә 2 мл үрнәк алыгыз, һәм тыгызлык шунда ук экранда күрсәтеләчәк. Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, җылыткыч булмаганлыктан, үлчәү нәтиҗәләрендә ± 2 °C хата бар.
Яңа әзерләнгән NADESның рН дәрәҗәсен 289,15–333,15 К температура диапазонында бәяләү өчен без Kenis өстәл рН үлчәгечен кулландык. Җылыту җайланмасы булмаганлыктан, NADES башта плита ярдәмендә кирәкле температурага кадәр (±2 °C) җылытылды, аннары рН үлчәгече белән турыдан-туры үлчәнде. рН үлчәгеч зондын NADESка тулысынча батырыгыз һәм күрсәткечләр тотрыкланганнан соң, соңгы кыйммәтне язып куегыз.
Табигый тирән эвтектик эреткечләрнең (NADES) термик тотрыклылыгын бәяләү өчен термогравиметрик анализ (TGA) кулланылды. Үрнәкләр җылыту вакытында анализланды. Югары төгәллекле баланс кулланып һәм җылыту процессын игътибар белән күзәтеп, масса югалтуның температурага карата графигы төзелде. NADES 0 дән 500 °C га кадәр минутына 1 °C тизлектә җылытылды.
Процессны башлау өчен, NADES үрнәген җентекләп болгатырга, гомогенлаштырырга һәм өслек дымын бетерергә кирәк. Әзерләнгән үрнәк аннары TGA кюветына урнаштырыла, ул гадәттә алюминий кебек инерт материалдан ясала. Төгәл нәтиҗәләргә ирешү өчен, TGA җайланмалары эталон материаллар, гадәттә авырлык стандартлары ярдәмендә калибрлана. Калибрланганнан соң, TGA эксперименты башлана һәм үрнәк контрольдә тотылган ысул белән, гадәттә даими тизлектә җылытыла. Үрнәк авырлыгы һәм температура арасындагы бәйләнешне даими күзәтү экспериментның төп өлеше булып тора. TGA җайланмалары температура, авырлык һәм газ агымы яки үрнәк температурасы кебек башка параметрлар турында мәгълүмат җыя. TGA эксперименты тәмамлангач, җыелган мәгълүматлар үрнәк авырлыгының үзгәрүен температура функциясе буларак билгеләү өчен анализлана. Бу мәгълүмат үрнәктәге физик һәм химик үзгәрешләр белән бәйле температура диапазоннарын билгеләүдә, шул исәптән эрү, парга әйләнү, оксидлашу яки таркалу кебек процессларда кыйммәтле.
Су нигезендәге бораулау сыекчасы API 13B-1 стандарты буенча җентекләп формулаланган, һәм аның үзенчәлекле составы белешмә өчен 2 нче таблицада күрсәтелгән. Лимон кислотасы һәм глицерин (99 USP) табигый тирән эвтектик эреткеч (NADES) әзерләү өчен Малайзиянең Sigma Aldrich компаниясеннән сатып алынган. Моннан тыш, гадәти сланец ингибиторы калий хлориды (KCl) шулай ук ​​Малайзиянең Sigma Aldrich компаниясеннән сатып алынган. 98% тан артык сафлыктагы 1-этил, 3-метилимидазолий хлориды ([EMIM]Cl), аның бораулау сыекчасы реологиясен яхшыртуга һәм сланец ингибирлавына зур йогынты ясавы аркасында сайланган, бу алдагы тикшеренүләрдә расланган. NADESның сланец ингибирлавын бәяләү өчен чагыштырма анализда KCl һәм ([EMIM]Cl) кулланылачак.
Күп кенә тикшеренүчеләр сланец шешенүен өйрәнү өчен бентонит кабырчыкларын кулланырга өстенлек бирәләр, чөнки бентонит составында сланец шешенүгә китерә торган шул ук "монтмориллонит" төркеме бар. Чын сланец үзәк үрнәкләрен алу катлаулы, чөнки үзәкләштерү процессы сланецны тотрыксызландыра, нәтиҗәдә тулысынча сланец түгел, ә гадәттә комташ һәм известьташ катламнары катнашмасын үз эченә алган үрнәкләр барлыкка килә. Моннан тыш, сланец үрнәкләрендә гадәттә сланец шешенүгә китерә торган монтмориллонит төркемнәре юк, шуңа күрә шешенүне тоткарлау экспериментлары өчен яраксыз.
Бу тикшеренүдә без диаметры якынча 2,54 см булган торгызылган бентонит кисәкчәләрен кулландык. Гранулалар гидравлик пресста 1600 psi басымда 11,5 грамм натрий бентонит порошогын бастыру юлы белән ясалды. Гранулаларның калынлыгы сызыклы дилатометрга (LD) урнаштырылганчы төгәл үлчәнде. Аннары кисәкчәләр бораулау сыекчасы үрнәкләренә, шул исәптән нигез үрнәкләренә һәм сланец шешенүен булдырмас өчен кулланыла торган ингибиторлар белән кертелгән үрнәкләргә чумдырылды. Аннары гранула калынлыгындагы үзгәреш LD ярдәмендә игътибар белән күзәтелде, үлчәүләр 24 сәгать дәвамында 60 секунд интервал белән теркәлде.
Рентген дифракциясе күрсәткәнчә, бентонит составы, бигрәк тә аның 47% монтмориллонит компоненты, аның геологик үзенчәлекләрен аңлауда төп фактор булып тора. Бентонитның монтмориллонит компонентлары арасында монтмориллонит төп компонент булып тора, ул гомуми компонентларның 88,6% ын тәшкил итә. Шул ук вакытта кварц 29%, иллит 7% һәм карбонат 9% тәшкил итә. Аз гына өлеше (якынча 3,2%) иллит һәм монтмориллонит катнашмасы. Моннан тыш, аның составында Fe2O3 (4,7%), көмеш алюмосиликат (1,2%), мусковит (4%) һәм фосфат (2,3%) кебек микроэлементлар бар. Моннан тыш, аз күләмдә Na2O (1,83%) һәм тимер силикаты (2,17%) бар, бу бентонитның состав элементларын һәм аларның тиешле нисбәтләрен тулысынча аңларга мөмкинлек бирә.
Бу комплекслы тикшеренү бүлегендә табигый тирән эвтектик эреткеч (NADES) кулланып әзерләнгән һәм төрле концентрацияләрдә (1%, 3% һәм 5%) бораулау сыекчасы өстәмәсе буларак кулланылган бораулау сыекчасы үрнәкләренең реологик һәм фильтрация үзлекләре җентекләп аңлатыла. Аннары NADES нигезендәге суспензия үрнәкләре калий хлориды (KCl), CC:мочевина DES (холин хлориды тирән эвтектик эреткеч:мочевина) һәм ион сыекчаларыннан торган суспензия үрнәкләре белән чагыштырылды һәм анализланды. Бу тикшеренүдә берничә төп параметр каралды, шул исәптән 100°C һәм 150°C температурада картайту шартларына дучар булганчы һәм аннан соң FANN вискозиметры ярдәмендә алынган ябышлык күрсәткечләре. Үлчәүләр төрле әйләнү тизлекләрендә (3 әйләнү/мин, 6 әйләнү/мин, 300 әйләнү/мин һәм 600 әйләнү/мин) үткәрелде, бу бораулау сыекчасының үз-үзен тотышын комплекслы анализлау мөмкинлеге бирде. Аннары алынган мәгълүматлар төрле шартларда сыекчаның эшчәнлегенә күзаллау бирә торган акрынлык ноктасы (YP) һәм пластик ябышлык (PV) кебек төп үзлекләрне билгеләү өчен кулланылырга мөмкин. 400 psi һәм 150°C температурада (югары температуралы коелардагы гадәти температуралар) югары басымлы югары температура (HPHT) фильтрлау сынаулары фильтрлау эшчәнлеген (торт калынлыгы һәм фильтрат күләме) билгели.
Бу бүлектә су нигезендәге бораулау сыекчаларының сланец шешенүне тоткарлау үзлекләрен җентекләп бәяләү өчен иң заманча җиһазлар - Grace HPHT сызыклы дилатометры (M4600) кулланыла. LSM - ике компоненттан торган иң заманча машина: пластиналы тыгызлагыч һәм сызыклы дилатометр (модель: M4600). Бентонит пластиналары анализ өчен Grace Core/Plate Compactor ярдәмендә әзерләнде. Аннары LSM бу пластиналар турында шунда ук шешенү мәгълүматларын бирә, бу сланецның шешенүне тоткарлау үзлекләрен комплекслы бәяләү мөмкинлеген бирә. Сланец киңәю сынаулары әйләнә-тирә мохит шартларында, ягъни 25°C һәм 1 psia температурада үткәрелде.
Сланец тотрыклылыгын сынау еш кына сланецны торгызу тесты, сланец чокырын сынау яки сланец дисперсиясе тесты дип атала торган төп сынауны үз эченә ала. Бу бәяләүне башлау өчен, сланец кисемтәләре #6 BSS экранында аерыла һәм аннары #10 экранына урнаштырыла. Аннары кисемтәләрне тоту резервуарына җибәрәләр, анда алар нигез сыекчасы һәм NADES (Natural Deep Evtektic Elevent) булган бораулау ләме белән кушыла. Киләсе адым - катнашманы интенсив кайнар прокатлау процессы өчен мичкә кую, кисемтәләрнең һәм ләмнең тулысынча кушылуын тәэмин итү. 16 сәгатьтән соң, кисемтәләрнең сланецның таркалуына юл куеп, алар пульпадан алына, нәтиҗәдә, кисемтәләрнең авырлыгы кими. Сланецны торгызу тесты сланец кисемтәләре бораулау ләмендә 24 сәгать эчендә 150°C һәм 1000 psi. дюймда тотылганнан соң үткәрелде.
Сланец балчыгы кайтаруны үлчәү өчен, без аны вакрак экран (40 меш) аша фильтрладык, аннары су белән яхшылап юдык һәм ниһаять мичтә киптердек. Бу катлаулы процедура безгә кайтарылган балчыкны башлангыч авырлык белән чагыштырырга мөмкинлек бирә, нәтиҗәдә уңышлы кайтарылган сланец балчыгы процентын исәпләп чыгара. Сланец үрнәкләренең чыганагы Малайзиянең Саравак шәһәренең Мири районы Ниах районыннан. Дисперсия һәм кайтару сынаулары алдыннан, сланец үрнәкләре балчык составын санлаштыру һәм сынау өчен яраклылыгын раслау өчен җентекле рентген дифракциясе (XRD) анализына дучар ителде. Үрнәкнең балчык минераль составы түбәндәгечә: иллит 18%, каолинит 31%, хлорит 22%, вермикулит 10% һәм слюда 19%.
Өслек киеренкелеге - су катионнарының капилляр тәэсире аша сланец микропораларына үтеп керүен контрольдә тотучы төп фактор, ул бу бүлектә җентекләп өйрәнеләчәк. Бу мәкаләдә өслек киеренкелегенең бораулау сыеклыкларының когезив үзлегендәге роле тикшерелә, аның бораулау процессына, бигрәк тә сланец ингибирлавына мөһим йогынтысы күрсәтелә. Без бораулау сыеклыгы үрнәкләренең өслек киеренкелеген төгәл үлчәү өчен фазаара тензиометр (IFT700) кулландык, бу сланец ингибирлавы контекстында сыеклык үз-үзен тотышының мөһим аспектын ачыклады.
Бу бүлектә d-катлам аралыгы, ягъни балчыклардагы алюмосиликат катламнары һәм бер алюмосиликат катламы арасындагы катлам аралыгы җентекләп карала. Анализ чагыштыру өчен 1%, 3% һәм 5% CA NADES булган дымлы балчык үрнәкләрен, шулай ук ​​3% KCl, 3% [EMIM]Cl һәм 3% CC:мочевина нигезендәге DESны үз эченә алды. 40 мА һәм 45 кВ көчәнештә Cu-Kα нурланышы белән эшли торган заманча өстәл рентген дифрактометры (D2 Phaser) (λ = 1.54059 Å) дымлы һәм коры Na-Bt үрнәкләренең рентген дифракция пикларын теркәүдә мөһим роль уйнады. Брэгг тигезләмәсен куллану d-катлам аралыгын төгәл билгеләргә мөмкинлек бирә, шуның белән балчыкның үз-үзен тотышы турында кыйммәтле мәгълүмат бирә.
Бу бүлектә дзета потенциалын төгәл үлчәү өчен алдынгы Malvern Zetasizer Nano ZSP җайланмасы кулланыла. Бу бәяләү чагыштырма анализ өчен 1%, 3% һәм 5% CA NADES, шулай ук ​​3% KCl, 3% [EMIM]Cl һәм 3% CC:мочевина нигезендәге DES булган сыекландырылган балчык үрнәкләренең заряд үзенчәлекләре турында кыйммәтле мәгълүмат бирде. Бу нәтиҗәләр коллоид кушылмаларның тотрыклылыгын һәм аларның сыеклыклардагы үзара бәйләнешләрен аңларга ярдәм итә.
Балчык үрнәкләре табигый тирән эвтектик эреткечкә (NADES) дучар ителгәнче һәм аннан соң, энергия дисперсияләүче рентген нурлары (EDX) белән җиһазландырылган Zeiss Supra 55 VP кыр эмиссиясен сканерлаучы электрон микроскобы (FESEM) ярдәмендә тикшерелде. Сурәтләү чишелеше 500 нм, ә электрон нур энергиясе 30 кВ һәм 50 кВ иде. FESEM балчык үрнәкләренең өслек морфологиясен һәм структура үзенчәлекләрен югары чишелешле визуализацияләү мөмкинлеген бирә. Бу тикшеренүнең максаты - йогынты ясау алдыннан һәм аннан соң алынган рәсемнәрне чагыштырып, NADESның балчык үрнәкләренә йогынтысы турында мәгълүмат алу.
Бу тикшеренүдә, NADESның балчык үрнәкләренә микроскопик дәрәҗәдәге йогынтысын тикшерү өчен кыр эмиссиясен сканерлаучы электрон микроскопиясе (FESEM) технологиясе кулланылды. Бу тикшеренүнең максаты - NADESның мөмкин булган кулланылышларын һәм аның балчык морфологиясенә һәм уртача кисәкчәләр зурлыгына йогынтысын ачыклау, бу исә бу өлкәдәге тикшеренүләр өчен кыйммәтле мәгълүмат бирәчәк.
Бу тикшеренүдә, эксперименталь шартларда уртача процент хатасының (AMPE) үзгәрүчәнлеген һәм билгесезлеген визуаль рәвештә тасвирлау өчен хата юллары кулланылды. Аерым AMPE кыйммәтләрен төзү урынына (AMPE кыйммәтләрен төзү тенденцияләрне яшерергә һәм кечкенә үзгәрешләрне арттырырга мөмкин), без хата юлларын 5% кагыйдәсен кулланып исәплибез. Бу алым һәр хата юлының 95% ышаныч интервалы һәм AMPE кыйммәтләренең 100% төшәчәге көтелгән интервалны күрсәтүен тәэмин итә, шуның белән һәр эксперименталь шарт өчен мәгълүмат таралышы турында ачыграк һәм кыскарак кыскача мәгълүмат бирә. Шулай итеп, 5% кагыйдәсенә нигезләнгән хата юлларын куллану график күрсәтүләрнең аңлатмалылыгын һәм ышанычлылыгын яхшырта һәм нәтиҗәләрне һәм аларның нәтиҗәләрен җентеклерәк аңларга ярдәм итә.
Табигый тирән эвтектик эреткечләр (NADES) синтезында, эчке әзерләү процессында берничә төп параметр җентекләп өйрәнелде. Бу мөһим факторларга температура, моляр нисбәт һәм кушу тизлеге керә. Безнең тәҗрибәләр күрсәткәнчә, HBA (лимон кислотасы) һәм HBD (глицерин) 50°C температурада 1:4 моляр нисбәтендә кушылганда, эвтектик катнашма барлыкка килә. Эвтектик катнашманың аерылып торган үзенчәлеге - аның үтә күренмәле, бер төрле күренеше һәм утырма булмавы. Шулай итеп, бу төп адым моляр нисбәтнең, температураның һәм кушу тизлегенең мөһимлеген күрсәтә, алар арасында моляр нисбәт DES һәм NADES әзерләүдә иң йогынты ясаучы фактор булган, 2 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә.
Сыну күрсәткече (n) вакуумдагы яктылык тизлегенең икенче, тыгызрак мохиттәге яктылык тизлегенә нисбәтен күрсәтә. Сыну күрсәткече биосенсорлар кебек оптик сизгер кушымталарны караганда табигый тирән эвтектик эреткечләр (NADES) өчен аеруча кызыклы. Тикшерелгән NADESның 25 °C температурадагы сыну күрсәткече 1,452 тәшкил итте, бу глицеринныкыннан кызыклы рәвештә түбәнрәк.
Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, NADESның сыну күрсәткече температура белән кими, һәм бу тенденцияне (1) формула һәм 3 нче рәсем белән төгәл тасвирларга мөмкин, абсолют уртача процент хатасы (AMPE) 0% ка җитә. Бу температурага бәйле үзенчәлек югары температураларда ябышлык һәм тыгызлык кимүе белән аңлатыла, бу яктылыкның мохит аша югарырак тизлектә үтүенә китерә, нәтиҗәдә сыну күрсәткече (n) кыйммәте түбәнәя. Бу нәтиҗәләр NADESның оптик сизүдә стратегик кулланылышы турында кыйммәтле мәгълүмат бирә, аларның биосенсор куллану мөмкинлекләрен күрсәтә.
Сыек өслекнең үз мәйданын минимальләштерү тенденциясен чагылдырган өслек киеренкелеге табигый тирән эвтектик эреткечләрнең (NADES) капилляр басымга нигезләнгән кушымталар өчен яраклылыгын бәяләүдә зур әһәмияткә ия. 25–60 °C температура диапазонында өслек киеренкелеген өйрәнү кыйммәтле мәгълүмат бирә. 25 °C температурада лимон кислотасы нигезендәге NADESның өслек киеренкелеге 55,42 мН/м тәшкил иткән, бу су һәм глицеринга караганда күпкә түбәнрәк. 4 нче рәсемдә температура арткан саен өслек киеренкелеге сизелерлек кими икәнлеге күрсәтелгән. Бу күренешне молекуляр кинетик энергия артуы һәм аннан соң молекулалар арасындагы җәлеп итү көчләренең кимүе белән аңлатырга мөмкин.
Өйрәнелгән NADES'та күзәтелгән өслек киеренкелегенең сызыклы кимү тенденциясен (2) тигезләмә белән яхшы күрсәтергә мөмкин, ул 25–60 °C температура диапазонындагы төп математик бәйләнешне күрсәтә. 4 нче рәсемдәге графикта температура белән өслек киеренкелеге тенденциясе ачык күрсәтелгән, абсолют уртача процент хатасы (AMPE) 1,4% тәшкил итә, бу хәбәр ителгән өслек киеренкелеге кыйммәтләренең төгәллеген санлы рәвештә күрсәтә. Бу нәтиҗәләр NADES'ның үз-үзен тотышын һәм аның мөмкин булган кулланылышларын аңлау өчен мөһим әһәмияткә ия.
Табигый тирән эвтектик эреткечләрнең (NADES) тыгызлык динамикасын аңлау, аларны күп санлы фәнни тикшеренүләрдә куллануны җиңеләйтү өчен бик мөһим. Лимон кислотасы нигезендәге NADESның 25°C температурадагы тыгызлыгы 1,361 г/см3 тәшкил итә, бу төп глицерин тыгызлыгыннан югарырак. Бу аерманы глицеринга водород бәйләнеше акцепторы (лимон кислотасы) өстәлү белән аңлатырга мөмкин.
Мисал итеп, цитрат нигезендәге NADESны алсак, аның тыгызлыгы 60°C температурада 1,19 г/см3 га кадәр төшә. Җылыту вакытында кинетик энергиянең артуы NADES молекулаларының таралуына китерә, бу аларның зуррак күләмне биләвенә китерә, нәтиҗәдә тыгызлык кимүенә китерә. Күзәтелгән тыгызлык кимүе температура арту белән билгеле бер сызыклы корреляцияне күрсәтә, аны (3) формула белән дөрес күрсәтергә мөмкин. 5 нче рәсемдә NADES тыгызлыгы үзгәрүенең бу үзенчәлекләре график рәвештә 1,12% абсолют уртача процент хатасы (AMPE) белән күрсәтелгән, бу күрсәтелгән тыгызлык кыйммәтләренең төгәллеген санлы үлчәү мөмкинлеген бирә.
Ябышлылык - хәрәкәттәге сыеклыкның төрле катламнары арасындагы җәлеп итү көче һәм төрле кулланылышларда табигый тирән эвтектик эреткечләрнең (NADES) кулланылышын аңлауда төп роль уйный. 25 °C температурада NADESның ябышлыгы 951 cP тәшкил иткән, бу глицеринныкыннан югарырак.
Температура арткан саен ябышлыкның кимүе, нигездә, молекулаара җәлеп итү көчләренең кимүе белән аңлатыла. Бу күренеш сыеклыкның ябышлыгы кимүгә китерә, бу тенденция 6 нчы рәсемдә ачык күрсәтелгән һәм (4) тигезләмә белән санлаштырылган. Шунысы игътибарга лаек, 60°C температурада ябышлык 898 cP га кадәр төшә, гомуми уртача процент хатасы (AMPE) 1,4% тәшкил итә. NADES'тагы ябышлыкка һәм температурага бәйлелекне җентекләп аңлау аны гамәли куллану өчен бик мөһим.
Водород ионнары концентрациясенең тискәре логарифмы белән билгеләнә торган эремәнең рН дәрәҗәсе бик мөһим, бигрәк тә ДНК синтезы кебек рНга сизгер кушымталарда, шуңа күрә NADESның рН дәрәҗәсен куллану алдыннан җентекләп өйрәнергә кирәк. Мисал итеп, лимон кислотасы нигезендәге NADESны алсак, 1,91 гә тигез ачык кислоталы рН күзәтелергә мөмкин, бу глицеринның чагыштырмача нейтраль рН дәрәҗәсенә кискен каршы килә.
Кызыклысы шунда ки, табигый лимон кислотасы дегидрогеназасы эри торган эреткечнең (NADES) рН дәрәҗәсе температура арткан саен сызыклы булмаган кимү тенденциясен күрсәтте. Бу күренеш эремәдәге H+ балансын бозучы молекуляр тирбәнешләрнең артуы белән бәйле, бу [H]+ ионнары барлыкка килүенә һәм, үз чиратында, рН кыйммәтенең үзгәрүенә китерә. Лимон кислотасының табигый рН дәрәҗәсе 3 тән 5 кә кадәр булса, глицеринде кислоталы водород булу рН дәрәҗәсен тагын да 1,91 гә кадәр төшерә.
25–60 °C температура диапазонында цитрат нигезендәге NADES-ның pH үзенчәлеген (5) тигезләмә белән күрсәтергә мөмкин, ул күзәтелгән pH тенденциясе өчен математик гыйбарә бирә. 7 нче рәсемдә бу кызыклы бәйләнеш график рәвештә күрсәтелгән, температураның NADES-ның pH дәрәҗәсенә йогынтысы күрсәтелгән, ул AMPE өчен 1,4% дип хәбәр ителә.
Табигый лимон кислотасы тирән эвтектик эреткечнең (NADES) термогравиметрик анализы (TGA) бүлмә температурасыннан алып 500 °C кадәр температура диапазонында системалы рәвештә үткәрелде. 8a һәм b рәсемнәреннән күренгәнчә, 100 °C кадәр башлангыч масса югалту, нигездә, сеңдерелгән су һәм лимон кислотасы һәм саф глицерин белән бәйле гидратация суы аркасында булды. 180 °C кадәр якынча 88% масса саклануы күзәтелде, бу, нигездә, лимон кислотасының аконит кислотасына таркалуы һәм аннан соң алга таба җылытканда метилмалеин ангидриды (III) барлыкка килүе белән бәйле (8b рәсем). 180 °C тан югарырак температурада, 8b37 рәсемдә күрсәтелгәнчә, глицеринде акролеин (акрилальдегид) ачык күренүе дә күзәтелергә мөмкин.
Глицеринның термогравиметрик анализы (TGA) ике этаплы масса югалту процессын ачыклады. Башлангыч этап (180 дән 220 °C га кадәр) акролеин формалашуын үз эченә ала, аннан соң 230 дән 300 °C га кадәр югары температурада зур масса югалту күзәтелә (8a рәсем). Температура арткан саен, ацетальдегид, углекислый газ, метан һәм водород бер-бер артлы барлыкка килә. Шунысы игътибарга лаек, 300 °C температурада массаның нибары 28% ы гына сакланган, бу NADES 8(a)38,39ның эчке үзлекләре кимчелекле булырга мөмкин дигән фикерне күрсәтә.
Яңа химик бәйләнешләр барлыкка килүе турында мәгълүмат алу өчен, табигый тирән эвтектик эреткечләрнең (NADES) яңа әзерләнгән суспензияләре Фурье трансформациясе инфракызыл спектроскопиясе (FTIR) ярдәмендә анализланды. Анализ NADES суспензиясенең спектрын саф лимон кислотасы (CA) һәм глицерин (Gly) спектрлары белән чагыштыру юлы белән башкарылды. CA спектры 1752 1/см2 һәм 1673 1/см2 да ачык пиклар күрсәтте, алар C=O бәйләнешенең сузылу тибрәнүләрен күрсәтә һәм шулай ук ​​CA өчен характерлы. Моннан тыш, 9 нчы рәсемдә күрсәтелгәнчә, бармак эзе өлкәсендә 1360 1/см2 да OH бөкләнү тибрәнүенең сизелерлек үзгәреше күзәтелде.
Шулай ук, глицерин очрагында, OH сузылу һәм бөкләнү тибрәнүләренең күчүләре 3291 1/см һәм 1414 1/см дулкын саннарында ачыкланды. Хәзер, әзерләнгән NADES спектрын анализлау нәтиҗәсендә, спектрда сизелерлек күчү ачыкланды. 7 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, C=O бәйләнешенең сузылу тибрәнүе 1752 1/см-1дан 1720 1/см-1га, ә глицеринның -OH бәйләнешенең бөкләнү тибрәнүе 1414 1/см-1дан 1359 1/см-1га күчте. Дулкын саннарындагы бу күчүләр электротискәрелекнең үзгәрүен күрсәтә, бу NADES структурасында яңа химик бәйләнешләр барлыкка килүен күрсәтә.