專利名稱：石墨烯組合物以及源自該組合物的鉆井液的制作方法
石墨烯組合物以及源自該組合物的鉆井液相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2008年1月8日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/026,7 65號(hào)，2008年 2月4日提交的第61/026049號(hào)，以及2008年2月5日提交的第61/026,377號(hào)的優(yōu)先權(quán)， 這些專利全文參考結(jié)合入本文中。關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明本申請(qǐng)的工作是在以下基金資助下進(jìn)行的NASA基金NNX07AI65G，聯(lián)邦航
空行政基金2007G010，空軍部門發(fā)起的研究/空軍研究實(shí)驗(yàn)室，以及高能協(xié)會(huì)。
背景技術(shù)：
礦藏，主要是石油和天然氣，但是還包括例如水和各種無(wú)機(jī)礦物的勘探和生產(chǎn) 經(jīng)常包括用旋轉(zhuǎn)切割器形成鉆孔。在挖掘過(guò)程中，巖石碎屑不斷地從鉆孔移出。在較淺 的鉆孔(深度小于數(shù)百英尺)中，人們通過(guò)例如空心鉆桿噴射壓縮空氣來(lái)除去巖石。通 過(guò)鉆桿和鉆孔之間的圓環(huán)形空間除去巖石碎屑。在較深的鉆孔或者地質(zhì)形貌中容納有水 或其它流體的鉆孔中，通過(guò)類似的方式使用液體除去巖石碎屑。人們通常將這些液體稱 為“鉆井液”。人們經(jīng)常在鉆井液中加入重晶石之類的添加劑以增大密度，使得某一深 度處鉆井液的流體靜壓力大于相同深度下地質(zhì)結(jié)構(gòu)中流體的靜壓力。鉆井液密度的增大 有助于防止地質(zhì)組成物進(jìn)入鉆孔并在鉆井過(guò)程中遇到高壓的沉積礦物時(shí)抑制井噴。盡管鉆井液為鉆井工藝提供了大量的優(yōu)點(diǎn)，但是鉆井液的壓力經(jīng)常足以侵入可 滲透性的巖層。人們不希望發(fā)生這種滲透，因?yàn)檫@會(huì)影響石油的回收。人們經(jīng)常在鉆 井液中加入一些材料，這些材料會(huì)形成使得鉆井液無(wú)法滲透的濾餅，從而堵塞可滲透性 巖層中的孔。例如，人們通常將膨潤(rùn)土(一種黏土)用于該目的。有時(shí)候，人們還加 入其它的添加劑，例如纖維素、聚合物、浙青、GILSONITE 和碳酸鈣以改進(jìn)濾餅的 性質(zhì)。盡管膨潤(rùn)土和類似的材料能夠減小巖層的滲透性，但是濾餅并不是對(duì)鉆井液完全 不滲透的，這會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。例如，滲水會(huì)使得粘土地層結(jié)構(gòu)溶脹，導(dǎo)致減產(chǎn)。頁(yè) 巖之類的巖石會(huì)由于吸收的鉆井液累積壓力梯度，使得巖層會(huì)剝落進(jìn)入鉆井液中。這些
‘沖落物’會(huì)堵塞鉆桿，形成粗糙的表面，增大摩擦?；蛘咩@孔會(huì)被堵塞。另外，當(dāng)鉆 井液滲入巖石的時(shí)候，巖石中原來(lái)的流體被代替。當(dāng)使用測(cè)井裝置對(duì)生產(chǎn)前景進(jìn)行評(píng)估 的時(shí)候，由于鉆井液替代了石油，潛在的生產(chǎn)區(qū)可能會(huì)被錯(cuò)過(guò)。另外，當(dāng)使用現(xiàn)有的添 加劑的時(shí)候，會(huì)累積形成很厚的濾餅，這會(huì)增大鉆桿上的摩擦，減小鉆井液流過(guò)的環(huán)形 空間的尺寸。當(dāng)添加劑沒(méi)有能夠阻止鉆井液滲入高滲透性的大孔巖層的時(shí)候，也會(huì)發(fā)生 故障。鉆井液快速流入這些巖層會(huì)使得鉆桿與巖石表面發(fā)生流體力學(xué)卡死，導(dǎo)致所謂的 “鉆桿被卡”現(xiàn)象。鑒于以上內(nèi)容，人們非常希望開發(fā)改進(jìn)的鉆井液組合物，該組合物能夠防止或 者顯著減少鉆井液滲入巖層的發(fā)生。這種鉆井液組合物能夠在鉆井操作中提供以下優(yōu) 點(diǎn)，例如減少地層的破壞，形成較薄的濾餅，減少進(jìn)入巖層芯內(nèi)的鉆井液損失，保持初 始的巖層壓力，減少鉆井設(shè)備的磨損，以及減少鉆桿發(fā)生液壓粘著或者鉆桿被卡的可能。

發(fā)明內(nèi)容
在各個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明揭示了包含石墨烯(graphene)的鉆井液。在其它的 各個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明揭示了制備包含石墨烯的鉆井液的方法。所述方法包括提供石 墨烯，提供鉆井液，然后將石墨烯分散在鉆井液中。在各個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明揭示了 包含納米薄片添加劑的鉆井液。在各種實(shí)施方式中，本發(fā)明揭示了衍生的石墨烯。所述衍生的石墨烯是化學(xué)轉(zhuǎn) 化的石墨烯。所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯用多種官能團(tuán)進(jìn)行衍生。在其它的各種實(shí)施方式 中，本發(fā)明揭示了制備衍生的石墨烯的方法。所述方法包括提供化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯，用 大量官能團(tuán)對(duì)所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯進(jìn)行衍生。在另外的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供制備氧化石墨的方法。所述方法包括將元素 態(tài)碳源懸浮在包含次氯酸鈉的溶液中，加熱該溶液，提供反應(yīng)后的混合物，對(duì)反應(yīng)后的 混合物進(jìn)行分離，提供上清液相。所述元素態(tài)碳源選自下組例如石墨、炭黑、及其組 合。在一些實(shí)施方式中，對(duì)所述上清液相進(jìn)行酸化，制得粗氧化石墨，任選通過(guò)滲析對(duì) 所述粗氧化石墨進(jìn)行純化。前述內(nèi)容相當(dāng)寬泛地描述了本發(fā)明內(nèi)容的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，使得能夠更好地理 解以下的詳細(xì)說(shuō)明。以下描述的本發(fā)明內(nèi)容的附加特征和優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成本發(fā)明要求的主題。


為了更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合附圖參照以下描述來(lái)描述本發(fā)明的具 體實(shí)施方式，圖中圖1顯示了提出的機(jī)理的示意圖，包含石墨烯的鉆井液可以通過(guò)該機(jī)理防止或 顯著減少鉆井液滲入巖層中；圖2顯示了制備官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯的合成歷程；圖3顯示了用表面活性劑穩(wěn)定化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯的冷凍-TEM圖(比例尺= 50納米)；圖4顯示以下樣品的XPS測(cè)量掃描圖氧化石墨，化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯，官能化 的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯la，官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯ld，以及氧化石墨和表面活性劑穩(wěn) 定化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯的高分辨率XPS Cls掃描；圖5顯示以下材料的拉曼光譜氧化石墨，表面活性劑穩(wěn)定化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石 墨烯，官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯Ia以及在Ar下加熱至850°C之后的官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化 的石墨烯Ia ；圖6顯示了以下材料的ATR-IR光譜氧化石墨，表面活性劑穩(wěn)定化的化學(xué)轉(zhuǎn)化 的石墨烯以及官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯Ib ；圖7顯示旋涂在剛裂開的云母表面上的官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯Ib的原子力 顯微照片；
圖8顯示以下材料的TGA熱分析圖氧化石墨、化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯和官能化的 化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯la，Ib和Ic ；以及
圖9顯示本發(fā)明使用的高壓過(guò)濾設(shè)備。
具體實(shí)施例方式在以下描述文字中，使用某些細(xì)節(jié)，例如特定的量、濃度、尺寸等，幫助全面 理解本發(fā)明的各種實(shí)施方式。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的是，本發(fā)明可以在沒(méi) 有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在許多情況下，關(guān)于這些問(wèn)題的細(xì)節(jié)等都被忽略了，這 是因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)并非完全理解本發(fā)明所必需的，而且相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)此也是 力所能及的。參見所有附圖，應(yīng)理解為描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行的說(shuō)明，這些說(shuō)明不 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。另外，附圖不一定按比例繪制。雖然本發(fā)明中大多數(shù)的術(shù)語(yǔ)的含義是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的含義，但是仍 然給出以下的定義部分，以幫助理解本發(fā)明。但是應(yīng)當(dāng)理解，在未明確定義的情況下， 術(shù)語(yǔ)的含義與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員目前所接受的含義相同。例如，在本文中，術(shù)語(yǔ)〃化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯〃表示通過(guò)氧化石墨還原制得的石 墨烯。氧化石墨還原制備化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯的過(guò)程從氧化石墨表面除去了至少一部分的 氧官能團(tuán)。在本文中，例如"官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯"表示已經(jīng)用多種官能團(tuán)進(jìn)行衍 生的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯。在本文中，〃石墨烯〃表示例如單獨(dú)的石墨片，其厚度約小于100個(gè)碳層，通 常約小于10個(gè)碳層。在本文中，術(shù)語(yǔ)石墨烯和石墨片可以互換使用。在本文中，石墨烯 表示例如石墨烯氧化物，氧化石墨，化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯，官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯， 以及它們的組合。在本文中，“石墨烯氧化物"表示例如一種特別的氧化石墨的形式，其厚度約 小于100個(gè)碳層，通常約小于10個(gè)碳層。在本文中，“氧化石墨"表示例如具有任意數(shù)量碳層的氧化的石墨。在本文中，丨‘石墨類〃表示例如石墨烯和石墨層。本發(fā)明描述了用來(lái)例如在鉆井操作過(guò)程中防止或者顯著減少鉆井液滲入巖層的 石墨烯組合物。通過(guò)在鉆井應(yīng)用中使用石墨烯或者類似的納米薄片添加劑，可以獲得優(yōu) 于通常為球形的常規(guī)添加劑的一些優(yōu)點(diǎn)。作為替代的納米薄片添加劑包括例如用來(lái)制備 納米復(fù)合材料的薄層狀粘土(例如蒙脫土)以及膨脹云母和機(jī)械切削的云母。粘土和其 它納米薄片材料堵塞孔的效率來(lái)源于它們類似的幾何形狀以及懸浮在鉆井液中的能力， 都與石墨烯組合物非常類似。用于鉆井操作中的石墨片提供了以下優(yōu)點(diǎn)，在一些實(shí)施方 式中可以形成厚度約為1納米至1微米的非常薄的濾餅，在其它的實(shí)施方式中厚度約為 1-10納米，在其它的實(shí)施方式中厚度約為10-100納米。這樣的薄濾餅?zāi)軌虮３直贸閳A環(huán) 空間，用來(lái)引入鉆井液，并且消除或者顯著減少濾餅對(duì)鉆桿的磨損。另外，石墨烯本身 具有的與石墨類似的潤(rùn)滑性能夠減少鉆桿在鉆孔內(nèi)的磨損和摩擦力。如圖1所示，包含 石墨烯的鉆井液能夠減少鉆井液向原始地層100的巖石孔內(nèi)的滲透。例如，石墨烯片101 擋住了巖石孔102，使得鉆井液103無(wú)法滲入。所述石墨烯片能夠防止或顯著減少鉆井液 103滲入原始地層100內(nèi)部。所述石墨烯片是很薄的，這是人們所需的，但是石墨烯片具有足夠的強(qiáng)度和撓性，具有足夠的尺寸能夠跨越構(gòu)成鉆孔內(nèi)部的巖石的至少一個(gè)孔。一 般來(lái)說(shuō)，所述巖石孔的標(biāo)稱直徑為數(shù)十納米至數(shù)微米。在某些情況下，已知存在數(shù)百微 米的寬孔。石墨烯片的撓性允許石墨烯片在壓力(例如鉆井液施加的壓力)作用下發(fā)生 略微的形變，能夠在孔邊緣周圍密封石墨烯片，以防止或顯著減少流體流入巖石孔內(nèi)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以很明顯地看到，本文所述的鉆井液可以用于除了鉆井 以外的其它向下打孔的操作，例如需要防止流體進(jìn)入巖層的應(yīng)用。例如，在高壓水砂破 裂法操作中，希望防止流體進(jìn)入破裂的巖層，因?yàn)槠屏训姆秶辽俨糠值赜闪鸭y延伸速 率與巖層造成的流體損失速率之間的相對(duì)比來(lái)確定。在高壓水砂破裂法操作過(guò)程中使用 包含石墨烯的鉆井液將會(huì)有益地增大破裂的最終范圍。在各個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明揭示了包含石墨烯的鉆井液。在一些實(shí)施方式中， 所述石墨烯組合物的濃度約為鉆井液的0.0001體積％至10體積％。在其它的實(shí)施方式 中，所述石墨烯組合物的濃度約為鉆井液的0.01體積％至0.1體積％。如以下試驗(yàn)實(shí)施 例所證明，即使在這樣的低濃度下，石墨烯溶液也具有堵塞孔的能力。在另外的實(shí)施方 式中，在鉆井液中可以包含其它的添加劑，例如如果需要的話，可以包含添加劑來(lái)增大 流體的密度。鉆井液是本領(lǐng)域眾所周知的。鉆井液的非限制性例子包括例如基于植物酯的鉆 井液(例如巴羅德公司(Baroid)的ACCOLADE )；水基鉆井液(例如巴羅德公司的 BAR-OMEGA 和HYDRO-GUARD )；基于氯化鈣的鉆井液(例如巴羅德公司的 BRINEDRILN )；以及醛基鉆井液。本發(fā)明所述的石墨烯組合物可以加入任意的這些 鉆井液中，或者還可以制備定制的鉆井液制劑。定制的鉆井液制劑可以在水基或油基液 體中制備。在各種實(shí)施方式中，所述鉆井液還可以包含表面活性劑。例如，包含石墨烯 的鉆井液可以包含水、石墨烯和任選的表面活性劑。表面活性劑可以包括例如陰離子型 表面活性劑，陽(yáng)離子型表面活性劑，兩性(兩親性/雙親合性)表面活性劑，非離子型表 面活性劑，及其組合。例如，所述任選的表面活性劑可以是十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)。各種石墨烯組合物適合用于本發(fā)明的鉆井液。在各種實(shí)施方式中，所述石墨烯 組合物包含例如石墨烯氧化物和氧化石墨。在其它的各種實(shí)施方式中，所述石墨烯組合 物包含例如化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯。在其它的各種實(shí)施方式中，所述石墨烯組合物包含例如 官能化的石墨烯。在一些實(shí)施方式中，所述石墨烯用多種芳基官能化。在一些實(shí)施方式 中，所述石墨烯是化學(xué)轉(zhuǎn)化的，并用多種芳基官能化。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明所述 的任意多種石墨烯組合物中的石墨烯片的寬度可以約為數(shù)百納米至最高約數(shù)十微米，在 其它的各種實(shí)施方式中，寬度可以為大約數(shù)百納米至最高約1毫米。較佳的是，當(dāng)所述 石墨烯用于本發(fā)明所述的鉆井液的時(shí)候，所述寬度通常足以跨過(guò)巖石的孔。在各種實(shí)施方式中，通過(guò)氧化石墨的還原制備所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯。在各種實(shí)施方式中，使用胼進(jìn)行所述氧化石墨的還原。適合用來(lái)將氧化石墨還原為化學(xué)轉(zhuǎn)化的 石墨烯的其它反應(yīng)物包括例如氫醌和NaBH4。在制備主要是獨(dú)立的石墨烯片的時(shí)候，特 別優(yōu)選通過(guò)用胼還原氧化石墨來(lái)制備化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯。盡管可以制備化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨 烯的穩(wěn)定的水分散體，但是優(yōu)選使用由表面活性劑穩(wěn)定化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯，用于進(jìn) 一步的應(yīng)用。例如，在制備官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯的時(shí)候，能夠使用表面活性劑制 得的較高濃度的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯是優(yōu)選的，能夠最大程度地增加反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率。在不存在表面活性劑的情況下，有時(shí)候在一段時(shí)間和回收之后，可能難以對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化的石 墨烯進(jìn)行再分散。在鉆井液的各種實(shí)施方式中，可以用與石墨烯表面上的碳相結(jié)合(即不是與殘 留的羧基或羥基部分相結(jié)合)的各種官能團(tuán)對(duì)石墨烯進(jìn)行官能化。在鉆井液的各種實(shí)施 方式中，用多種芳基對(duì)所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯進(jìn)行官能化。圖2顯示了一種特別方便的 制備官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯的途徑。在圖2所示的說(shuō)明性過(guò)程中，用胼還原氧化石 墨201，從而提供化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯(未顯示)。然后在第二步驟中使得化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨 烯與重氮物質(zhì)反應(yīng)，制得官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯202。例如，如圖2所示，所述重氮 物質(zhì)可以是重氮鹽。圖2所示的官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯僅僅是能夠使用本文所述的 方法制備的官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯的一個(gè)示例。重氮鹽是本領(lǐng)域眾所周知的，可以 使用任意重氮鹽或原位制備的重氮鹽對(duì)本文所述的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯進(jìn)行官能化?？梢?通過(guò)本發(fā)明所述的方法獲得的很寬范圍的官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯允許對(duì)石墨烯的溶 解性和其它物理性質(zhì)進(jìn)行改良，這在鉆井液的各種實(shí)施方式中可以是優(yōu)選的。在鉆井液 的各種實(shí)施方式中，重氮鹽官能化制得了用芳基官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯，所述芳基 包括例如對(duì)氯苯基(化合物la)，對(duì)硝基苯基(化合物lb)，對(duì)甲氧基苯基(化合物Ic)， 對(duì)溴苯基(化合物ld)，以及對(duì)羧基苯基(化合物le)部分。在各種實(shí)施方式中，所述芳 基具有選自以下的結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種包含石墨烯的鉆井液。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆井液，其特征在于，所述石墨烯占鉆井液的大約0.0001-10體積％。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆井液，其特征在于，所述石墨烯占鉆井液的大約0.01-0.1體積％。
4.如權(quán)利要求1所述的鉆井液，其特征在于，所述石墨烯包括氧化石墨。
5.如權(quán)利要求1所述的鉆井液，其特征在于，所述石墨烯包括化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯。
6.如權(quán)利要求5所述的鉆井液，其特征在于，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯是通過(guò)氧化石墨 的還原制備的。
7.如權(quán)利要求6所述的鉆井液，其特征在于，所述氧化石墨的還原是用胼進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求5所述的鉆井液，其特征在于，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯是用多種芳基官 能化的。
9.如權(quán)利要求8所述的鉆井液，其特征在于，所述芳基選自下組對(duì)氯苯基，對(duì)硝 基苯基，對(duì)甲氧基苯基，對(duì)溴苯基，對(duì)羧基苯基，及其組合。
10.如權(quán)利要求1所述的鉆井液，其特征在于，所述鉆井液還包含表面活性劑。
11.如權(quán)利要求1所述的鉆井液，其特征在于，所述石墨烯是官能化的。
12.如權(quán)利要求11所述的鉆井液，其特征在于，所述石墨烯是用多種芳基官能化的。
13.一種制備包含石墨烯的鉆井液的方法，所述方法包括 提供石墨烯；提供鉆井液；以及 將所述石墨烯分散在鉆井液中。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述石墨烯占鉆井液的大約0.0001-10體積％。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述石墨烯占鉆井液的大約0.01-0.1體積％。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述石墨烯包括氧化石墨。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述石墨烯包括化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯是用多種芳基官 能化的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述芳基選自下組對(duì)氯苯基，對(duì)硝 基苯基，對(duì)甲氧基苯基，對(duì)溴苯基，對(duì)羧基苯基，及其組合。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述石墨烯是官能化的。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述石墨烯是用多種芳基官能化的。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括用表面活性劑懸浮所述 石墨稀。
23.一種衍生的石墨烯，其中所述衍生的石墨烯是化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯； 所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯用多種官能團(tuán)進(jìn)行衍生。
24.如權(quán)利要求23所述的衍生的石墨烯，其特征在于，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯是通過(guò)氧化石墨的還原制備的。
25.如權(quán)利要求24所述的衍生的石墨烯，其特征在于，所述氧化石墨的還原是用胼進(jìn) 行的。
26.如權(quán)利要求23所述的衍生的石墨烯，其特征在于，所述多種官能團(tuán)是通過(guò)與重氮 物質(zhì)的反應(yīng)而引入的。
27.如權(quán)利要求26所述的衍生的石墨烯，其特征在于，所述重氮物質(zhì)包括重氮鹽。
28.如權(quán)利要求26所述的衍生的石墨烯，其特征在于，所述官能團(tuán)包括芳基部分。
29.如權(quán)利要求28所述的衍生的石墨烯，其特征在于，所述芳基部分選自下組對(duì) 氯苯基，對(duì)硝基苯基，對(duì)甲氧基苯基，對(duì)溴苯基，對(duì)羧基苯基，及其組合。
30.如權(quán)利要求23所述的衍生的石墨烯，其特征在于，所述多種官能團(tuán)各自結(jié)合于所 述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯的碳原子。
31.一種用來(lái)制備衍生的石墨烯的方法，所述方法包括 提供化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯；用多種官能團(tuán)對(duì)所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯進(jìn)行衍生。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨 烯懸浮在表面活性劑中。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉。
34.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯是通過(guò)氧化石墨 的還原制備的。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨的還原是用胼進(jìn)行的。
36.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述衍生步驟包括與重氮物質(zhì)反應(yīng)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述重氮物質(zhì)包括重氮鹽。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述官能團(tuán)包括芳基部分。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述芳基部分選自下組對(duì)氯苯基， 對(duì)硝基苯基，對(duì)甲氧基苯基，對(duì)溴苯基，對(duì)羧基苯基，及其組合。
40.一種用來(lái)制備氧化石墨的方法，所述方法包括 將元素態(tài)碳源懸浮在包含次氯酸鈉的溶液中； 所述元素態(tài)碳源選自下組石墨、炭黑、及其組合； 加熱所述溶液，提供反應(yīng)過(guò)的混合物；對(duì)所述反應(yīng)過(guò)的混合物進(jìn)行分離，以提供上清液相。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述溶液還包含碳酸氫鈉和水。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述加熱步驟進(jìn)行大約30分鐘至8小時(shí)。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述分離步驟包括選自下組的技術(shù) 傾析、離心、過(guò)濾、及其組合。
44.如權(quán)利要求40所述的方法，所述方法還包括 對(duì)所述上清液相進(jìn)行酸化，以提供酸化的上清液相； 對(duì)所述酸化的上清液相進(jìn)行蒸發(fā)，以提供粗氧化石墨。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，該方法還包括將所述粗氧化石墨溶解在水中，以提供粗氧化石墨溶液；以及 對(duì)所述粗氧化石墨溶液進(jìn)行純化。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述純化步驟包括 對(duì)所述粗氧化石墨溶液進(jìn)行滲析，以提供純化的氧化石墨溶液；以及 對(duì)純化的氧化石墨溶液進(jìn)行蒸發(fā)，以提供純化過(guò)的氧化石墨。
47.—種鉆井液，其包含納米薄片添加劑，所述納米薄片添加劑選自薄層狀粘土以及 膨脹云母和機(jī)械切削的云母。
全文摘要
本發(fā)明揭示了包含石墨烯和納米薄片添加劑的鉆井液及其制備方法。石墨烯包括氧化石墨、石墨烯氧化物、化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯，以及官能化的化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯。本發(fā)明還揭示了衍生的石墨烯及其制備方法。所述衍生的石墨烯通過(guò)用多種官能團(tuán)對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯進(jìn)行衍生而制得。例如，衍生可以通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯與重氮物質(zhì)的反應(yīng)而完成。本發(fā)明還揭示了制備氧化石墨的方法。
文檔編號(hào)C09K8/62GK102015958SQ200980107456
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者C·D·多伊爾, D·V·科森金, H·K·施米特, J·M·圖爾, J·R·洛梅達(dá) 申請(qǐng)人:威廉馬歇萊思大學(xué)