[发明专利]氨基酸改性的氧化石墨烯在水基钻井液中作为包被剂的应用

说明书

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及氨基酸改性的氧化石墨烯在水基钻井液中作为包被剂的应用。其中，所述氨基酸改性的氧化石墨烯的制备方法包括：在碱性化合物存在下，将氧化石墨烯与氨基酸在含水溶剂中进行接触反应。本发明的氨基酸改性的氧化石墨烯是一种柔性片层状材料，将其作为包被剂可对页岩表面形成大面积的吸附填充，高效封堵纳米孔隙；在低浓度下就可发挥较好的抑制粘土膨胀，页岩分散的性能。

技术领域

本发明涉及油气钻井领域，具体涉及氨基酸改性的氧化石墨烯在水基钻井液中作为包被剂的应用。

背景技术

在利用水基钻井液勘探开发页岩油气过程中，易出现泥页岩水化引起的井壁失稳，以及页岩钻屑水化分散引起的钻井液黏度剧增，而导致的钻进困难等问题。因此，控制泥页岩的水化分散是水基钻井液钻进页岩地层的一个关键技术难题。针对这一难题，科研人员从三个不同角度给出了解决方案，分别是页岩抑制剂、页岩封堵剂和页岩包被剂。页岩抑制剂一般为无机盐和有机小分子，如氯化钾(KCl)、小阳离子和聚醚胺，这些小分子物质通阳离子交换作用进入页岩中易膨胀粘土矿物层间，抑制页岩中粘土矿物的水化膨胀以稳定页岩。但这些页岩抑制剂抑制页岩中粘土矿物膨胀的同时，也抑制了钻井液中膨润土的膨胀分散，从而在一定程度上对钻井液的流变及滤失性能产生影响。在钻井过程中，钻井液中的自由水易侵入页岩中纳米级别的孔隙，导致页岩的水化分散。钻井液中常规的微米颗粒无法进入纳米孔隙对其进行封堵。因此，研制纳米颗粒等材料封堵页岩中的纳米孔隙阻止自由水的侵入是抑制页岩水化分散的又一途径。但纳米颗粒由于比表面能较大，易团聚，不稳定，大大影响了封堵效果。

高分子量的聚合物凭借较长的分子链和强的吸附基团可在页岩表面吸附聚集，在页岩与钻井液之间形成一定程度的隔离，从而起到保护页岩的作用，这样的高分子聚合物称之为包被剂。但常用的高分子聚合物的分子链在高温下易被破坏，极大地限制了其对页岩的吸附包被性能。

发明内容

本发明的目的在于针对水基钻井液在钻探页岩地层中遇到的泥页岩水化分散问题，提供一种具有良好抗温性能的页岩包被剂，即本发明提供了氨基酸改性的氧化石墨烯在水基钻井液中作为包被剂的应用。

本发明第一方面提供一种氨基酸改性的氧化石墨烯在水基钻井液中作为包被剂的应用，所述氨基酸改性的氧化石墨烯的制备方法包括：在碱性化合物存在下，将氧化石墨烯与氨基酸在含水溶剂中进行接触反应。

本发明第二方面提供一种油气钻井的方法，该方法包括采用含有氨基酸改性的氧化石墨烯作为包被剂的水基钻井液，所述氨基酸改性的氧化石墨烯的制备方法包括：在碱性化合物存在下，将氧化石墨烯与氨基酸在含水溶剂中进行接触反应。

本发明的该氨基酸改性后的氧化石墨烯作为一种柔性的纳米片层状材料，可在页岩表面产生强有力的吸附，会如一层保护膜一样包裹在泥页岩表面，阻隔其与钻井液的接触，从而实现较好的抑制页岩分散的作用。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供一种氨基酸改性的氧化石墨烯在水基钻井液中作为包被剂的应用，所述氨基酸改性的氧化石墨烯的制备方法包括：在碱性化合物存在下，将氧化石墨烯与氨基酸在含水溶剂中进行接触反应。

根据本发明，通过所述接触反应，氨基酸可接枝在氧化石墨烯的活性官能团上，例如氨基酸的羧酸基团接枝于氧化石墨烯表面的官能团上，当然也不可排除，这些氨基酸在氧化石墨烯表面自聚，形成接枝的长链聚合物分子。为了使得氧化石墨烯表面接枝更为合适的氨基酸含量，以使得所得的氨基酸改性的氧化石墨烯具有更优异的包被性能，优选地，所述氧化石墨烯与氨基酸的重量比为100：50-500，优选为100：100-300，更优选为100：100-200。