نشكركم على زيارة موقع nature.com. يُعاني متصفحكم من محدودية دعم CSS. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام أحدث إصدار من المتصفح (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). بالإضافة إلى ذلك، ولضمان استمرار الدعم، لن يتضمن هذا الموقع أنماط CSS أو JavaScript.
يُسبب تمدد الصخر الزيتي في المكامن الرسوبية مشاكل كبيرة، مما يؤدي إلى عدم استقرار جدار البئر. ولأسباب بيئية، يُفضل استخدام سائل حفر مائي مُضاف إليه مثبطات للصخر الزيتي على سائل الحفر الزيتي. وقد حظيت السوائل الأيونية باهتمام كبير كمثبطات للصخر الزيتي نظرًا لخصائصها القابلة للتعديل وخصائصها الكهروستاتيكية القوية. ومع ذلك، فقد ثبت أن السوائل الأيونية القائمة على الإيميدازوليل، والتي تُستخدم على نطاق واسع في سوائل الحفر، سامة وغير قابلة للتحلل الحيوي ومكلفة. وتُعتبر المذيبات اليوتكتيكية العميقة بديلاً أكثر فعالية من حيث التكلفة وأقل سمية من السوائل الأيونية، لكنها لا تزال قاصرة عن تحقيق الاستدامة البيئية المطلوبة. وقد أدت التطورات الحديثة في هذا المجال إلى ظهور المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية، المعروفة بصداقتها الحقيقية للبيئة. وقد بحثت هذه الدراسة في المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية، التي تحتوي على حمض الستريك (كمستقبل للرابطة الهيدروجينية) والجلسرين (كمانح للرابطة الهيدروجينية) كمضافات لسائل الحفر. طُوِّرت سوائل الحفر القائمة على مذيبات اليوتكتيك العميق الطبيعية (NADES) وفقًا لمعيار API 13B-1، وقُورنت كفاءتها بسوائل الحفر القائمة على كلوريد البوتاسيوم، والسوائل الأيونية القائمة على الإيميدازوليوم، وسوائل الحفر القائمة على كلوريد الكولين: اليوريا-DES. وتم وصف الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمذيبات اليوتكتيك العميق الطبيعية (NADES) بالتفصيل. وخلال الدراسة، جرى تقييم الخصائص الريولوجية، وفقدان السوائل، وخصائص تثبيط الصخر الزيتي لسائل الحفر، وأظهرت النتائج أنه عند تركيز 3% من مذيبات اليوتكتيك العميق الطبيعية (NADES)، زادت نسبة إجهاد الخضوع إلى اللزوجة البلاستيكية (YP/PV)، وانخفض سُمك طبقة الطين بنسبة 26%، وانخفض حجم الرشاحة بنسبة 30.1%. والجدير بالذكر أن مذيبات اليوتكتيك العميق الطبيعية (NADES) حققت معدل تثبيط تمدد مذهلًا بلغ 49.14%، وزادت إنتاج الصخر الزيتي بنسبة 86.36%. تُعزى هذه النتائج إلى قدرة مذيبات اليوتكتيك الطبيعية العميقة (NADES) على تعديل النشاط السطحي، وجهد زيتا، والمسافة بين طبقات الطين، وهي عوامل نناقشها في هذه الورقة لفهم الآليات الكامنة وراءها. من المتوقع أن يُحدث سائل الحفر المستدام هذا ثورة في صناعة الحفر من خلال توفير بديل غير سام، وفعال من حيث التكلفة، وعالي الكفاءة لمثبطات تآكل الصخر الزيتي التقليدية، مما يمهد الطريق لممارسات حفر صديقة للبيئة.
يُعدّ الصخر الزيتي صخرًا متعدد الاستخدامات، فهو مصدر ومخزن للهيدروكربونات، وتوفر بنيته المسامية¹ إمكانية إنتاج وتخزين هذه الموارد القيّمة. مع ذلك، فإن الصخر الزيتي غني بالمعادن الطينية مثل المونتموريلونيت والسميكتيت والكاولينيت والإيليت، مما يجعله عرضةً للتمدد عند تعرضه للماء، الأمر الذي يؤدي إلى عدم استقرار جدار البئر أثناء عمليات الحفر²،³. قد تُسبب هذه المشكلات فترات توقف غير إنتاجية ومجموعة من المشكلات التشغيلية، بما في ذلك انحشار الأنابيب، وفقدان دوران الطين، وانهيار جدار البئر، وتلوث المثقاب، مما يزيد من وقت وتكلفة الاستخراج. تقليديًا، كانت سوائل الحفر الزيتية الخيار المفضل لتكوينات الصخر الزيتي لقدرتها على مقاومة تمدد الصخر الزيتي⁴. مع ذلك، ينطوي استخدام سوائل الحفر الزيتية على تكاليف أعلى ومخاطر بيئية. وقد تم النظر في سوائل الحفر الاصطناعية كبديل، لكن ملاءمتها لدرجات الحرارة العالية غير مُرضية. تُعدّ سوائل الحفر المائية (WBDF) حلاً جذاباً لكونها أكثر أماناً، وصديقة للبيئة، وأقل تكلفة من سوائل الحفر الزيتية (OBDF5). وقد استُخدمت مثبطات مختلفة للصخر الزيتي لتعزيز قدرة سوائل الحفر المائية على تثبيط الصخر الزيتي، بما في ذلك المثبطات التقليدية مثل كلوريد البوتاسيوم، والجير، والسيليكات، والبوليمر. إلا أن هذه المثبطات تعاني من قيود من حيث الفعالية والأثر البيئي، لا سيما بسبب التركيز العالي لأيونات البوتاسيوم (K+) في مثبطات كلوريد البوتاسيوم وحساسية السيليكات لدرجة الحموضة. وقد استكشف الباحثون إمكانية استخدام السوائل الأيونية كمضافات لسوائل الحفر لتحسين خواصها الريولوجية ومنع انتفاخ الصخر الزيتي وتكوّن الهيدرات. مع ذلك، فإن هذه السوائل الأيونية، وخاصة تلك التي تحتوي على كاتيونات الإيميدازوليل، سامة عموماً، وباهظة الثمن، وغير قابلة للتحلل الحيوي، وتتطلب عمليات تحضير معقدة. ولحل هذه المشكلات، بدأ البحث عن بديل أكثر اقتصادية وصديقاً للبيئة، مما أدى إلى ظهور المذيبات اليوتكتيكية العميقة (DES). المذيبات اليوتكتيكية العميقة (DES) هي مزيج يوتكتيكي يتكون من مانح رابطة هيدروجينية (HBD) ومستقبل رابطة هيدروجينية (HBA) بنسبة مولية ودرجة حرارة محددتين. تتميز هذه المزيجات اليوتكتيكية بانخفاض درجة انصهارها مقارنةً بمكوناتها الفردية، ويعود ذلك أساسًا إلى عدم تمركز الشحنة الناتج عن الروابط الهيدروجينية. وتلعب عوامل عديدة، منها طاقة الشبكة البلورية، وتغير الإنتروبيا، والتفاعلات بين الأنيونات ومانح الرابطة الهيدروجينية، دورًا رئيسيًا في خفض درجة انصهار المذيبات اليوتكتيكية العميقة.
في دراسات سابقة، أُضيفت مواد مختلفة إلى سائل الحفر المائي لحل مشكلة تمدد الصخر الزيتي. على سبيل المثال، أضاف أوفاي وزملاؤه كلوريد 1-بيوتيل-3-ميثيل إيميدازوليوم (BMIM-Cl)، مما قلل بشكل ملحوظ من سُمك طبقة الطين (حتى 50%) وخفض قيمة YP/PV بمقدار 11 عند درجات حرارة مختلفة. استخدم هوانغ وزملاؤه سوائل أيونية (وتحديدًا بروميد 1-هكسيل-3-ميثيل إيميدازوليوم وبروميد 1،2-بيس(3-هكسيل إيميدازول-1-يل)إيثان) مع جزيئات Na-Bt، مما قلل بشكل ملحوظ من انتفاخ الصخر الزيتي بنسبة 86.43% و94.17% على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، قام يانغ وزملاؤه... استُخدم بروميد 1-فينيل-3-دوديسيل إيميدازوليوم وبروميد 1-فينيل-3-تتراديسيل إيميدازوليوم لتقليل انتفاخ الصخر الزيتي بنسبة 16.91% و5.81% على التوالي.¹³ كما استخدم يانغ وآخرون بروميد 1-فينيل-3-إيثيل إيميدازوليوم وخفضوا تمدد الصخر الزيتي بنسبة 31.62% مع الحفاظ على استخلاص الصخر الزيتي عند 40.60%.¹⁴ بالإضافة إلى ذلك، استخدم لو وآخرون رباعي فلوروبورات 1-أوكتيل-3-ميثيل إيميدازوليوم لتقليل انتفاخ الصخر الزيتي بنسبة 80%.^{15، 16} واستخدم داي وآخرون بوليمرات مشتركة من السوائل الأيونية لتثبيط الصخر الزيتي وحققوا زيادة بنسبة 18% في الاستخلاص الخطي مقارنةً بمثبطات الأمين.¹⁷
تُعاني السوائل الأيونية نفسها من بعض العيوب، مما دفع العلماء للبحث عن بدائل أكثر ملاءمة للبيئة، ومن هنا وُلدت المذيبات اليوتكتيكية العميقة (DES). كان هانجيا أول من استخدم المذيبات اليوتكتيكية العميقة (DES) المكونة من كلوريد الفينيل وحمض البروبيونيك (1:1)، وكلوريد الفينيل وحمض 3-فينيل بروبيونيك (1:2)، وحمض 3-مركابتوبروبيونيك + حمض الإيتاكونيك + كلوريد الفينيل (1:1:2)، والتي أدت إلى تثبيط انتفاخ البنتونيت بنسبة 68% و58% و58% على التوالي.¹⁸ في تجربة حرة، استخدم محمد رسول نسبة 2:1 من الجلسرين وكربونات البوتاسيوم (DES) وخفض بشكل ملحوظ انتفاخ عينات الصخر الزيتي بنسبة 87%.^19،20 استخدم ما اليوريا: كلوريد الفينيل لخفض تمدد الصخر الزيتي بشكل ملحوظ بنسبة 67%.²¹ تم استخدام مزيج من DES والبوليمر كمثبط مزدوج المفعول للصخر الزيتي، والذي حقق تأثيرًا ممتازًا في تثبيط الصخر الزيتي 22.
على الرغم من أن المذيبات اليوتكتيكية العميقة (DES) تُعتبر عمومًا بديلاً أكثر استدامةً من السوائل الأيونية، إلا أنها تحتوي أيضًا على مكونات سامة محتملة مثل أملاح الأمونيوم، مما يجعل مدى ملاءمتها للبيئة موضع شك. وقد أدت هذه المشكلة إلى تطوير المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES). لا تزال هذه المذيبات تُصنف ضمن فئة DES، ولكنها تتكون من مواد وأملاح طبيعية، بما في ذلك كلوريد البوتاسيوم (KCl)، وكلوريد الكالسيوم (CaCl2)، وملح إبسوم (MgSO4.7H2O)، وغيرها. يُتيح التنوع الكبير في تركيبات DES وNADES مجالًا واسعًا للبحث في هذا المجال، ومن المتوقع أن تجد تطبيقات في مجالات متنوعة. وقد نجح العديد من الباحثين في تطوير تركيبات جديدة من DES أثبتت فعاليتها في تطبيقات مختلفة. على سبيل المثال، قام ناصر وآخرون (2013) بتصنيع مذيب يوتكتيكي عميق قائم على كربونات البوتاسيوم، ودرسوا خصائصه الحرارية الفيزيائية، والتي وُجدت لها لاحقًا تطبيقات في مجالات تثبيط الهيدرات، ومضافات سوائل الحفر، وإزالة اللجنين، والتفتيت النانوي. قام جوردي كيم وزملاؤه بتطوير مذيبات يوتكتيكية عميقة طبيعية (NADES) قائمة على حمض الأسكوربيك، وقاموا بتقييم خصائصها المضادة للأكسدة في تطبيقات متنوعة. كما قام كريستر وآخرون بتطوير مذيبات يوتكتيكية عميقة طبيعية (NADES) قائمة على حمض الستريك، وحددوا إمكاناتها كمادة مساعدة لمنتجات الكولاجين. وفي مراجعة شاملة، لخص ليو يي وزملاؤه تطبيقات المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) كوسائط للاستخلاص والكروماتوغرافيا، بينما ناقش ميسان وآخرون التطبيقات الناجحة لهذه المذيبات في قطاع الأغذية الزراعية. ومن الضروري أن يبدأ الباحثون في مجال سوائل الحفر بالاهتمام بفعالية المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) في تطبيقاتهم. وفي عام 2023، استخدم رسول وآخرون تركيبات مختلفة من المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية القائمة على حمض الأسكوربيك، وكلوريد الكالسيوم، وكلوريد البوتاسيوم، وملح إبسوم، وحققوا تثبيطًا ملحوظًا للصخر الزيتي واستخلاصًا فعالًا له. تُعد هذه الدراسة واحدة من أوائل الدراسات التي قدمت NADES (وخاصة التركيبة القائمة على حمض الستريك والجلسرين) كمثبط فعال وصديق للبيئة للصخر الزيتي في سوائل الحفر المائية، والتي تتميز بثبات بيئي ممتاز، وقدرة محسنة على تثبيط الصخر الزيتي، وأداء سائل محسن مقارنة بالمثبطات التقليدية مثل كلوريد البوتاسيوم، والسوائل الأيونية القائمة على الإيميدازوليل، وDES التقليدية.
ستتضمن الدراسة تحضير مذيبات يوتكتيكية عميقة طبيعية (NADES) داخل المختبر باستخدام حمض الستريك (CA)، يليه توصيف فيزيائي وكيميائي مفصل، واستخدامها كمادة مضافة لسائل الحفر لتقييم خصائص سائل الحفر وقدرته على تثبيط التورم. في هذه الدراسة، سيعمل حمض الستريك كمستقبل للرابطة الهيدروجينية، بينما سيعمل الجلسرين كمانح لها، وذلك بناءً على معايير الفرز الخاصة بـ MH لتكوين/اختيار مذيبات NADES في دراسات تثبيط التورم في الصخر الزيتي. ستوضح قياسات مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) وحيود الأشعة السينية (XRD) وقياسات جهد زيتا (ZP) تفاعلات مذيبات NADES مع الطين، والآلية الكامنة وراء تثبيط تورم الطين. بالإضافة إلى ذلك، ستقارن هذه الدراسة سائل الحفر القائم على CA NADES مع DES32 القائم على 1-إيثيل-3-ميثيل إيميدازوليوم كلوريد [EMIM]Cl7,12,14,17,31، KCl وكلوريد الكولين: اليوريا (1:2) للتحقق من فعاليتهما في تثبيط الصخر الزيتي وتحسين أداء سائل الحفر.
تم شراء حمض الستريك (أحادي الهيدرات)، والجليسرول (99% USP)، واليوريا من شركة إيفا كيم، كوالالمبور، ماليزيا. أما كلوريد الكولين (>98%)، و[EMIM]Cl 98%، وكلوريد البوتاسيوم، فقد تم شراؤها من شركة سيجما ألدريتش، ماليزيا. يوضح الشكل 1 التركيب الكيميائي لجميع المواد الكيميائية. ويقارن المخطط الأخضر بين المواد الكيميائية الرئيسية المستخدمة في هذه الدراسة: سائل إيميدازوليل الأيوني، وكلوريد الكولين (مذيب يوتكتيكي عميق)، وحمض الستريك، والجليسرول، وكلوريد البوتاسيوم، ومذيبات يوتكتيكية عميقة طبيعية (حمض الستريك والجليسرول). ويُعرض جدول مدى ملاءمة المواد الكيميائية المستخدمة في هذه الدراسة للبيئة في الجدول 1. ويُصنف كل مركب كيميائي في هذا الجدول بناءً على سميته، وقابليته للتحلل البيولوجي، وتكلفته، واستدامته البيئية.
التركيبات الكيميائية للمواد المستخدمة في هذه الدراسة: (أ) حمض الستريك، (ب) [EMIM]Cl، (ج) كلوريد الكولين، و (د) الجلسرين.
تم اختيار المرشحين لروابط الهيدروجين المانحة (HBD) والمستقبلة (HBA) لتطوير مذيبات اليوتكتيك العميق الطبيعي (NADES) القائمة على حمض الستريك (CA) بعناية وفقًا لمعايير الاختيار MH 30، والتي تهدف إلى تطوير مذيبات اليوتكتيك العميق الطبيعي (NADES) كمثبطات فعالة لتكوين الصخر الزيتي. وبناءً على هذا المعيار، تُعتبر المكونات التي تحتوي على عدد كبير من روابط الهيدروجين المانحة والمستقبلة، بالإضافة إلى المجموعات الوظيفية القطبية، مناسبة لتطوير مذيبات اليوتكتيك العميق الطبيعي (NADES).
بالإضافة إلى ذلك، تم اختيار السائل الأيوني [EMIM]Cl ومذيب اليوتكتيك العميق (DES) المكون من كلوريد الكولين واليوريا للمقارنة في هذه الدراسة نظرًا لاستخدامهما على نطاق واسع كمضافات لسوائل الحفر 33، 34، 35، 36. كما تمت مقارنة كلوريد البوتاسيوم (KCl) لأنه مثبط شائع.
تم مزج حمض الستريك والجلسرين بنسب مولية مختلفة للحصول على مخاليط يوتكتيكية. أظهر الفحص البصري أن الخليط اليوتكتيكي كان سائلاً متجانساً وشفافاً خالياً من العكارة، مما يشير إلى نجاح مزج مانح الرابطة الهيدروجينية (HBD) ومستقبل الرابطة الهيدروجينية (HBA) في هذا التركيب اليوتكتيكي. أُجريت تجارب أولية لمراقبة سلوك عملية مزج HBD وHBA تبعاً لدرجة الحرارة. وفقاً للمراجع المتاحة، تم تقييم نسبة المخاليط اليوتكتيكية عند ثلاث درجات حرارة محددة أعلى من 50 درجة مئوية، و70 درجة مئوية، و100 درجة مئوية، مما يشير إلى أن درجة حرارة اليوتكتيك عادةً ما تكون في نطاق 50-80 درجة مئوية. استُخدم ميزان رقمي من نوع ميتلر لوزن مكونات HBD وHBA بدقة، واستُخدمت صفيحة تسخين من نوع ثيرمو فيشر لتسخين وتحريك HBD وHBA بسرعة 100 دورة في الدقيقة في ظل ظروف مضبوطة.
تم قياس الخصائص الفيزيائية الحرارية للمذيب اليوتكتيكي العميق (DES) المُصنّع بدقة، بما في ذلك الكثافة والتوتر السطحي ومعامل الانكسار واللزوجة، ضمن نطاق درجة حرارة يتراوح بين 289.15 و333.15 كلفن. تجدر الإشارة إلى أن اختيار هذا النطاق الحراري جاء أساسًا نظرًا لمحدودية المعدات المتوفرة. شمل التحليل الشامل دراسة معمقة لمختلف الخصائص الفيزيائية الحرارية لتركيبة المذيب اليوتكتيكي العميق الطبيعي (NADES)، كاشفًا عن سلوكها ضمن نطاق درجات الحرارة. يُتيح التركيز على هذا النطاق الحراري تحديدًا فهمًا أعمق لخصائص المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) ذات الأهمية الخاصة في العديد من التطبيقات.
تم قياس التوتر السطحي لمحلول NADES المُحضّر حديثًا في نطاق درجات حرارة يتراوح بين 289.15 و333.15 كلفن باستخدام مقياس التوتر السطحي (IFT700). تتشكل قطرات NADES في حجرة مملوءة بكمية كبيرة من السائل باستخدام إبرة شعرية تحت ظروف محددة من درجة الحرارة والضغط. تُدخل أنظمة التصوير الحديثة معايير هندسية مناسبة لحساب التوتر السطحي باستخدام معادلة لابلاس.
استُخدم مقياس انكسار ATAGO لتحديد معامل انكسار محاليل اليوتكتيكية الطبيعية (NADES) المُحضّرة حديثًا ضمن نطاق درجة حرارة يتراوح بين 289.15 و333.15 كلفن. يستخدم الجهاز وحدة حرارية لتنظيم درجة الحرارة لتقدير درجة انكسار الضوء، مما يُغني عن الحاجة إلى حمام مائي ذي درجة حرارة ثابتة. يجب تنظيف سطح موشور مقياس الانكسار وتوزيع محلول العينة عليه بالتساوي. يُعاير الجهاز باستخدام محلول قياسي معروف، ثم تُقرأ قيمة معامل الانكسار من الشاشة.
تم قياس لزوجة المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) المُحضّرة حديثًا ضمن نطاق درجة حرارة يتراوح بين 289.15 و333.15 كلفن باستخدام مقياس لزوجة دوراني من نوع بروكفيلد (من النوع المبرد) عند معدل قص 30 دورة في الدقيقة وحجم مغزل 6. يقيس مقياس اللزوجة اللزوجة عن طريق تحديد عزم الدوران اللازم لتدوير المغزل بسرعة ثابتة في عينة سائلة. بعد وضع العينة على الشاشة أسفل المغزل وتثبيتها، يعرض مقياس اللزوجة قيمة اللزوجة بوحدة سنتيبواز (cP)، مما يوفر معلومات قيّمة حول الخصائص الريولوجية للسائل.
استُخدم مقياس الكثافة المحمول DMA 35 Basic لتحديد كثافة المذيب اليوتكتيكي العميق الطبيعي المُحضّر حديثًا (NDEES) في نطاق درجة حرارة 289.15-333.15 كلفن. ولأن الجهاز لا يحتوي على سخان داخلي، يجب تسخينه مسبقًا إلى درجة الحرارة المحددة (± 2 درجة مئوية) قبل استخدامه. اسحب ما لا يقل عن 2 مل من العينة عبر الأنبوب، وستظهر الكثافة فورًا على الشاشة. تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لعدم وجود سخان داخلي، فإن نتائج القياس بها هامش خطأ ± 2 درجة مئوية.
لتقييم درجة حموضة المحلول اليوتكتيكي العميق الطبيعي (NADES) المُحضر حديثًا في نطاق درجة حرارة 289.15-333.15 كلفن، استخدمنا جهاز قياس درجة الحموضة المكتبي من كينيس. ولعدم وجود جهاز تسخين مدمج، تم تسخين المحلول أولًا إلى درجة الحرارة المطلوبة (±2 درجة مئوية) باستخدام موقد كهربائي، ثم قياس درجة حرارته مباشرةً باستخدام جهاز قياس درجة الحموضة. يُغمر مسبار جهاز قياس درجة الحموضة بالكامل في المحلول، ويُسجل الرقم النهائي بعد استقرار القراءة.
استُخدم التحليل الحراري الوزني (TGA) لتقييم الثبات الحراري للمذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES). وتم تحليل العينات أثناء التسخين. وباستخدام ميزان عالي الدقة ومراقبة عملية التسخين بعناية، تم رسم منحنى يوضح العلاقة بين فقدان الكتلة ودرجة الحرارة. وسُخّنت المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية من 0 إلى 500 درجة مئوية بمعدل درجة مئوية واحدة في الدقيقة.
لبدء العملية، يجب خلط عينة NADES جيدًا وتجانسها وإزالة الرطوبة السطحية منها. ثم توضع العينة المُجهزة في خلية قياس TGA، المصنوعة عادةً من مادة خاملة كالألومنيوم. ولضمان دقة النتائج، تُعاير أجهزة TGA باستخدام مواد مرجعية، عادةً ما تكون معايير وزن. بعد المعايرة، تبدأ تجربة TGA، حيث تُسخّن العينة بطريقة مضبوطة، عادةً بمعدل ثابت. يُعدّ الرصد المستمر للعلاقة بين وزن العينة ودرجة الحرارة جزءًا أساسيًا من التجربة. تجمع أجهزة TGA بيانات عن درجة الحرارة والوزن ومعايير أخرى مثل تدفق الغاز أو درجة حرارة العينة. بعد اكتمال تجربة TGA، تُحلل البيانات المُجمعة لتحديد التغير في وزن العينة كدالة لدرجة الحرارة. تُعدّ هذه المعلومات قيّمة في تحديد نطاقات درجات الحرارة المرتبطة بالتغيرات الفيزيائية والكيميائية في العينة، بما في ذلك عمليات مثل الانصهار والتبخر والأكسدة والتحلل.
تمت صياغة سائل الحفر المائي بعناية وفقًا لمعيار API 13B-1، ويرد تركيبه المحدد في الجدول 2 للرجوع إليه. تم شراء حمض الستريك والجلسرين (99% USP) من شركة سيجما ألدريتش، ماليزيا، لتحضير المذيب اليوتكتيكي العميق الطبيعي (NADES). بالإضافة إلى ذلك، تم شراء مثبط الصخر الزيتي التقليدي، كلوريد البوتاسيوم (KCl)، من شركة سيجما ألدريتش، ماليزيا. تم اختيار كلوريد 1-إيثيل، 3-ميثيل إيميدازوليوم ([EMIM]Cl) بنقاوة تزيد عن 98% نظرًا لتأثيره الكبير في تحسين خواص انسياب سائل الحفر وتثبيط الصخر الزيتي، وهو ما أكدته دراسات سابقة. سيتم استخدام كل من KCl و([EMIM]Cl) في التحليل المقارن لتقييم أداء NADES في تثبيط الصخر الزيتي.
يفضل العديد من الباحثين استخدام رقائق البنتونيت لدراسة انتفاخ الصخر الزيتي، لاحتوائها على نفس مجموعة "المونتموريلونيت" المسؤولة عن هذا الانتفاخ. ويُعدّ الحصول على عينات لبية حقيقية من الصخر الزيتي أمرًا صعبًا، إذ تُزعزع عملية أخذ العينات استقرار الصخر، ما ينتج عنه عينات لا تُشكّل الصخر الزيتي بالكامل، بل تحتوي عادةً على مزيج من طبقات الحجر الرملي والحجر الجيري. إضافةً إلى ذلك، تفتقر عينات الصخر الزيتي عادةً إلى مجموعات المونتموريلونيت المسؤولة عن انتفاخه، وبالتالي فهي غير مناسبة لتجارب تثبيط الانتفاخ.
في هذه الدراسة، استخدمنا جزيئات البنتونيت المُعاد تشكيلها بقطر يبلغ حوالي 2.54 سم. صُنعت الحبيبات بضغط 11.5 غرامًا من مسحوق بنتونيت الصوديوم في مكبس هيدروليكي عند ضغط 1600 رطل لكل بوصة مربعة. قيس سُمك الحبيبات بدقة قبل وضعها في جهاز قياس التمدد الخطي. ثم غُمرت الجزيئات في عينات من سائل الحفر، بما في ذلك عينات أساسية وعينات مُحقونة بمثبطات لمنع انتفاخ الصخر الزيتي. بعد ذلك، رُصد التغير في سُمك الحبيبات بعناية باستخدام جهاز قياس التمدد الخطي، حيث سُجلت القياسات على فترات 60 ثانية لمدة 24 ساعة.
أظهر تحليل حيود الأشعة السينية أن تركيب البنتونيت، وخاصةً مكونه من المونتموريلونيت الذي يشكل 47%، عاملٌ أساسي في فهم خصائصه الجيولوجية. يُعد المونتموريلونيت المكون الرئيسي للبنتونيت، حيث يُمثل 88.6% من إجمالي مكوناته. في المقابل، يُمثل الكوارتز 29%، والإيليت 7%، والكربونات 9%. أما الجزء الصغير (حوالي 3.2%) فهو عبارة عن خليط من الإيليت والمونتموريلونيت. إضافةً إلى ذلك، يحتوي البنتونيت على عناصر نادرة مثل أكسيد الحديد الثلاثي (Fe₂O₃) بنسبة 4.7%، وألومينوسيليكات الفضة بنسبة 1.2%، والمسكوفيت بنسبة 4%، والفوسفات بنسبة 2.3%. كما يحتوي على كميات ضئيلة من أكسيد الصوديوم (Na₂O) بنسبة 1.83% وسيليكات الحديد بنسبة 2.17%، مما يُتيح فهمًا كاملًا للعناصر المكونة للبنتونيت ونسبها.
يتناول هذا القسم الشامل من الدراسة بالتفصيل الخصائص الريولوجية وخصائص الترشيح لعينات سائل الحفر المُحضّرة باستخدام مذيب يوتكتيكي عميق طبيعي (NADES) والمستخدمة كمادة مضافة لسائل الحفر بتراكيز مختلفة (1%، 3%، و5%). ثم قورنت عينات الملاط المُحضّرة باستخدام NADES مع عينات ملاط ​​أخرى تتكون من كلوريد البوتاسيوم (KCl)، ومذيب يوتكتيكي عميق من كلوريد الكولين واليوريا (CC:urea DES)، وسوائل أيونية. شملت الدراسة عددًا من المعايير الرئيسية، بما في ذلك قراءات اللزوجة التي تم الحصول عليها باستخدام مقياس لزوجة FANN قبل وبعد تعريضها لظروف التقادم عند درجتي حرارة 100 و150 درجة مئوية. أُجريت القياسات عند سرعات دوران مختلفة (3، 6، 300، و600 دورة في الدقيقة)، مما أتاح إجراء تحليل شامل لسلوك سائل الحفر. يمكن استخدام البيانات التي تم الحصول عليها لتحديد الخصائص الرئيسية مثل نقطة الخضوع (YP) ولزوجة البلاستيك (PV)، مما يوفر نظرة ثاقبة على أداء السائل في ظل ظروف مختلفة. تحدد اختبارات الترشيح تحت ضغط ودرجة حرارة عاليين (HPHT) عند 400 رطل لكل بوصة مربعة و150 درجة مئوية (درجات حرارة نموذجية في الآبار ذات درجات الحرارة العالية) أداء الترشيح (سُمك طبقة الترشيح وحجم الرشاحة).
يستخدم هذا القسم أحدث المعدات، جهاز قياس التمدد الخطي عالي الضغط ودرجة الحرارة من جريس (M4600)، لتقييم خصائص تثبيط انتفاخ الصخر الزيتي لسوائل الحفر المائية لدينا تقييمًا دقيقًا. يتكون جهاز قياس التمدد الخطي من جزأين: ضاغط ألواح وجهاز قياس تمدد خطي (طراز: M4600). تم تحضير ألواح البنتونيت للتحليل باستخدام ضاغط الألواح/اللب من جريس. يوفر جهاز قياس التمدد الخطي بيانات فورية عن الانتفاخ على هذه الألواح، مما يسمح بتقييم شامل لخصائص تثبيط انتفاخ الصخر الزيتي. أُجريت اختبارات تمدد الصخر الزيتي في الظروف المحيطة، أي عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وضغط 1 رطل لكل بوصة مربعة.
يتضمن اختبار استقرار الصخر الزيتي اختبارًا رئيسيًا يُعرف غالبًا باختبار استخلاص الصخر الزيتي، أو اختبار غمر الصخر الزيتي، أو اختبار تشتت الصخر الزيتي. لبدء هذا التقييم، تُفصل مخلفات الصخر الزيتي على منخل رقم 6 BSS، ثم توضع على منخل رقم 10. بعد ذلك، تُنقل المخلفات إلى خزان تجميع حيث تُخلط مع سائل أساسي وطين حفر يحتوي على مذيبات يوتكتيكية عميقة طبيعية (NADES). تتمثل الخطوة التالية في وضع الخليط في فرن لعملية دحرجة ساخنة مكثفة، لضمان خلط المخلفات والطين جيدًا. بعد 16 ساعة، تُزال المخلفات من اللب عن طريق السماح للصخر الزيتي بالتحلل، مما يؤدي إلى انخفاض وزن المخلفات. أُجري اختبار استخلاص الصخر الزيتي بعد أن تم الاحتفاظ بمخلفات الصخر الزيتي في طين الحفر عند درجة حرارة 150 درجة مئوية وضغط 1000 رطل لكل بوصة مربعة لمدة 24 ساعة.
لقياس استخلاص طين الصخر الزيتي، قمنا بترشيحه عبر منخل أدق (40 مش)، ثم غسلناه جيدًا بالماء، وأخيرًا جففناه في فرن. تُمكّننا هذه العملية الدقيقة من تقدير كمية الطين المستخلص مقارنةً بالوزن الأصلي، ومن ثم حساب النسبة المئوية لطين الصخر الزيتي المستخلص بنجاح. مصدر عينات الصخر الزيتي هو منطقة نياه، منطقة ميري، ساراواك، ماليزيا. قبل اختبارات التشتيت والاستخلاص، خضعت عينات الصخر الزيتي لتحليل حيود الأشعة السينية (XRD) شامل لتحديد تركيبها الطيني والتأكد من ملاءمتها للاختبار. يتكون التركيب المعدني الطيني للعينة من: الإيليت 18%، الكاولينيت 31%، الكلوريت 22%، الفيرميكوليت 10%، والميكا 19%.
يُعدّ التوتر السطحي عاملاً رئيسياً يتحكم في اختراق كاتيونات الماء للمسام الدقيقة في الصخر الزيتي عبر الخاصية الشعرية، وهو ما سندرسه بالتفصيل في هذا القسم. تبحث هذه الورقة دور التوتر السطحي في خاصية التماسك لسوائل الحفر، مُسلطةً الضوء على تأثيره المهم على عملية الحفر، وخاصةً تثبيط الصخر الزيتي. استخدمنا جهاز قياس التوتر السطحي (IFT700) لقياس التوتر السطحي لعينات سائل الحفر بدقة، كاشفين بذلك جانباً مهماً من سلوك السائل في سياق تثبيط الصخر الزيتي.
يتناول هذا القسم بالتفصيل تباعد الطبقات (d)، وهو المسافة بين طبقات الألومينوسيليكات وطبقة ألومينوسيليكات واحدة في الطين. شمل التحليل عينات من الطين الرطب تحتوي على 1% و3% و5% من مذيبات اليوتكتيك العميق (NADES) من نوع CA، بالإضافة إلى 3% من مذيبات اليوتكتيك العميق القائمة على كلوريد البوتاسيوم (KCl) و[EMIM]Cl و3% من مذيبات اليوتكتيك العميق القائمة على اليوريا (CC:urea) للمقارنة. لعب جهاز حيود الأشعة السينية المكتبي المتطور (D2 Phaser) الذي يعمل بتيار 40 مللي أمبير وجهد 45 كيلو فولت باستخدام إشعاع Cu-Kα (λ = 1.54059 Å) دورًا حاسمًا في تسجيل قمم حيود الأشعة السينية لعينات Na-Bt الرطبة والجافة. يُمكّن تطبيق معادلة براغ من تحديد تباعد الطبقات (d) بدقة، مما يوفر معلومات قيّمة حول سلوك الطين.
يستخدم هذا القسم جهاز Malvern Zetasizer Nano ZSP المتطور لقياس جهد زيتا بدقة. وقد وفر هذا التقييم معلومات قيّمة حول خصائص الشحنة لعينات الطين المخففة التي تحتوي على 1% و3% و5% من مذيبات اليوتكتيك العميق CA NADES، بالإضافة إلى 3% من كلوريد البوتاسيوم، و3% من كلوريد [EMIM]، و3% من مذيبات اليوتكتيك العميق القائمة على اليوريا CC، وذلك لإجراء تحليل مقارن. تُسهم هذه النتائج في فهمنا لاستقرار المركبات الغروية وتفاعلاتها في السوائل.
تم فحص عينات الطين قبل وبعد تعريضها لمذيب يوتكتيكي عميق طبيعي (NADES) باستخدام مجهر المسح الإلكتروني ذي الانبعاث الميداني (FESEM) من نوع Zeiss Supra 55 VP، والمجهز بمطياف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX). بلغت دقة التصوير 500 نانومتر، وطاقة حزمة الإلكترونات 30 كيلوفولت و50 كيلوفولت. يوفر مجهر FESEM تصويرًا عالي الدقة لشكل سطح عينات الطين وخصائصها البنيوية. هدفت هذه الدراسة إلى الحصول على معلومات حول تأثير مذيب NADES على عينات الطين من خلال مقارنة الصور الملتقطة قبل وبعد التعريض.
استُخدمت تقنية المجهر الإلكتروني الماسح ذي الانبعاث الميداني (FESEM) في هذه الدراسة لفحص تأثير المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) على عينات الطين على المستوى المجهري. وتهدف هذه الدراسة إلى توضيح التطبيقات المحتملة لهذه المذيبات وتأثيرها على مورفولوجيا الطين ومتوسط ​​حجم الجسيمات، مما سيوفر معلومات قيّمة للبحوث في هذا المجال.
في هذه الدراسة، استُخدمت أشرطة الخطأ لوصف التباين وعدم اليقين في متوسط ​​النسبة المئوية للخطأ (AMPE) بصريًا عبر الظروف التجريبية. وبدلًا من رسم قيم AMPE الفردية (لأن رسمها قد يُخفي الاتجاهات ويُضخّم الاختلافات الطفيفة)، قمنا بحساب أشرطة الخطأ باستخدام قاعدة 5%. يضمن هذا النهج أن يُمثل كل شريط خطأ النطاق الذي يُتوقع أن تقع ضمنه فترة الثقة 95% و100% من قيم AMPE، مما يُوفر ملخصًا أوضح وأكثر إيجازًا لتوزيع البيانات لكل حالة تجريبية. وبالتالي، يُحسّن استخدام أشرطة الخطأ بناءً على قاعدة 5% من قابلية تفسير وموثوقية التمثيلات البيانية، ويُساعد على فهم النتائج وآثارها بشكل أكثر تفصيلًا.
في عملية تصنيع المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES)، دُرست عدة معايير أساسية بعناية خلال عملية التحضير الداخلية. تشمل هذه العوامل الحاسمة درجة الحرارة، والنسبة المولية، وسرعة الخلط. تُظهر تجاربنا أنه عند خلط حمض الستريك (HBA) والجلسرين (HBD) بنسبة مولية 1:4 عند 50 درجة مئوية، يتشكل مزيج يوتكتيكي. السمة المميزة لهذا المزيج هي شفافيته وتجانسه، وخلوه من الرواسب. وبذلك، تُبرز هذه الخطوة الأساسية أهمية النسبة المولية، ودرجة الحرارة، وسرعة الخلط، حيث كانت النسبة المولية العامل الأكثر تأثيرًا في تحضير المذيبات اليوتكتيكية العميقة (DES) والمذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES)، كما هو موضح في الشكل 2.
يعبّر معامل الانكسار (n) عن نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في وسط آخر أكثر كثافة. ويُعدّ معامل الانكسار ذا أهمية خاصة للمذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) عند دراسة التطبيقات الحساسة للضوء، مثل أجهزة الاستشعار الحيوية. وقد بلغ معامل انكسار المذيب اليوتكتيكي العميق الطبيعي المدروس عند درجة حرارة 25 درجة مئوية 1.452، وهو أقل بكثير من معامل انكسار الجلسرين.
تجدر الإشارة إلى أن معامل انكسار المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) يتناقص مع ارتفاع درجة الحرارة، ويمكن وصف هذا الاتجاه بدقة باستخدام المعادلة (1) والشكل 3، حيث يصل متوسط ​​الخطأ النسبي المطلق (AMPE) إلى 0%. يُعزى هذا السلوك المعتمد على درجة الحرارة إلى انخفاض اللزوجة والكثافة عند درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى انتقال الضوء عبر الوسط بسرعة أكبر، وبالتالي انخفاض قيمة معامل الانكسار (n). تُقدم هذه النتائج رؤى قيّمة حول الاستخدام الاستراتيجي للمذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية في الاستشعار البصري، مُبرزةً إمكاناتها في تطبيقات أجهزة الاستشعار الحيوية.
يُعدّ التوتر السطحي، الذي يعكس ميل سطح السائل إلى تقليل مساحته، ذا أهمية بالغة في تقييم مدى ملاءمة المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) للتطبيقات القائمة على الضغط الشعري. وتُقدّم دراسة التوتر السطحي في نطاق درجة حرارة 25-60 درجة مئوية معلومات قيّمة. عند 25 درجة مئوية، بلغ التوتر السطحي لمذيب NADES القائم على حمض الستريك 55.42 ملي نيوتن/متر، وهو أقل بكثير من التوتر السطحي للماء والجلسرين. يُبيّن الشكل 4 انخفاضًا ملحوظًا في التوتر السطحي مع ارتفاع درجة الحرارة. يُمكن تفسير هذه الظاهرة بزيادة الطاقة الحركية الجزيئية وما يتبعها من انخفاض في قوى التجاذب بين الجزيئات.
يمكن التعبير عن الاتجاه التنازلي الخطي للتوتر السطحي الملاحظ في المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) المدروسة بدقة باستخدام المعادلة (2)، التي توضح العلاقة الرياضية الأساسية في نطاق درجة الحرارة من 25 إلى 60 درجة مئوية. يوضح الرسم البياني في الشكل 4 بوضوح اتجاه التوتر السطحي مع درجة الحرارة، مع متوسط ​​خطأ نسبي مطلق (AMPE) قدره 1.4%، مما يؤكد دقة قيم التوتر السطحي المُبلغ عنها. لهذه النتائج دلالات مهمة لفهم سلوك المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) وتطبيقاتها المحتملة.
يُعدّ فهم ديناميكيات كثافة المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) أمرًا بالغ الأهمية لتسهيل استخدامها في العديد من الدراسات العلمية. تبلغ كثافة مذيب NADES القائم على حمض الستريك عند درجة حرارة 25 درجة مئوية 1.361 غ/سم³، وهي أعلى من كثافة الجلسرين الأصلي. يُعزى هذا الاختلاف إلى إضافة مُستقبِل للرابطة الهيدروجينية (حمض الستريك) إلى الجلسرين.
على سبيل المثال، تنخفض كثافة مذيبات اليوتكتيك الطبيعي العميق (NADES) القائمة على السترات إلى 1.19 غ/سم³ عند 60 درجة مئوية. يؤدي ازدياد الطاقة الحركية عند التسخين إلى تشتت جزيئات NADES، مما يجعلها تشغل حجمًا أكبر، وبالتالي انخفاض الكثافة. يُظهر الانخفاض الملحوظ في الكثافة ارتباطًا خطيًا مع ارتفاع درجة الحرارة، ويمكن التعبير عنه بدقة باستخدام الصيغة (3). يوضح الشكل 5 بيانيًا خصائص تغير كثافة NADES، مع متوسط ​​خطأ نسبي مطلق (AMPE) قدره 1.12%، مما يوفر مقياسًا كميًا لدقة قيم الكثافة المُبلغ عنها.
اللزوجة هي قوة التجاذب بين طبقات السائل المتحرك، وتلعب دورًا محوريًا في فهم مدى ملاءمة المذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية (NADES) في تطبيقات متنوعة. عند درجة حرارة 25 درجة مئوية، بلغت لزوجة NADES 951 سنتي بواز، وهي أعلى من لزوجة الجلسرين.
يُعزى الانخفاض الملحوظ في اللزوجة مع ارتفاع درجة الحرارة بشكل رئيسي إلى ضعف قوى التجاذب بين الجزيئات. وتؤدي هذه الظاهرة إلى انخفاض لزوجة السائل، وهو اتجاه واضح في الشكل 6 ومُقاس بالمعادلة (4). والجدير بالذكر أنه عند 60 درجة مئوية، تنخفض اللزوجة إلى 898 سنتي بواز مع متوسط ​​خطأ نسبي إجمالي قدره 1.4%. يُعدّ الفهم الدقيق لاعتماد اللزوجة على درجة الحرارة في مذيبات اليوتكتيك العميق الطبيعي (NADES) ذا أهمية بالغة لتطبيقاتها العملية.
يُعدّ الرقم الهيدروجيني للمحلول، الذي يُحدد باللوغاريتم السالب لتركيز أيون الهيدروجين، عاملاً بالغ الأهمية، لا سيما في التطبيقات الحساسة للرقم الهيدروجيني مثل تخليق الحمض النووي، لذا يجب دراسة الرقم الهيدروجيني لمحاليل اليوتكتيك العميق الطبيعي (NADES) بعناية قبل استخدامها. فعلى سبيل المثال، عند استخدام محلول NADES قائم على حمض الستريك، يُلاحظ رقم هيدروجيني حمضي واضح يبلغ 1.91، وهو ما يتناقض تمامًا مع الرقم الهيدروجيني المتعادل نسبيًا للجلسرين.
ومن المثير للاهتمام أن الرقم الهيدروجيني للمذيب الطبيعي القابل للذوبان في نازعة هيدروجين حمض الستريك (NADES) أظهر انخفاضًا غير خطي مع ارتفاع درجة الحرارة. تُعزى هذه الظاهرة إلى زيادة الاهتزازات الجزيئية التي تُخل بتوازن أيونات الهيدروجين في المحلول، مما يؤدي إلى تكوين أيونات الهيدروجين [H]+، وبالتالي تغير في قيمة الرقم الهيدروجيني. في حين أن الرقم الهيدروجيني الطبيعي لحمض الستريك يتراوح بين 3 و5، فإن وجود الهيدروجين الحمضي في الجلسرين يُخفض الرقم الهيدروجيني إلى 1.91.
يمكن تمثيل سلوك الرقم الهيدروجيني لمذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية القائمة على السترات في نطاق درجة الحرارة من 25 إلى 60 درجة مئوية بشكل مناسب بالمعادلة (5)، التي توفر تعبيرًا رياضيًا لاتجاه الرقم الهيدروجيني الملحوظ. يوضح الشكل 7 هذه العلاقة المهمة بيانيًا، مُبرزًا تأثير درجة الحرارة على الرقم الهيدروجيني لمذيبات اليوتكتيكية العميقة الطبيعية، والذي يُقدر بنسبة 1.4% لمركب AMPE.
أُجري تحليل الوزن الحراري (TGA) لمذيب حمض الستريك الطبيعي ذي التركيب اليوتكتيكي العميق (NADES) بشكل منهجي في نطاق درجة حرارة من درجة حرارة الغرفة إلى 500 درجة مئوية. وكما هو موضح في الشكلين 8أ و8ب، فإن الفقد الأولي للكتلة حتى 100 درجة مئوية كان ناتجًا بشكل رئيسي عن الماء الممتص وماء التبلور المرتبط بحمض الستريك والجلسرين النقي. ولوحظ احتفاظ ملحوظ بالكتلة بنسبة 88% تقريبًا حتى 180 درجة مئوية، ويعزى ذلك بشكل رئيسي إلى تحلل حمض الستريك إلى حمض الأكونيتيك، ثم تكوّن أنهيدريد ميثيل ماليك (III) عند زيادة التسخين (الشكل 8ب). وفوق 180 درجة مئوية، لوحظ أيضًا ظهور واضح للأكرولين (أكريلالدهيد) في الجلسرين، كما هو موضح في الشكل 8ب37.
كشف التحليل الحراري الوزني (TGA) للجلسرين عن عملية فقدان كتلة على مرحلتين. تتضمن المرحلة الأولى (من 180 إلى 220 درجة مئوية) تكوين الأكرولين، يليها فقدان ملحوظ للكتلة عند درجات حرارة عالية تتراوح من 230 إلى 300 درجة مئوية (الشكل 8أ). ومع ارتفاع درجة الحرارة، يتكون الأسيتالدهيد وثاني أكسيد الكربون والميثان والهيدروجين تباعًا. والجدير بالذكر أنه لم يُحتفظ إلا بنسبة 28% فقط من الكتلة عند 300 درجة مئوية، مما يشير إلى احتمال وجود خلل في الخصائص الذاتية لمركب NADES 8(أ)38,39.
للحصول على معلومات حول تكوين روابط كيميائية جديدة، تم تحليل معلقات محضرة حديثًا من مذيبات يوتكتيكية عميقة طبيعية (NADES) باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR). أُجري التحليل بمقارنة طيف معلق NADES مع أطياف حمض الستريك النقي (CA) والجليسرول (Gly). أظهر طيف حمض الستريك قممًا واضحة عند 1752 سم⁻¹ و1673 سم⁻¹، والتي تمثل اهتزازات التمدد لرابطة C=O، وهي أيضًا من خصائص حمض الستريك. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ انزياح ملحوظ في اهتزاز انحناء OH عند 1360 سم⁻¹ في منطقة البصمة الطيفية، كما هو موضح في الشكل 9.
وبالمثل، في حالة الجلسرين، لوحظ انزياح اهتزازات التمدد والانحناء لمجموعة OH عند أعداد موجية 3291 سم⁻¹ و1414 سم⁻¹ على التوالي. وبتحليل طيف المذيب اليوتكتيكي العميق الطبيعي (NADES) المُحضر، تبين وجود انزياح ملحوظ في الطيف. وكما هو موضح في الشكل 7، انزاح اهتزاز التمدد لرابطة C=O من 1752 سم⁻¹ إلى 1720 سم⁻¹، وانزاح اهتزاز الانحناء لرابطة -OH في الجلسرين من 1414 سم⁻¹ إلى 1359 سم⁻¹. تشير هذه الانزياحات في الأعداد الموجية إلى تغير في السالبية الكهربية، مما يدل على تكوين روابط كيميائية جديدة في بنية المذيب اليوتكتيكي العميق الطبيعي (NADES).