Abstract This paper investigates the rheological properties of methylcellulose-silica-ionic liquid nanocomposite (2-MCPS-MC) on the rheological properties (apparent viscosity (AV), plastic viscosity (PV), yield point (YP), 10-s gel strength, 10-min gel strength, and thixotropy according to API requirements) of water-based mud, and comparing these properties with the properties of the silica-free methylcellulose (MC) as drilling fluid additive. The physicochemical properties of the MC and 2-MCPS-MC compounds were studied using 1H NMR, FTIR, Raman-spectroscopy, XRD, FE-SEM, AFM, and TGA. By FE-SEM and AFM, it is proven that the silica had an excellent dispersion in a spherical shape on the MC polymer. Three samples were prepared: the first is the commercial water-based mud, while the second and the third samples are MC and 2-MCPS-MC, respectively. The samples of MC were prepared in four concentrations (2%, 1.5%, 1.0% and 0.5% by weight). Throughout the test, density remained at 7.6 (lbs/gal) for mud fluid and 8.5 (lbs/gal) for MC and 2-MCPS-MC at pH 9.0. The results confirmed that the optimum concentration of MC and 2-MCPS-MC, which meet the required API code, was between 1 and 1.5%. The addition of 2-MCPS-MC to water-based mud enhances filtration properties. Response surface technique (RSM) with central composite design (CCD) was also used to optimize the drilling fluid properties to achieve the optimal response to AV, PV, YP, Gl, and Thixotropic using a Design expert software. The results obtained by RSM showed consistency between the experimental and theoretical data.

中文翻译：

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制备具有适当热稳定性和良好耐盐性的离子液体-纤维素-二氧化硅水凝胶作为潜在钻井液

摘要 本文研究了甲基纤维素-二氧化硅-离子液体纳米复合材料（2-MCPS-MC）的流变特性（表观粘度（AV）、塑性粘度（PV）、屈服点（YP）、10-s凝胶强度）。 、10 分钟凝胶强度和 API 要求的触变性），并将这些特性与作为钻井液添加剂的无硅甲基纤维素 (MC) 的特性进行比较。使用 1H NMR、FTIR、拉曼光谱、XRD、FE-SEM、AFM 和 TGA 研究了 MC 和 2-MCPS-MC 化合物的理化性质。通过FE-SEM和AFM，证明二氧化硅在MC聚合物上具有良好的球形分散性。制备了三个样品：第一个是商业水基泥浆，而第二个和第三个样品分别是MC和2-MCPS-MC。MC 样品制备成四种浓度（按重量计 2%、1.5%、1.0% 和 0.5%）。在整个测试过程中，在 pH 9.0 时，泥浆流体的密度保持在 7.6（磅/加仑），MC 和 2-MCPS-MC 的密度保持在 8.5（磅/加仑）。结果证实，符合API规范要求的MC和2-MCPS-MC的最佳浓度在1%到1.5%之间。将 2-MCPS-MC 添加到水基泥浆中可增强过滤性能。还使用具有中心复合设计 (CCD) 的响应面技术 (RSM) 来优化钻井液特性，以使用 Design 专家软件实现对 AV、PV、YP、GI 和触变性的最佳响应。RSM 获得的结果表明实验和理论数据之间的一致性。在 pH 9.0 时，泥浆流体的密度保持在 7.6（磅/加仑），MC 和 2-MCPS-MC 的密度保持在 8.5（磅/加仑）。结果证实，符合API规范要求的MC和2-MCPS-MC的最佳浓度在1%到1.5%之间。将 2-MCPS-MC 添加到水基泥浆中可增强过滤性能。还使用具有中心复合设计 (CCD) 的响应面技术 (RSM) 来优化钻井液特性，以使用 Design 专家软件实现对 AV、PV、YP、GI 和触变性的最佳响应。RSM 获得的结果表明实验和理论数据之间的一致性。在 pH 9.0 时，泥浆流体的密度保持在 7.6（磅/加仑），MC 和 2-MCPS-MC 的密度保持在 8.5（磅/加仑）。结果证实，符合API规范要求的MC和2-MCPS-MC的最佳浓度在1%到1.5%之间。将 2-MCPS-MC 添加到水基泥浆中可增强过滤性能。还使用具有中心复合设计 (CCD) 的响应面技术 (RSM) 来优化钻井液特性，以使用 Design 专家软件实现对 AV、PV、YP、GI 和触变性的最佳响应。RSM 获得的结果表明实验和理论数据之间的一致性。将 2-MCPS-MC 添加到水基泥浆中可增强过滤性能。还使用具有中心复合设计 (CCD) 的响应面技术 (RSM) 来优化钻井液特性，以使用 Design 专家软件实现对 AV、PV、YP、GI 和触变性的最佳响应。RSM 获得的结果表明实验和理论数据之间的一致性。将 2-MCPS-MC 添加到水基泥浆中可增强过滤性能。还使用具有中心复合设计 (CCD) 的响应面技术 (RSM) 来优化钻井液特性，以使用 Design 专家软件实现对 AV、PV、YP、GI 和触变性的最佳响应。RSM 获得的结果表明实验和理论数据之间的一致性。