改性石墨烯页岩抑制剂制造技术

一种水基井筒流体可以包含水性基础流体和改性石墨烯页岩抑制剂，该改性石墨烯页岩抑制剂包含经由连接基团与石墨烯共价键合的一个或多个取代基。一个或多个取代基中的一个可以是具有8至14范围内的碳原子数的烃基。以是具有8至14范围内的碳原子数的烃基。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改性石墨烯页岩抑制剂

技术介绍

[0001]石油和天然气钻井作业中的一个关键挑战是保持井筒的稳定性。井筒可能因机械或化学手段变得不稳定。在钻井作业本身会导致机械不稳定性的同时，钻井液系统与页岩之间的相互作用会导致化学不稳定性。页岩由硅酸盐和/或铝硅酸盐组成，并且重要的是由黏土矿物组成。当页岩遇到水基流体时，活性黏土可能吸附水并膨胀。这种膨胀会导致井筒不稳定，最终会导致卡钻、钻井设备损失或油井废弃。因此，控制和抑制页岩膨胀(“页岩抑制”)对于成功的钻井作业至关重要。
[0002]与水基泥浆(WBM)相比，使用油基泥浆(OBM)可改善页岩抑制效果，因为油基泥浆可堵塞孔隙，并在页岩周围形成保护膜，以避免水合和膨胀。然而，由于环境类法规和高成本，OBM的应用受到限制。考虑到水基泥浆的亲水性，WBM与页岩的长期相互作用很有可能导致水扩散和页岩膨胀发生。
[0003]在WBM中可以包含各种页岩抑制剂，用于提高页岩抑制能力，这些页岩抑制剂包括无机盐(如KCl)、聚合物、糖和糖衍生物、甘油以及硅酸盐。大多数页岩抑制剂通过使井筒流体中的水增黏、堵塞页岩的孔隙或以渗透方式从页岩中除去水来发挥作用。这些添加剂的局限性在于其通常不能有效率地抑制页岩水合，同时还会对环境产生负面影响。为了控制对环境的影响、改善钻井泥浆的流变性并且控制页岩膨胀，在有氧和无氧条件下都易于被生物降解的酯基钻井泥浆得到了越来越广泛的应用。
[0004]石墨烯是一种得到广泛开发的材料，其具有原子厚度的二维共轭结构、大表面积以及高导电性。据推测，石墨烯由于其柔性片状结构(其可堵塞页岩表面)，因此可用于页岩抑制。

技术实现思路

[0005]提供本
技术实现思路
来介绍一系列概念，这些概念将在以下具体实施方式中进行进一步描述。本
技术实现思路
既不意图识别要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图用来帮助限制要求保护的主题的范围。
[0006]一方面，本说明书公开的实施例涉及包含水性基础流体和改性石墨烯页岩抑制剂的水基井筒流体，所述改性石墨烯页岩抑制剂包含经由连接基团与石墨烯共价键合的一个或多个取代基。一个或多个取代基中的一个可以是具有8至14范围内的碳原子数的烃基。
[0007]另一方面，本说明书公开的实施例涉及制备改性石墨烯页岩抑制剂的方法，所述方法包括通过氧化石墨来制备含羧酸的氧化石墨烯，使所述含羧酸的氧化石墨烯与卤化剂反应以得到含酰卤的石墨烯，以及将所述含酰卤的石墨烯与带取代基的化合物反应以得到所述改性石墨烯页岩抑制剂。所述带取代基的化合物可以含有烃链以及选自由羧酸、醇、醛、胺、酰胺、二醇和硅烷组成的组中的一个或多个官能团。
[0008]根据以下描述和所附权利要求，要求保护的主题的其它方面和优点将显而易见。
附图说明
[0009]图1是根据本公开的一个或多个实施例的改性石墨烯页岩抑制剂的合成的示意图。
[0010]图2是根据本公开的泥浆制备和滤失量测试的示意图。
[0011]图3是根据本公开的分散测试的示意图。
[0012]图4是根据本公开的抑制稳定性测试的示意图。
[0013]图5A至图5D描述了页岩(图5A)和根据一个或多个实施例的用十一烷羧酸石墨烯页岩抑制剂(1
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GR)改性的页岩(图5B)的SEM图像，以及页岩(图5C)和用1
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GR改性的页岩(图5D)的EDX光谱。
[0014]图6描述了页岩、1
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GR、页岩加1
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GR以及石墨烯的FT
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IR光谱。
[0015]图7描述了1
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GR、页岩加1
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GR以及页岩的热重分析。
[0016]图8描述了传统钻井泥浆和含有1
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GR的钻井泥浆在热滚前后的流变特性和滤失量分析。
[0017]图9描述了在H2O、KCl、传统钻井泥浆和含有1
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GR的钻井泥浆存在下的页岩分散测试结果。
[0018]图10描述了经过处理的页岩在几个时间段内的抑制耐久性测试结果。
[0019]图11描述了在H2O、KCl和1
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GR存在下的页岩线性膨胀测试结果。
具体实施方式
[0020]总体而言，根据本公开的实施例涉及改性石墨烯页岩抑制剂、该抑制剂的制备以及该抑制剂在井筒流体中的用途。总体而言，根据本说明书公开的实施例的改性石墨烯页岩抑制剂包含经由连接基团与一个或多个取代基共价键合的石墨烯。
[0021]井筒流体在给定应用中的适用性很大程度上取决于其流变特性，包括其表观黏度、塑性黏度、静切力和屈服值。在酯中，例如通过改变位于酯官能团任一侧的取代基，可以改变这些特性。本公开将石墨烯的片状结构与酯提供的生物降解性和流变学优势相结合。
[0022]在本公开的一个实施例中，改性石墨烯页岩抑制剂可以为大离子进入页岩的运动提供有效屏障，同时允许水运动，从而形成可以使页岩稳定的渗透屏障。
[0023]改性石墨烯页岩抑制剂
[0024]组成
[0025]石墨烯是一种单一石墨片，其最多约100个碳层厚，并且在许多情况下小于约10个碳层厚。在本公开中，“石墨烯”和“石墨烯片”是可以等效使用的术语。在一个或多个实施例中，改性石墨烯页岩抑制剂包括官能化石墨烯，即，用一个或多个官能团进行官能化的石墨烯。
[0026]根据一个或多个实施例的石墨烯可以通过本领域技术人员已知的任何合成方法提供，这些合成方法包括机械剥离、化学气相沉积和化学反应。在一个或多个实施例中，石墨烯可由废弃石墨制备。
[0027]根据一个或多个实施例的石墨烯片可以具有长度为约100nm至约1mm的尺寸。例如，石墨烯片的尺寸可以是从0.1μm、0.25μm、0.5μm、1.0μm、5.0μm、10μm、50μm、100μm、250μm和500μm中的任一个的下限到1.0μm、5.0μm、10μm、25μm、50μm、100μm、200μm、300μm、500μm、
750μm和1000μm中的任一个的上限的长度，其中任何下限可与数学上兼容的任何上限组合使用。在一个或多个实施例中，可以选择石墨烯以使其具有适合堵塞地下地层的页岩孔隙的尺寸。
[0028]在一个或多个实施例中，根据本公开的改性石墨烯页岩抑制剂可以包含与一个或多个官能团(或“取代基”)共价键合的石墨烯片。根据一个或多个实施例的取代基可以经由连接基团与石墨烯片键合。
[0029]在一个或多个实施例中，将取代基连接到石墨烯片的连接基团可以选自由酯、酸酐、酰胺、胺、醚、硫醚和硫酯组成的组。根据具体实施例的连接基团可以是酯。受益于本公开，本领域技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种水基井筒流体，包含：水性基础流体；以及改性石墨烯页岩抑制剂，该改性石墨烯页岩抑制剂包含经由连接基团与石墨烯共价键合的一个或多个取代基，其中，所述一个或多个取代基中的一个是具有8至14范围内的碳原子数的烃基。2.根据权利要求1所述的水基井筒流体，其中，所述连接基团是选自由酯、酸酐和酰胺组成的组中的一个或多个。3.根据权利要求1或2所述的水基井筒流体，其中，所述烃基的碳原子数在10至12的范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的水基井筒流体，其中，所述改性石墨烯页岩抑制剂是十一烷羧酸酯改性的石墨烯。5.根据权利要求1至4中任一项所述的水基井筒流体，还包含选自由增重剂、增黏剂、润湿剂、腐蚀抑制剂、除氧剂、抗氧化剂、除生物剂、表面活性剂、分散剂、界面张力降低剂、pH缓冲剂、互溶剂和稀释剂组成的组中的一个或多个添加剂。6.根据权利要求1至5中任一项所述的水基井筒流体，其中，所述水基井筒流体的表观黏度在约10cP至35cP的范围内。7.根据权利要求1至6中任一项所述的水基井筒流体，其中，所述水基井筒流体的塑性黏度在约1cP至25cP的范围内。8.根据权利要求1至7中任一项所述的水基井筒流体，其中，所述水基井筒流体的屈服值在约2Pa至15Pa的范围内。9.根据权利要求1至8中任一项所述的水基井筒流体，还包含选自由增重剂、增黏剂、润湿剂、腐蚀抑制剂、除氧剂、抗氧化剂、除生物剂、表面活性剂、分散剂、界面张力降低剂、pH缓冲剂、互溶剂和稀释剂组成的组中的一个或多个添加剂。10.根据权利要求1至9中任一项所述的水基井筒流体，其中，所述水基井筒流体是水基钻井泥浆。11.一种钻探井筒的方法，所述方法包括：在钻井时将水基钻井泥浆循环到所述井筒中，其中，所述水基钻井泥浆包含改性石墨烯页岩抑制剂，该改性石墨烯页岩抑制剂包含经由连接基团与石墨烯共价键合的一个或多个取代基，并且其中，所述一个或多个取代基中的一个是包含8至14范围内的碳原子数的烃基。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述连接基团是选自由酯、酸酐和酰胺组成的组中的一个或多个，并且其中，所述烃基的碳原子数在10...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：法赫德国王石油矿产大学，
类型：发明
国别省市：