[发明专利]一种两亲Janus石墨粒子及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种两亲Janus微纳米级石墨粒子，在所述两亲Janus微纳米级石墨粒子FITR光谱中，在3100‑3200cm^‑1，3030‑3050cm^‑1附近，1600‑1700cm^‑1附近，1550‑1580cm^‑1附近处有振动峰。本发明还公开了所述两亲Janus微纳米级石墨粒子的制备方法和应用方法。本发明通过对微纳米级石墨粒子进行非均质改性，可将微纳米级石墨粒子改性成为一端具有亲水特性另一端具有疏水特性的两亲Janus石墨粒子。通过对两亲Janus石墨粒子在钻井液中的应用评价，可以看到加入两亲Janus石墨粒子，可有效改善钻井液的润滑性能，同时钻井液的粘度和切力几乎不受影响。

技术领域

本发明主要涉及一种两亲Janus微纳米级石墨粒子，同时涉及该两亲Janus微纳米级石墨粒子的制备方法，以及作为钻井液润滑剂的应用，属于油田化学助剂领域。

背景技术

钻井液润滑剂是降低钻具与井壁之间的摩擦、减小钻进扭矩和起下钻摩阻、预防黏卡、防止钻头泥包的重要处理剂，目前主要有沥青类润滑剂、柴油基润滑剂、矿物油基润滑剂、植物油基润滑剂、磺化妥尔油润滑剂、聚合醇润滑剂、聚α烯烃润滑剂和合成酯润滑剂等。

基于目前新材料的发展趋势，结合钻井工程对润滑剂的要求，将纳米材料引入至钻井液润滑剂领域。在众多材料中，两亲Janus粒子(表面性质不对称粒子)的结构特殊，功能调控最强，同时可作为表面活性物质使用。两亲Janus粒子的一面具有亲水性，另一面具有亲油性，可在润滑剂与管柱界面以及润滑剂与岩石界面形成一层保护膜，且固相纳米粒子本身也可以起到润滑作用，从而实现双重润滑功能。Janus粒子在较低用量下即可形成稳定的乳液，其毒性远低于传统表面活性剂。

将两亲Janus粒子作为润滑添加剂可开辟出一条新型、功能优异、环境友好的钻井液润滑剂研究道路，满足新形势下钻井工程要求的新型高效环保钻井液体系，为油气田的高效开发保驾护航。

发明内容

随着环保法规的日益严格，沥青类润滑剂等常规润滑剂的使用量逐年下降。因此，开发出性能优异、环境友好的润滑剂是保证优质钻井质量的重要基石，是加快我国油气高效、绿色开发的技术关键。

本发明的目的在于提供一种两亲Janus微纳米级石墨粒子，该两亲Janus微纳米级石墨粒子不但具有良好的两亲性能、能在两相界面处紧密排列形成一层保护膜，而且可以将滑动摩擦转变为滚动摩擦，大幅降低钻杆与岩石表面的摩阻阻力。同时，该两亲Janus微纳米级石墨粒子与钻井液的配伍性较好。利用本发明中所研发的两亲Janus微纳米级石墨粒子添加至钻井液中，可以获得很高的润滑效果。

本发明所采用的具体技术解决方案是：

在本发明的第一方面，本发明提供了一种两亲Janus微纳米级石墨粒子，在所述两亲Janus微纳米级石墨粒子的FITR光谱中，在3100-3200cm^-1、3030-3050cm^-1、1600-1700cm^-1和1550-1580cm^-1的区间处有振动吸收峰。

在本发明的一些优选实施方式中，所述的两亲Janus微纳米级石墨粒子的粒径为500nm～500μm。

在本发明的第二方面，本发明提供一种两亲Janus微纳米级石墨粒子的制备方法，包括如下步骤：

(1)将微纳米级的石墨粉以及碳酸镁与浓度为75％～98％的硫酸混合搅拌；

(2)在步骤(1)得到的溶液中加入浓度为1％～15％的高锰酸钾溶液，升高温度至120～160℃，反应150～180min后得到反应产物；

(3)将步骤(2)得到的反应产物与无水乙醇混合，用氨水进行中和，再用丙酮清洗，真空干燥后得到氧化石墨产物；