一种包覆型石墨烯双亲纳米材料、制备方法和封堵剂技术

本申请公开了一种包覆型石墨烯双亲纳米材料以及制备方法和应用。本申请所提供的所述包覆型石墨烯双亲纳米材料包括石墨烯双亲纳米材料以及形成层状结构包覆在所述石墨烯双亲纳米材料上的纳米石蜡乳液。该包覆型石墨烯双亲纳米材料具有显著的高温抑制性和封堵性，使得井筒内形成的泥饼致密且光滑，钻井液润滑性显著提高，滤失量明显降低。本申请中的抑制性是指稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种包覆型石墨烯双亲纳米材料、制备方法和封堵剂
本申请涉及油气钻井领域，具体涉及一种包覆型石墨烯双亲纳米材料、以及制备方法、由其制备得到的封堵剂、水基钻井液。
技术介绍
随着石油天然气资源勘探开发范围的扩大，特别是非常规油气资源页岩气和致密油的开发，硬脆性泥页岩井壁失稳问题成了亟需解决的问题。研究表明：泥页岩孔喉大小在5～50nm之间，平均孔喉直径在10～30nm，且易引发井壁失稳的硬脆性泥页岩，大多存在闭合或开启的层理和微裂缝，毛管作用力较强。在正压差与毛管压力作用下，钻井液容易侵入，导致泥页岩沿着裂缝面或层理面开裂，并且不断沿着裂缝面纵向横向发展。此外，侵入的滤液会使裂缝面或层理面之间的摩擦系数减小，从而增大井壁失稳现象。因此封堵泥页岩纳米级孔喉和裂缝成为了解决泥页岩井壁失稳的关键。油气资源勘探开发过程中，所钻遇的地层超过75％为泥页岩地层，而90％的井壁稳定问题是泥页岩造成的。页岩储层渗透率低，多为纳米级孔隙，常规的封堵材料，如沥青类聚合物类、刚性封堵材料等，难以进入纳米级孔隙、形成有效封堵；同时粘土矿物含量高，对钻井液体系的抑制性要求高。油泥泥浆具有强抑制性、较好的润滑性能，常常作为钻进页岩地层的首选，但是其价格昂贵，不利于环境保护，受到较大限制；水基钻井液体系中应用的无机纳米颗粒材料，如纳米级二氧化砫，存在加量大，易于聚集沉淀，封堵效果较差的问题，其抑制性也难以维持页岩井壁稳定。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种包覆型石墨烯双亲纳米材料，该包覆型石墨烯双亲纳米材料具有显著的高温抑制性和封堵性，使得井筒内形成的泥饼致密且光滑，钻井液润滑性显著提高，滤失量明显降低。本申请中的抑制性是指稳定性。一种包覆型石墨烯双亲纳米材料，所述包覆型石墨烯双亲纳米材料包括石墨烯双亲纳米材料以及形成层状结构包覆在所述石墨烯双亲纳米材料上的纳米石蜡乳液。一种包覆型石墨烯双亲纳米材料，所述包覆型石墨烯双亲纳米材料由石墨烯双亲纳米材料以及包覆在所述石墨烯双亲纳米材料上的纳米石蜡乳液组成。具体地，本申请提供的包覆型石墨烯双亲纳米材料为一种纳米石蜡乳液包覆的石墨烯双亲纳米材料。针对现有技术中封堵剂对纳米级孔隙的页岩储存封堵效果差，而且又难以在封堵时兼具抑制效果的缺陷，本申请提供了一种适用于水基钻井液的、兼具良好封堵效果和抑制性能的封堵剂包覆型石墨烯双亲纳米材料和水基钻井液及其应用。石墨烯双亲纳米材料是一种同时具有亲水性、亲油性以及巨大比表面积的材料，具有优异的抗磨性和润滑性以及吸附能力。当其注入地层后，石墨烯双亲纳米材料的亲水基团会迅速的吸附在岩石表层，形成一层致密的膜结构，同时其膜结构另一面的亲油基团会形成憎水膜，阻止水与岩石的接触，防止泥页岩的水化，并加固井壁；但石墨烯双亲纳米材料与岩石表层的强力吸附性也会导致其在注入过程中过早的消耗在近井地层中，到达目标封堵区域内的材料量较少，极大的提高了材料的用量。纳米乳液中的石蜡颗粒由于粒径小、分散性好，表现出典型的纳米材料成膜吸附特性，注入地层后具有良好堵塞作用。但是由于乳化石蜡强度有限，在高压差作用下，容易挤入地层深部而失去封堵能力。故此，本申请提供的包覆型石墨烯双亲纳米材料，将纳米石蜡乳液包覆在石墨烯双亲纳米材料表面后，使石墨烯双亲纳米材料不会在近井地层过早的消耗，到达目标封堵区域后，由于岩石的孔喉直径降低，材料颗粒难以通过，在地层压力作用下纳米石蜡乳液包覆层破裂将石墨烯双亲纳米材料释放出来，其迅速的与地层岩石吸附，形成封堵。在纳米石蜡和石墨烯双亲纳米材料的共同作用下使得井筒内形成的泥饼致密且光滑，钻井液润滑性显著提高，滤失量明显降低。一种包覆型石墨烯双亲纳米材料，所述包覆型石墨烯双亲纳米材料由纳米石蜡乳液包覆的石墨烯双亲纳米材料组成。可选地，所述石墨烯双亲纳米材料包括含有亲油碳链和含氧亲水基团的石墨烯，所述亲油碳链和含氧亲水基团分别位于所述石墨烯的两侧。具体地，含氧亲水基团可以为羧基、环氧基与羟基。亲油碳链和含氧亲水基团分别位于石墨烯片层的两侧。可选地，所述亲油碳链包括长链烷基、取代长链烷基中的至少一种。具体地，所述亲油碳链包括长链烷基或由芳基、酯、醚、胺、酰胺中的一种或几种取代的长链烷基。可选地，所述长链烷基包括至少含有十个碳原子的直链烷基。优选地，长链烷基包括C10～C20直链烷基。更优选地，长链烷基包括正十二烷基链、正十四烷基链、正十六烷基链、正十八烷基链中的至少一种。可选地，所述取代长链烷基中的取代基选自*-Ar、*-COOR1、*-OR2、*-NR3R4、*-CONR5R6中的至少一种；其中，R1、R2独立地选自烷基中的任一种；R3、R4、R5、R6独立地选自H、烷基中的任一种。可选地，所述取代长链烷基包括所述取代长链烷基包括具有结构式Ⅰ的烷基、具有结构式Ⅱ的烷基、具有结构式Ⅲ的烷基、具有结构式Ⅳ的烷基中的至少一种；其中，在式Ⅰ中，n为重复单元的个数，n独立地选自12、14、16、18中的任一个。具体地，取代长链烷基由十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、丙烯酸十六烷基酯、苄基十八烷基酰胺中的至少一种所形成。可选地，所述包覆型石墨烯双亲纳米材料的粒径为150～200nm。根据本申请的另一方面，还提供了一种上述的包覆型石墨烯双亲纳米材料的制备方法，该方法包括将含有石墨烯双亲纳米材料、液体石蜡和乳化剂的物料，包覆，得到所述包覆型石墨烯双亲纳米材料。具体地，通过超声分散将石墨烯双亲纳米材料分散于水中以获得分散液，将所述分散液与液体石蜡，乳化剂进行包覆，即可得到所述包覆型石墨烯双亲纳米材料。乳化剂和液体石蜡通过物理反应在石墨烯双亲纳米材料形成包覆层。本申请中的石墨烯双亲纳米材料购买自宁波锋成纳米科技有限公司。可选地，在所述物料中，石墨烯双亲纳米材料、液体石蜡和乳化剂的质量比为1：(50～300)：(0.1～30)。可选地，在所述物料中，石墨烯双亲纳米材料、液体石蜡和乳化剂的质量比为1：(100～150)：(5～15)。可选地，所述乳化剂包括SPAN-20和TWEEN-20；所述SPAN-20与TWEEN-20的质量比为1：0.5～1.5。所述SPAN-20与TWEEN-20的质量比的上限独立地选自1:1、1:1.5；SPAN-20与TWEEN-20的质量比的下限独立地选自1:0.5、1:1。优选地，所述乳化剂为SPAN-20与TWEEN-20的混合物，其比例为1:1。可选地，所述石墨烯双亲纳米材料粉末的粒径为30～500nm。优选地，所述的石墨烯双亲纳米材料粉末的粒径为50～300nm。最优选地，所述的石墨烯双亲纳米材料粉末的粒径为100nm。所述石墨烯双亲纳米材料粉末粒径的上限独立地选自50nm、100nm、300nm、500nm；石墨烯双亲纳米材料粉末粒径的下限独立地选自3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包覆型石墨烯双亲纳米材料，其特征在于，所述包覆型石墨烯双亲纳米材料包括石墨烯双亲纳米材料以及形成层状结构包覆在所述石墨烯双亲纳米材料上的纳米石蜡乳液。/n

【技术特征摘要】
1.一种包覆型石墨烯双亲纳米材料，其特征在于，所述包覆型石墨烯双亲纳米材料包括石墨烯双亲纳米材料以及形成层状结构包覆在所述石墨烯双亲纳米材料上的纳米石蜡乳液。


2.根据权利要求1所述的包覆型石墨烯双亲纳米材料，其特征在于，所述石墨烯双亲纳米材料包括含有亲油碳链和含氧亲水基团的石墨烯，所述亲油碳链和含氧亲水基团分别位于所述石墨烯的两侧。


3.根据权利要求2所述的包覆型石墨烯双亲纳米材料，其特征在于，所述亲油碳链包括长链烷基、取代长链烷基中的至少一种；
优选地，所述长链烷基包括至少含有十个碳原子的直链烷基；
优选地，所述长链烷基包括正十二烷基链、正十四烷基链、正十六烷基链、正十八烷基链中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的包覆型石墨烯双亲纳米材料，其特征在于，所述取代长链烷基中的取代基选自*-Ar、*-COOR1、*-OR2、*-NR3R4、*-CONR5R6中的至少一种；
其中，R1、R2独立地选自烷基中的任一种；
R3、R4、R5、R6独立地选自H、烷基中的任一种；
优选地，所述取代长链烷基包括具有结构式Ⅰ的烷基、具有结构式Ⅱ的烷基、具有结构式Ⅲ的烷基、具有结构式Ⅳ的烷基中的至少一种；






其中，在式Ⅰ中，n为重复单元的个数，n独立地选自12、14、16、18中的任一个。


5.根据权利要求1所述的包覆型石墨烯双亲纳米材料，其特征在于，所述包覆型石墨烯双亲纳米材料的粒径为100～200nm。


6.权利要求1至5任一项所述的包覆型石墨烯双亲纳米材料的制备方法，其特征在于，将含有石墨烯双亲纳米材料、液体石蜡和乳化剂的物料，包覆，得到所述包覆型石墨烯双亲纳米材料。


7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述物料中，石墨烯双亲纳米材料、液体石蜡和乳化剂的质量比为1：(50～300)：(0.1～30)；
优选地，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐骏，戴春森，安登波，邓全怀，赵凤鸣，高永博，王耀国，
申请(专利权)人：宁波锋成先进能源材料研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33