一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂及其制备方法技术

本专利申请公开了一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂及其制备方法，纳米复合除硫剂由氧化石墨烯和改性纳米氧化铁复合制成，氧化石墨烯和改性纳米氧化铁的质量比为1：4～8。本发明专利技术利用氧化石墨烯和改性纳米氧化铁材料制备纳米复合除硫剂，氧化石墨烯表面富含含氧官能团，如羧基、羟基等，易于吸附无机纳米粒子，故将改性纳米氧化铁颗粒负载于氧化石墨烯上。本发明专利技术制备的纳米复合除硫剂不仅依靠氧化铁和硫化氢化学反应生成硫化物除去硫化氢，高比表面积和层状结构提高传统固体处理剂的除硫效果，提高除硫剂的抗温能力，且能降低钻井液滤失量，改善钻井液流变性，在水基和油基钻井液中均能使用，满足现场钻井除硫施工需要。满足现场钻井除硫施工需要。

【技术实现步骤摘要】
一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及油气田的除硫领域，具体涉及一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]硫化氢(H2S)是一种剧毒、可燃气体，无色、带有臭鸡蛋味，溶于水和油，溶解度随溶液温度升高而降低。人暴露在10ppm浓度下眼睛可能受刺激；100ppm浓度下3～15min就会出现咳嗽、眼睛受刺激和失去嗅觉；1000ppm浓度下立即丧失知觉，结果将会产生永久性的脑伤害或脑死亡。
[0003]目前在我国四川盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地等均含有高含硫气藏。在高含硫气藏钻井过程中，硫化氢侵入钻井液会产生以下危害：
①
导致钻井液pH值或碱度降低，影响钻井液性能，流变性能和滤失性能变差，影响携带岩屑、井壁稳定、造成起下钻压力激动等；
②
腐蚀钻具，金属产生氢脆破坏，造成井下管柱的突然断落、井口装置失效、地面管汇和仪表的爆裂，引发井喷失控或着火事故。
③
硫化氢随钻井液循环扩散到空气中，造成中毒等人身安全伤害。
[0004]因此，油气钻探过程中遇到H2S气侵时，能否及时清除钻井液中的H2S至关重要。目前主要通过向钻井液中添加除硫剂，依靠物理吸附或化学反应，提高水基或油基钻井液中H2S的清除效率。通常除硫剂包括固体除硫剂、液体除硫剂。固体除硫剂包括铜基除硫剂、铁基除硫剂及锌基除硫剂等，但其存在除硫效率低、絮凝沉淀、影响钻井液流变性和滤失性等问题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂及其制备方法，本专利技术的纳米复合除硫剂不仅依靠氧化铁和硫化氢化学反应生成硫化物除去硫化氢，高比表面积和层状结构提高传统固体处理剂的除硫效果，提高除硫剂的抗温能力，且能降低钻井液滤失量，改善钻井液流变性，在水基和油基钻井液中均能使用，满足现场钻井除硫施工需要。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂，由氧化石墨烯和改性纳米氧化铁复合制成，氧化石墨烯和改性纳米氧化铁的质量比为1：4～8。
[0008]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0009]1.本专利技术利用氧化石墨烯和改性纳米氧化铁材料制备纳米复合除硫剂，氧化石墨烯表面富含含氧官能团，如羧基、羟基等，易于吸附无机纳米粒子，故将改性纳米氧化铁颗粒负载于氧化石墨烯上。本专利技术制备的纳米复合除硫剂不仅依靠氧化铁和硫化氢化学反应生成硫化物除去硫化氢，高比表面积和层状结构提高传统固体处理剂的除硫效果，提高除硫剂的抗温能力，且能降低钻井液滤失量，改善钻井液流变性，在水基和油基钻井液中均能
使用，满足现场钻井除硫施工需要。
[0010]2.通过控制氧化石墨烯和改性纳米氧化铁的质量比为1：4～8，可使最终制备得到的纳米复合除硫剂具有具备纳米颗粒吸附的类“书页”多层状结构，而且所形成的类“书页”多层状结构显著，高比表面积的纳米颗粒增加吸附硫化氢效率，同时类“书页”多层状结构增加层面对硫化氢的吸附效率，通过两者的复合所形成的除硫剂，可显著提高除硫效果。
[0011]作为本专利技术优选的实施方式，所述氧化石墨烯采用以下方法制备：
[0012](1)将150～180mg石墨粉与18～25mL硫酸混合，于20～30℃下搅拌，并加入6～10mL硝酸，搅拌混合20～25h后，用蒸馏水洗涤沉淀物至少三次，并干燥；
[0013](2)取步骤(1)干燥后的产物35～45mg，加入8～12mL硫酸于12～18℃下搅拌混合，过程中添加100～140mg高锰酸钾，搅拌20～25h，过程中添加25～35mL蒸馏水；
[0014](3)加入5～8mL过氧化氢，30～45min后离心分离获得沉淀物；
[0015](4)沉淀物用3～5mL氯酸洗涤至少三次，然后用去离子水洗涤至少三次；
[0016](5)向所得混合物中加入35～45mgNaHCO3，调节pH为7～7.5，离心得到沉淀物，干燥沉淀物即为氧化石墨烯。
[0017]采用上述方法制备的氧化石墨烯，类“书页”多层状结构显著，而且比表面积大，采用其作为吸附剂，可最大程度分散改性纳米氧化铁形成纳米复合结构，制备的纳米复合除硫剂的除硫性能更优。
[0018]作为本专利技术优选的实施方式，所述改性纳米氧化铁采用以下方法制备：
[0019](1)在反应容器中加入30～50mL无水乙醇和10～30mL去离子水，加入10～20g纳米氧化铁，将反应容器放于超声分散仪中分散40～60min；
[0020](2)加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂占纳米氧化铁质量分数的10～20％，用稀盐酸调节pH至4～5，搅拌5～10h，搅拌期间温度为60～90℃；
[0021](3)静置离心后取下部沉淀，用无水乙醇和去离子水分别洗涤至少三次，过滤并干燥，即可得到改性纳米氧化铁。
[0022]纳米氧化铁具有高比表面积和较高的比表面能，而且表面覆盖有较多羟基，属于极性物质，容易团聚，限制了其超细效应的效果发挥。采用上述方法制备的改性纳米氧化铁，表面极性大大降低，粒径均匀，可有效提高纳米氧化铁在溶液中的分散能力和亲和力，改善纳米氧化铁的表面性能，改性纳米氧化铁可充分分散在类“书页”多层状结构氧化石墨烯上，除硫效果显著。
[0023]本专利技术实施例还提供了一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂的制备方法，包括以下步骤：
[0024](1)将40～160g改性纳米氧化铁加入到80～100mL的无水乙醇中，于超声分散仪中分散30～40min；
[0025](2)加入10～20g的氧化石墨烯，控制氧化石墨烯和改性纳米氧化铁的质量比为1：4～8，于75～85℃恒温水浴中搅拌4h；
[0026](3)静置下部沉淀并进行过滤，置于烘箱中干燥即制备得到钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂。
[0027]采用上述制备方法，通过控制氧化石墨烯和改性纳米氧化铁的质量配比，同时控制在上述反应温度和时间下进行制备，可使最终产品具备纳米颗粒吸附的类“书页”多层状
结构，而且类“书页”多层状结构显著，高比表面积的纳米颗粒增加吸附硫化氢效率，同时类“书页”多层状结构增加层面对硫化氢的吸附效率，通过两者的复合所形成的除硫剂，可显著提高除硫效果。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施例1制备的纳米复合除硫剂的扫描电镜图。
具体实施方式
[0029]体现本专利技术特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中具体叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本专利技术。
[0030]实施例1
[0031]本实施例公开了一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂，由氧化石墨烯和改性纳米氧化铁复合制成，氧化石墨烯和改性纳米氧化铁的质量比为1：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂，其特征在于：由氧化石墨烯和改性纳米氧化铁复合制成，氧化石墨烯和改性纳米氧化铁的质量比为1：4～8。2.根据权利要求1所述的一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂，其特征在于：所述氧化石墨烯和改性纳米氧化铁的质量比为1：6～8。3.根据权利要求1～2任一项所述的一种钻井液用氧化石墨烯基纳米复合除硫剂，其特征在于，所述氧化石墨烯采用以下方法制备：（1）将150～180mg石墨粉与18～25mL硫酸混合，于20～30℃下搅拌，并加入6～10mL硝酸，搅拌混合20～25h后，用蒸馏水洗涤沉淀物至少三次，并干燥；（2）取步骤（1）干燥后的产物35～45mg，加入8～12mL硫酸于12～18℃下搅拌混合，过程中添加100～140mg高锰酸钾，搅拌20～25h，过程中添加25～35mL蒸馏水；（3）加入5～8mL过氧化氢，30～45min后离心分离获得沉淀物；（4）沉淀物用3～5mL氯酸洗涤至少三次，然后用去离子水洗涤至少三次；（5）向所得混合物中加入35～45mgNaHCO3，调节pH为7～7.5，离...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文章，暴丹，隋健鸿，卢浩，陈科杰，刘思源，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：