واکاوی مکانیزم عملکرد افزودنی‌های زیست‌بنیان در سیالات حفاری با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

در صنعت حفاری نفت و گاز، پایداری رئولوژیکی و کنترل هرزروی سیال در شرایط فشار و دمای بالا (hpht) از چالش‌های بنیادین محسوب می‌شود. با توجه به محدودیت‌های زیست‌محیطی سیالات پایه روغنی و ناپایداری حرارتی پلیمرهای مصنوعی در سیالات پایه آب، رویکرد صنعت به سمت بهره‌گیری از افزودنی‌های طبیعی (lcms) تغییر یافته است. این پژوهش با هدف بررسی مکانیزم‌های مولکولی تاثیر الیاف نارگیل، خاک‌اره چوب کاج و خاک‌اره زغال چوب بر خواص رئولوژیکی و فیلتراسیون سه نوع سیال حفاری (بنتونیت، kcl و پایه روغنی) انجام شده است. بدین منظور از روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی (md) توسط نرم‌افزار lammps استفاده شد تا برهم‌کنش‌های بین‌ذره‌ای و جذب سطحی این مواد بر روی سطح کوارتز (نماینده سنگ مخزن) در مقیاس نانو ارزیابی گردد. نتایج حاصل از تحلیل توابع توزیع شعاعی (rdf) و پروفیل‌های چگالی نشان داد که ساختار متخلخل و فیبری این افزودنی‌ها با ایجاد ممانعت فضایی و پیوندهای واندروالسی قوی با دیواره چاه، منجر به تشکیل کیک گل نفوذناپذیر و بهبود پایداری حرارتی سیال می‌شوند. این مطالعه بینشی عمیق از رفتار میکروسکوپی افزودنی‌های سبز ارائه می‌دهد که در بهینه‌سازی فرمولاسیون سیالات حفاری موثر است.

analyzing the mechanism of action of bio-based additives in drilling fluids through molecular dynamics simulation

in the oil- and gas-drilling industry, maintaining rheological stability and controlling fluid loss under high-pressure/high-temperature (hpht) conditions remain fundamental challenges. environmental restrictions on oil-based muds and the thermal instability of synthetic polymers in water-based systems have shifted industry attention toward natural loss-circulation materials (lcms). this study investigates, at the molecular level, how coconut fiber, pine sawdust, and charcoal sawdust influence the rheological and filtration behavior of three drilling-fluid types: bentonite, kcl, and oil-based muds. molecular-dynamics (md) simulations were performed with lammps to quantify the inter-particle interactions and surface adsorption of these additives on a quartz substrate (a representative for reservoir rock) at the nanoscale. radial distribution function (rdf) analysis and density profiles reveal that the fibrous, porous architecture of the bio-additives creates steric hindrance and strong van-der-waals bonding with the borehole surface, yielding an impermeable filter cake and enhanced thermal stability of the fluid. the findings provide microscopic insight into the action of green additives, offering a rational basis for optimizing drilling-fluid formulation.