[发明专利]一种仿页岩结构材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿页岩结构材料及其制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

页岩(Shale)是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积、经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。传统观点仅认识到页岩可生油、生气，没认识到页岩亦可储油、储气，更未认识到还能聚集工业性页岩油、页岩气(邹才能等，中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力，石油勘探与开发，2010,37(6),641)。根据目前全球油页岩资源现状，若将它折算成页岩油，可以达到4000多亿吨，相当于目前世界天然原油探明可采储量的5.4倍。页岩油气作为一种重要的替代能源资源以其巨大的储量、丰富的综合利用层次，引起了全世界的关注。目前，美国和加拿大已经开始了对页岩气的勘探开发，特别是美国，已对密西根、印第安纳等5个盆地的页岩气进行商业性开采，2010年页岩气产量达到1000亿立方米，成为一种重要的天然气资源。当前，我国对油页岩研究相对薄弱，无论是页岩油气成因或是开发、利用方面，中国的研究水平都需要大力提高。(刘招君，柳蓉，中国页特征及开发利用前景分析，地学前缘，2005,12(3),315)。

对页岩储层的科学认识对于原油的开发具有重要的战略意义，因为在页岩储层中，原油对各种物理化学环境的亲和性对其富集状态具有决定性作用，因此，弄清原油在页岩中的浸润状态对页岩油气的开采价值、开采经济成本、得油效率等均有重要意义。理论认为，原油在页岩储层中的浸润行为与其所处环境的界面微观结构和界面化学组成有关(江雷，冯琳，仿生智能纳米界面材料，化学工业出版社)。而目前来说，对于页岩油所处环境及其浸润状态之间的相互关系，并没有实实在在的科学数据与系统的阐述。这主要是由于天然页岩由于本身物理结构与化学组成复杂，给其本身的分析工作带来困难，其次，各矿区页岩样本存在较大的地质差异，亦没有统一标准。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种仿页岩结构材料及其制备方法，能够得到仿页岩结构的多孔材料。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一种仿页岩结构材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，取无机质颗粒，加入第一表面活性剂，分散均匀，再加入第一稳定剂混合均匀，得到胶体悬浊液；该胶体悬浊液中，以质量百分比计，第一表面活性剂的浓度为1wt％-2wt％，第一稳定剂的浓度为不高于5wt％，无机质颗粒的含量为30wt％-60wt％；

步骤二，对胶体悬浊液进行离心分离，取沉淀；

步骤三，将第二表面活性剂、第二稳定剂和步骤二所得的沉淀混合，分散均匀，得到混合液；该混合液中，以质量百分比计，第二表面活性剂的浓度为1wt％-2wt％，第二稳定剂的浓度为不高于5wt％，沉淀的含量为30wt％-60wt％；

步骤四，将混合液低温固化，然后(取出至真空环境中)升华去除溶剂，得到多孔材料；

步骤五，将多孔材料置于胶体溶液中，陈化进行凝胶化，取出，煅烧，得到仿页岩结构材料。

上述的制备方法中，步骤一的胶体悬浊液经过步骤二离心分离得到沉淀，然后将沉淀与第二表面活性剂和第二稳定剂分散混匀，这种分散-沉淀-再分散的方式，可以使无机质颗粒与表面活性剂、稳定剂充分作用，经过多次处理提高三者之间的结合效率。

上述的制备方法中，步骤五中的陈化进行凝胶化是使多孔材料的无机质颗粒具有更均匀的粒径分布，同时，去除包藏的杂质；其陈化的条件为常温常压。

上述的制备方法中，也可以使用球磨来使得原料混合均匀，以此接近或达到离心再混合的多次处理及陈化操作的使得无机质颗粒均匀分布的效果。

上述的制备方法中，优选的，在步骤四中，将混合液低温固化是将混合液以小于10mm/min的速率缓慢浸没于低温源中，使混合液完全固化。

上述的制备方法中，在低温固化的过程中，将混合液缓慢浸没于低温源中固化，即导致施加了一个具有梯度的低温场，导致了规整的层状垛堞结构的形成。在步骤四中，将混合液低温固化也可以根据制备要求的不同，直接将混合液置于低温源中固化。所述低温源包括一些低温试剂，如液氮、液氦等，也包括一些可以制造低温环境的仪器，如冰箱、制冷机等。

上述的制备方法中，优选的，在步骤五中，煅烧的温度在800-1500℃之间，煅烧时间不少于4h，可以根据稳定剂和无机质颗粒的物理化学特性调整确定。