本发明专利技术提供一种聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶及其制备方法和应用，所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备原料包括氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物和交联剂，所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料包括氧化石墨烯、丙烯酰胺单体和引发剂，所述交联剂包括聚乙烯亚胺和/或酚醛树脂；先将氧化石墨烯和丙烯酰胺单体聚合形成氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物，再将得到的氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物与交联剂进行交联，可以使最终得到的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的具有较高的强度和较长的成胶时间，还具有优异的耐高温性能，适合应用于油气钻探开发过程中，能够有效解决高温下裂缝性地层漏失问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水凝胶，具体涉及一种聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在油气钻探开发过程中，钻井液的成本占整体成本的25～40％，裂缝性地层钻井液漏失是常见的复杂情况，它会造成钻井液的耗损及钻时损失，严重时还会引起卡钻、井喷、井塌，甚至井眼报废等情况，造成重大经济损失；添加交联剂的聚合物水溶液，成胶之前以液体形态进入漏失通道，成胶后形成高强度胶塞，能够实现高压条件下裂缝的封堵，聚合物凝胶堵漏材料的成功应用，为裂缝性、溶洞性严重漏失地层的封堵提供了有效的途径。
2、cn110655661a公开了一种聚丙烯酸/聚丙烯酰胺双网络水凝胶的制备方法，属于石油钻井堵漏
，双网络水凝胶是基于丙烯酸和丙烯酰胺制备的高强度paa/pam双网络水凝胶。制备方法包括：(1)制备二氧化硅悬浊液；(2)取一定量的丙烯酸、n-n-二甲基丙烯酰胺、交联剂和蒸馏水混合，加入二氧化硅悬浊液、引发剂制得第一混合液，经水浴制得单网络水凝胶；(3)取一定量的丙烯酰胺、交联剂、引发剂和蒸馏水混合制得第二混合液，将上述单网络水凝胶浸泡在第二混合液中，水浴反应制得双网络水凝胶；该专利技术采用两步水溶液法制备，水浴加热聚合反应，在较温和的条件下反应，同时得到的双网络水凝胶具有较好的抗温、抗压性和良好的吸水性。
3、然而，由于地层下情况复杂，漏层处的温度通常高至一百多度，高温会降低凝胶的强度，同时高温下会减小凝胶的成胶时间，成胶时间过短的话会导致聚合物水溶液在成胶之前进入漏失通道的深度较小进而导致封堵效果差。
4、因此，开发一种高温下仍具有较高的强度且成胶时间较长的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，是本领域急需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶及其制备方法和应用，所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶在高温下(90～130℃)仍具有较高的强度和较长的成胶时间，还具有优异的耐高温性能，适合应用于油气钻探开发过程中，能够有效解决高温下裂缝性地层漏失问题。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备原料包括氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物和交联剂；
4、所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料包括氧化石墨烯、丙烯酰胺单体和引发剂；
5、所述交联剂包括聚乙烯亚胺和/或酚醛树脂。
6、本专利技术提供的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备原料包括氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物和交联剂，其中，所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料包括氧化石墨烯、丙烯酰胺单体和引发剂，所述交联剂包括聚乙烯亚胺和/或酚醛树脂。本专利技术首先将氧化石墨烯可以和丙烯酰胺单体聚合形成氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物，再将所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物与交联剂交联成胶后得到聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，使得到的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的强度得到了明显提升，且成胶时间延长，还具有优异的耐高温性能，能避免氧化石墨容易发生团聚的问题，应用于油气钻探开发过程中能够有效解决高温下裂缝性地层漏失问题。
7、优选地，所述交联剂的分子量为1500～150000，例如2000、4000、5000、10000、50000、100000、120000或140000等。
8、优选地，所述交联剂包括聚乙烯亚胺。
9、作为本专利技术的优选技术方案，本专利技术优选聚乙烯亚胺作为交联剂的优势在于聚乙烯亚胺可以与丙烯酰胺聚合物之间形成共价键交联，且交联速度低，具有较好的热稳定性，并且与其他金属交联剂和有机交联剂相比聚乙烯亚胺交联剂是低毒性的。
10、优选地，所述引发剂包括过氧化物类引发剂或偶氮类引发剂，进一步优选为偶氮类引发剂。
11、优选地，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈。
12、优选地，所述氧化石墨烯包括未改性的氧化石墨烯、羧基化氧化石墨烯或丙烯酰胺接枝氧化石墨烯中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为未改性的氧化石墨烯。
13、优选地，所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料还包括抑制剂。
14、优选地，所述抑制剂包括甲酸钠。
15、在本专利技术中，抑制剂的添加可以抑制聚合反应后期产生的暴聚现象、解决聚合物的溶解问题以及控制自由基聚合反应的速度。
16、优选地，所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料还包括ph调节剂，用于辅助调节聚合反应液的ph值。
17、优选地，所述ph调节剂包括氨水和/或硫酸溶液。
18、优选地，所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料中还包括尿素和/或水。
19、优选地，所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料中还包括过硫酸铵和焦亚硫酸钾。
20、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
21、(1)将氧化石墨烯、丙烯酰胺单体、任选地抑制剂、任选地ph调节剂和任选地尿素在水中混合，加入引发剂、任选地过硫酸铵和任选地焦亚硫酸钾进行聚合反应，得到氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物；
22、(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物和交联剂在水中成胶，得到所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶。
23、优选地，步骤(1)所述混合的过程中体系的ph值为9.5～10.5，例如9.6、9.7、9.8、9.9、10、10.1、10.2、10.3或10.4等。
24、优选地，步骤(1)所述聚合反应在冰浴的条件下进行，进一步优选为在4～6℃的冰浴条件下进行。
25、作为本专利技术的优选技术方案，由于步骤(1)所述聚合反应会大量放热，进而为了防止聚合反应过程中发生骤聚，将聚合反应在冰浴状态以及搅拌的条件下进行混合和反应。
26、优选地，步骤(1)具体包括：在搅拌的条件下，向氧化石墨烯的水溶液中加入丙烯酰胺单体、任选地抑制剂、任选地ph调节剂和任选地尿素进行混合，再缓慢加入引发剂、任选地过硫酸铵和任选地焦亚硫酸钾在冰浴和保护性气体保护下进行聚合反应，得到氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物。
27、作为本专利技术的优选技术方案，按照上述特定的加料顺序进行加料能够更好的控制聚合反应液的ph值以及保证各物料混合的均匀性。
28、优选地，步骤(1)所述聚合反应的时间为3～5h，例如3.2h、3.4h、3.6h、3.8h、4h、4.2h、4.4h、4.6h或4.8h等。
29、优选地，步骤(1)所述聚合反应在保护性气体保护的条件下进行。
30、优选地，所述保护性气体包括氮气。
31、优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的粘均分子量为2000000～7000000，例如2500000、300本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，其特征在于，所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备原料包括氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物和交联剂；
2.根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，其特征在于，所述交联剂的分子量为1500～150000；
3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，其特征在于，所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料还包括抑制剂；
4.一种如权利要求1～3任一项所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的过程中体系的pH值为9.5～10.5；
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述聚合反应的聚合反应液中氧化石墨烯的质量百分含量为0.01～1％；
7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物和交联剂的质量比为(0.5～5):(0.005～0.3)。
8.根据权利要求4～7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述成胶的温度为20～50℃；
9.根据权利要求4～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
10.一种如权利要求1～3任一项所述的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶在油田高温高压漏失井封层的应用；
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【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，其特征在于，所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备原料包括氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物和交联剂；
2.根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，其特征在于，所述交联剂的分子量为1500～150000；
3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶，其特征在于，所述氧化石墨烯/丙烯酰胺聚合物的制备原料还包括抑制剂；
4.一种如权利要求1～3任一项所述聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的过程中体系的ph值为9.5...
【专利技术属性】
技术研发人员：屈沅治，聂志泉，王俊，戎克生，任晗，高世峰，刘可成，叶成，秦栋辉，张世锋，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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