两性氧化石墨烯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及油田化学领域，具体涉及两性氧化石墨烯及其制备方法和应用。制备该两性氧化石墨烯的方法包括：(1)在溶剂存在下，将模板剂、可聚合硅氧烷改性剂和含双键的反应单体进行接触反应，得到物料A，其中所述含双键的反应单体为丙烯酸酯类单体；(2)在引发剂存在下，将所述物料A与含有氧化石墨烯的物料B进行聚合反应，得到物料C；(3)将所述物料C进行除模板剂处理。本发明专利技术的两性氧化石墨烯紧密封堵页岩表面，封堵效能的持续时间长，且抗温能力强，能够达到长期封堵的目的。

Preparation and application of amphoteric graphene oxide

【技术实现步骤摘要】
两性氧化石墨烯及其制备方法和应用
本专利技术涉及油田化学领域，具体涉及制备两性氧化石墨烯的方法以及由该方法制备得到的两性氧化石墨烯及其在水基钻井液封堵防塌剂中的应用。
技术介绍
近年来，随着深井、超深井越来越多，井下情况也越来越复杂，深井复杂地层环境下的井壁失稳问题显得尤为突出。井壁失稳问题主要集中在泥页岩地层和破碎性地层，现有的钻井液处理剂及体系的水化抑制能力与有效封堵能力都远远达不到要求，故现场作业对水基钻井液的抑制封堵性能提出了更高的要求。泥页岩的孔喉大小在100nm以下，且易发生井壁失稳的硬脆性泥页岩均存在层理和微裂缝。在压差和毛管压力的作用下，钻井液容易侵入地层，使裂缝和层理面扩展，导致井壁失稳加重。因此封堵泥页岩的纳米孔和裂缝成为解决泥页岩井壁失稳的关键。传统的刚性纳米材料，如纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等材料，可以在一定程度上对页岩的纳米孔隙和裂缝进行封堵。但由于这些材料与井壁孔隙的结合力差，封堵强度不高，容易被高速流体冲散。此外这些无机纳米材料在钻井液中容易团聚，无法在钻井液中良好地分散。其他刚性材料如核桃壳等材料的抗温性差，在高温环境中无法长期保持较高的强度。而现有的柔性封堵防塌剂主要是沥青类处理剂，利用其在高温环境软化变形的特点，物理封堵微裂缝，起到阻隔压力的作用。但沥青类处理剂都是单一的物理封堵，无法与岩石表面紧密吸附，其封堵效能的持续时间短，即所造成坍塌周期短，不利于井下施工，并且受沥青软化点温度的限制，在高压差作用下，容易挤入地层失去封堵能力，污染地层，应用场合受限。r>为了从根本上避免井壁失稳引起的缩径、扩径、井壁坍塌等工程事故的发生，必须寻求一种新的方法，提高封堵材料与井壁的结合强度，加强井壁稳定性。因此，目前急需研究开发一种封堵性能强的封堵防塌剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术封堵防塌剂是单一的物理封堵而无法与页岩表面紧密吸附，封堵效能的持续时间短，不利于井下施工，且受抗温能力限制而应用场合受限的缺点。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种两性氧化石墨烯，本专利技术提供的两性氧化石墨烯一方面具有物理封堵的作用，另一方面亲水端通过氢键作用吸附在页岩表面，疏水端提高页岩表面的疏水性，抗温能力高达200℃，能够达到长期封堵的目的；本专利技术提供的两性氧化石墨烯的制备工艺简单，能够实现批量生产。更具体地，为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种制备两性氧化石墨烯的方法，该方法包括：(1)在溶剂存在下，将模板剂、可聚合硅氧烷改性剂和含双键的反应单体进行接触反应，得到物料A，其中所述含双键的反应单体为丙烯酸酯类单体；(2)在引发剂存在下，将所述物料A与含有氧化石墨烯的物料B进行聚合反应，得到物料C；(3)将所述物料C进行除模板剂处理。本专利技术的第二方面提供由第一方面所述的方法制备得到的两性氧化石墨烯。本专利技术的第三方面提供第二方面所述的两性氧化石墨烯在水基钻井液封堵防塌剂中的应用。通过上述技术方案，本专利技术的两性氧化石墨烯紧密封堵页岩表面，封堵效能的持续时间长，且抗温能力强，能够达到长期封堵的目的。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。需要说明的是，在没有特别说明的情况下，本专利技术中的“第一”、“第二”等仅仅是用于区分，这表示上述定义不是同一个过程，但是并不表示先后次序，本领域技术人员不应理解为这是对本专利技术的限制。本专利技术中作为原料的氧化石墨烯例如可以为层间距约0.59nm-0.67nm的氧化石墨烯。如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种制备两性氧化石墨烯的方法，该方法包括：(1)在溶剂存在下，将模板剂、可聚合硅氧烷改性剂和含双键的反应单体进行接触反应，得到物料A，其中所述含双键的反应单体为丙烯酸酯类单体；(2)在引发剂存在下，将所述物料A与含有氧化石墨烯的物料B进行聚合反应，得到物料C；(3)将所述物料C进行除模板剂处理。优选情况下，在步骤(1)中，所述可聚合硅氧烷改性剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基环硅氧烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷和甲基乙烯基二甲氧基硅烷中的至少一种。在本专利技术中，为了实现更好的防塌剂效果，优选所述可聚合硅氧烷改性剂组合使用。具体实施方式1：所述可聚合硅氧烷改性剂为重量比为1：(1-2)的乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的组合。具体实施方式2：所述可聚合硅氧烷改性剂为重量比为1：(1-2)的甲基乙烯基二乙氧基硅烷和甲基乙烯基二甲氧基硅烷的组合。优选情况下，在步骤(1)中，所述含双键的反应单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸叔丁酯中的至少一种。优选情况下，在步骤(1)中，所述模板剂为聚苯乙烯；优选地，所述聚苯乙烯为微球状颗粒，且平均粒径为500nm。本专利技术所述微球状颗粒的聚苯乙烯的平均粒径根据粒度分析仪测定。优选情况下，相对于氧化石墨烯的用量，所述模板剂过量使用，例如所述模板剂与所述氧化石墨烯的用量重量比为1-4：1，优选1-2.5：1。优选情况下，在步骤(1)中，所述接触反应的条件包括：温度为5-40℃，时间为10-60min。优选地，在步骤(1)中，所述溶剂为有机溶剂；优选所述溶剂选自白油、液体石蜡和丙酮中的至少一种。在本专利技术中，在步骤(1)中，对于溶剂的用量没有特别的限制，只要能够将模板剂溶解即可。在一种具体的优选的实施方式中，对于0.1-1g聚苯乙烯微球来说，加入50-100mL有机溶剂即完全溶解。在一种优选的实施方式中，以所述溶剂、所述模板剂、所述可聚合硅氧烷改性剂、所述含双键的反应单体和所述物料B的总重量为基准，所述可聚合硅氧烷改性剂的用量为1-20重量％，优选为10-20重量％。在一种优选的实施方式中，以所述溶剂、所述模板剂、所述可聚合硅氧烷改性剂、所述含双键的反应单体和所述物料B的总重量为基准，所述含双键的反应单体的用量为1-10重量％，优选为5-10重量％。需要特别说明的是，优选情况下，以所述溶剂、所述模板剂、所述可聚合硅氧烷改性剂、所述含双键的反应单体和所述物料B的总重量为基准，所述可聚合硅氧烷改性剂和所述含双键的反应单体的用量之和至少为20重量％。以下针对本专利技术所述的制备两性氧化石墨烯的方法，提供几种优选的具体实施方式。具体实施方式3：以所述溶剂、所述模板剂、所述可聚合硅氧烷改性剂、所述含双键的反应单体和所述物料B的总重量为基准，所述可聚合硅氧烷改性剂的用量为1-20重量％，所述含双键的反应单体的用量为1-10重量％。具体实施方式4：以所述溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备两性氧化石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括：/n(1)在溶剂存在下，将模板剂、可聚合硅氧烷改性剂和含双键的反应单体进行接触反应，得到物料A，其中所述含双键的反应单体为丙烯酸酯类单体；/n(2)在引发剂存在下，将所述物料A与含有氧化石墨烯的物料B进行聚合反应，得到物料C；/n(3)将所述物料C进行除模板剂处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备两性氧化石墨烯的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)在溶剂存在下，将模板剂、可聚合硅氧烷改性剂和含双键的反应单体进行接触反应，得到物料A，其中所述含双键的反应单体为丙烯酸酯类单体；
(2)在引发剂存在下，将所述物料A与含有氧化石墨烯的物料B进行聚合反应，得到物料C；
(3)将所述物料C进行除模板剂处理。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述可聚合硅氧烷改性剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基环硅氧烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷和甲基乙烯基二甲氧基硅烷中的至少一种；
优选地，在步骤(1)中，所述含双键的反应单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸叔丁酯中的至少一种；
优选地，所述可聚合硅氧烷改性剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基环硅氧烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷和甲基乙烯基二甲氧基硅烷中的至少两种；
优选地，所述可聚合硅氧烷改性剂为重量比为1：(1-2)的乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的组合；
优选地，所述可聚合硅氧烷改性剂为重量比为1：(1-2)的甲基乙烯基二乙氧基硅烷和甲基乙烯基二甲氧基硅烷的组合。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述模板剂为聚苯乙烯；
优选地，所述聚苯乙烯为微球状颗粒，且平均粒径为500nm。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述接触反应的条件包括：温度为5-40℃，时间为10-60min；
优选地，在步骤(1)中，所述溶剂为有机溶剂；优选所述溶剂选自白油、液体石蜡和丙酮中的至少一种。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，以所述溶剂、所述模板剂、所述可聚合硅氧烷改性剂、所述含双...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕开河，沈浩坤，孙金声，黄贤斌，白英睿，刘敬平，王金堂，金佳峰，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37