用于井眼流體電導(dǎo)率的碳納米顆粒添加劑的制作方法【專利說明】用于井眼流體電導(dǎo)率的碳納米顆粒添加劑[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考[0002]本申請(qǐng)要求2012年12月4日提交的美國專利臨時(shí)申請(qǐng)第61/733，299號(hào)和2013年03月15日提交的美國專利臨時(shí)申請(qǐng)第61/800，366號(hào)的優(yōu)先權(quán)。上述各申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用納入本文。[0003]關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明[0004]不適用【
背景技術(shù)：
】[0005]某些井眼流體(例如，油基鉆井流體)的低電導(dǎo)率對(duì)于許多鉆井和測(cè)井(logging)操作而言存在問題，特別是對(duì)于需要使用導(dǎo)電媒介的操作。因此，本領(lǐng)域需要開發(fā)具有增強(qiáng)電導(dǎo)率的井眼流體。[0006]概沭[0007]在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供制備具有增強(qiáng)電導(dǎo)率的井眼流體的方法。在一些實(shí)施方式中，這種方法包括:(I)使用酸預(yù)處理碳材料；和(2)把碳材料添加到井眼流體。在一些實(shí)施方式中，酸選自下組次磷酸(hypophosphorousacid),鹽酸，磷酸，硫酸，及其組合。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還可包括下述的一個(gè)或多個(gè)步驟:(3)使用一種或更多種功能化試劑功能化碳材料；⑷使用一種或更多種插層試劑插層碳材料；(5)剝離碳材料；和(6)在井眼流體中分散碳材料。[0008]在一些實(shí)施方式中，碳材料可占井眼流體的約0.0001體積％-約10體積％。在一些實(shí)施方式中，碳材料選自下組:石墨烯，石墨，氧化石墨，氧化石墨烯，石墨烯納米帶，氧化石墨稀納米帶，碳黑，碳納米管，無定形碳，納米金剛石，石墨稀量子點(diǎn)，石墨薄片，石墨納米薄片，剝離石墨納米薄片，熱膨脹的石墨，及其組合。在一些實(shí)施方式中，碳材料包含石墨，例如用次磷酸(hypophosphoricacid)預(yù)處理的石墨，用一種或更多種插層試劑插層以形成石墨插層的復(fù)合物的石墨，剝離(exfoliated)的石墨，用多個(gè)官能團(tuán)(例如，苯胺基)功能化的石墨，及其組合。[0009]在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法形成井眼流體，其具有在約IkHz-約5GHz頻率下至少約10%的增強(qiáng)電導(dǎo)率。在一些實(shí)施方式中，井眼流體的電導(dǎo)率在約IkHz-約5GHz頻率下增強(qiáng)至少約50%。在一些實(shí)施方式中，井眼流體選自下組:油包水乳液，水包油乳液，油基流體，油基泥漿(OBM)，及其組合。在一些實(shí)施方式中，井眼流體包含油基泥漿(OBM)ο[0010]本發(fā)明的其它實(shí)施方式涉及具有增強(qiáng)電導(dǎo)率的井眼流體，例如用本發(fā)明的方法形成的井眼流體。在一些實(shí)施方式中，井眼流體包括用酸例如次磷酸(hypophosphorousacid)預(yù)處理的碳材料。在一些實(shí)施方式中，井眼流體中的碳材料可選自下組:石墨烯，石墨，氧化石墨，氧化石墨稀，石墨稀納米帶，氧化石墨稀納米帶，碳黑，碳納米管，無定形碳，納米金剛石，石墨烯量子點(diǎn)，及其組合。在一些實(shí)施方式中，井眼流體中的碳材料可包含石墨，例如用次磷酸預(yù)處理的石墨，用一種或更多種插層試劑插層以形成石墨插層的復(fù)合物的石墨，剝離的石墨，用多個(gè)官能團(tuán)(例如，苯胺基)功能化的石墨，及其組入口O[0011]本發(fā)明的其它實(shí)施方式涉及用于測(cè)井地下油井的方法。在一些實(shí)施方式中，用于測(cè)井地下油井的方法包括:⑴將測(cè)井介質(zhì)放入地下油井；和⑵獲取地下油井的測(cè)井記錄。在一些實(shí)施方式中，測(cè)井介質(zhì)包含本發(fā)明的井眼流體。_2]附圖簡(jiǎn)要說明[0013]圖1提供用于合成碳材料的方案。首先，使用過硫酸銨插層約Ig大片狀石墨以形成蓬松的過硫酸銨石墨插層化合物(FAPS-GIC，圖1A)。接下來，使用各種官能團(tuán)(包括4-氟代苯胺)功能化FAPS-GIC以形成各種功能化形式的FAPS-GIC(包括氟代苯胺-功能化FAPS-GIC或F-FAPS-GIC,圖1B-1和1B-2)。[0014]圖2提供數(shù)據(jù)，其表明不同形式的FAPS-GIC可以不同頻率增強(qiáng)70:30油:水乳液(水相是25%CaCl2鹵水)的電導(dǎo)率。測(cè)試的化合物包括1%F-FAPS-GIC(圖1B)，用H3PO2剝離的1%F-FAPS-GIC，用4-甲基苯胺功能化的I%FAPS-GIC(Me-FAPS-GIC)，和用4-硝基苯胺功能化的1%FAPS-GIC(NO2-FAPS-GIc)。結(jié)果表明納米顆粒懸浮液的電導(dǎo)率比閾值和不含添加劑的乳液的電導(dǎo)率大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。[0015]圖3提供的數(shù)據(jù)表明10kHz下伊斯卡德(Escaid)110與不同功能化FAPS-GIC的70:30反相乳液的AC電導(dǎo)率，包括F-FAPS-GIC,用次磷酸(hypophosphoricacid)處理和用溴代苯胺功能化的FAPS-GIC(HPAT-Br-FAPS-GIC)，用次磷酸處理和用氯代苯胺功能化的FAPS-GIC(HPAT-C1-FAPS-GIC)，用次磷酸和硫酸處理的FAPS-GIC(HPAT-H2OT-FAPS_GIC)，用次磷酸處理和用硝基苯胺功能化的FAPS-Gic(hpat-no2-faps-gic)，和用次磷酸處理和用苯胺功能化的FAPS-Gic(HPAT-Ph-FAPS-GIC)。以低到I%的濃度添加所有FAPS-GIC時(shí)增加反相乳液的基礎(chǔ)電導(dǎo)率。添加曲拉通X-405(一種非離子表面活性劑)改善添加劑的分散穩(wěn)定性和進(jìn)一步改善電導(dǎo)率。[0016]圖4提供的數(shù)據(jù)表明10kHz下用于Escaid110(增重劑A)與不同功能化FAPS-GIC的70:30OBM的AC電導(dǎo)率，包括F-FAPS-GIC,NO2-FAPS-GIc,和十二烷-功能化FAPS-GIC(C12-FAPS-GIC)。以低到I%的濃度添加所有FAPS-GIC時(shí)增加這種OBM的基礎(chǔ)電導(dǎo)率。對(duì)于這個(gè)制劑，C12-FAPS-GIC的性能高于其它添加劑。[0017]圖5提供的數(shù)據(jù)表明10kHz下用于柴油(增重劑A)與不同功能化FAPS-GIC的70:30OBM的AC電導(dǎo)率，包括F-FAPSGIC和C12-FAPS-GIC。以低到I%的濃度添加所有FAPS-GIC時(shí)增加這些OBM的基礎(chǔ)電導(dǎo)率。對(duì)于這個(gè)制劑，F(xiàn)-FAPS-GIC的性能高于其它添加劑。[0018]圖6提供的數(shù)據(jù)表明10kHz下用于Escaid110與NTLMWNT和不同功能化FAPS-GIC的70:30反相乳液的AC電導(dǎo)率，包括F-FAPSGIC。以低到0.5%的濃度添加NTLMWNT時(shí)增加反相乳液的基礎(chǔ)電導(dǎo)率。F-FAPS-GIC和/或曲拉通X-405與NTLMWNT—起進(jìn)一步增加電導(dǎo)率。[0019]圖7提供的數(shù)據(jù)表明用于含1%重量/體積Ph-FAPS-GIC的Escaid11070:30反相乳液在不同頻率下的AC電導(dǎo)率。添加1%Ph-FAPS-GIC增加這種反相乳液在所有頻率下的基礎(chǔ)電導(dǎo)率。制劑的電導(dǎo)率隨著更高的頻率增加。[0020]圖8提供的數(shù)據(jù)表明具有I%重量/體積F-FAPS-GIC的不同基礎(chǔ)流體在10kHz下的AC電導(dǎo)率。添加1%F-FAPS-GIC增加所有基礎(chǔ)制劑的基礎(chǔ)電導(dǎo)率。[0021]具體描沐[0022]應(yīng)理解，前面的一般性描述和下面的詳細(xì)描述都只是示例性和解釋性的，不對(duì)要求專利保護(hù)的主題構(gòu)成限制。在本申請(qǐng)中，單數(shù)形式的使用包括復(fù)數(shù)形式，詞語“一個(gè)”或“一種”表示“至少一個(gè)/一種”，“或”字的使用表示“和/或”，除非另有具體說明。此外，詞語“包括”及其他形式如“包含”和“含有”的使用不是限制性的。另外，詞語如“元件”或“組件”既包括含有一個(gè)單元的元件或組件，也包括含有一個(gè)以上的單元的元件或組件，除非另有具體說明。[0023]本文所用章節(jié)標(biāo)題僅用于組織目的，而不應(yīng)理解為限制所述內(nèi)容。本申請(qǐng)引用的包括但不限于專利、專利申請(qǐng)、文章、書本和條約在內(nèi)的所有文件或文件的部分，在此通過引用將其全文明確納入，以用于任何目的。當(dāng)一篇或多篇所結(jié)合的文獻(xiàn)及類似材料對(duì)術(shù)語的定義與本申請(qǐng)對(duì)該術(shù)語的定義相抵觸時(shí)，以本申請(qǐng)為準(zhǔn)。[0024]對(duì)于許多石油和天然氣應(yīng)用而言，油基井眼流體(也稱為油基泥漿(OBM))可為優(yōu)選的。具體來說，OBM在用于石油和天然氣勘探的鉆井和測(cè)井操作中可用于富含頁巖環(huán)境的許多應(yīng)用。但是，OBM的低電導(dǎo)率對(duì)于需要使用導(dǎo)電介質(zhì)的許多鉆井操作而言是個(gè)問題。例如，電阻率測(cè)井或隨鉆測(cè)井(LWD)是一種其中通過測(cè)量其電導(dǎo)率來表征被鉆探的地層(format1n)的方法。因此，本領(lǐng)域需要開發(fā)具有增強(qiáng)電導(dǎo)率的井眼流體。[0025]在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供制備具有增強(qiáng)電導(dǎo)率的井眼流體的方法。在其他實(shí)施方式中，本發(fā)明的涉及具有增強(qiáng)電導(dǎo)率的井眼流體。本發(fā)明的其它實(shí)施方式涉及通過利用本發(fā)明的井眼流體來測(cè)井地下油井的方法。[0026]制備井眼流體的方法[0027]在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的涉及制備具有增強(qiáng)電導(dǎo)率的井眼流體的方法。在一些實(shí)施方式中，這種方法通常包括:(I)使用酸預(yù)處理碳材料；和(2)把碳材料添加到井眼流體。本發(fā)明的其它實(shí)施方式還可包括下述的一個(gè)或多個(gè)步驟:(3)使用一種或更多種功能化試劑功能化碳材料；(4)使用一種或更多種插層試劑插層碳材料；(5)剝離碳材料；和(6)在井眼流體中分散碳材料。在一些實(shí)施方式中，可同時(shí)或在相同過程中進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)上述步驟。在一些實(shí)施方式中，可連續(xù)地或者作為部分分離的過程進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)上述步驟。在各種實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)上述步驟之后還可進(jìn)行后續(xù)的過濾，洗滌，或純化步驟?？蓪⑸鲜霾襟E分別重復(fù)多于一次。[0028]如下文所更加詳細(xì)描述，本發(fā)明的方法可以各種方式利用各種酸，碳材料，功能化試劑，插層試劑，和井眼流體。此外，本發(fā)明的方法可用來制備各種井眼流體。[0029]酸處理[0030]在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的碳材料可用一種或更多種酸進(jìn)行處理。在一些實(shí)施方式中，一種或更多種酸可包括但不限于，次磷酸(hypophosphorousacid),鹽酸，磷酸，硫酸，發(fā)煙硫酸，氯磺酸，及其組合。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的碳材料可用次磷酸進(jìn)行處理。[0031]可將各種方法用于用酸處理本發(fā)明的碳材料。示范性方法如下所述:美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/656613，“用酸處理后的碳材料的穩(wěn)定水性分散體及其應(yīng)用(StableAqueousDispers1nsofCarbonMaterialsFollowingTreatmentwithanAcidandApplicat1nsthereof)”(2012年6月7日提交)；吉澤托夫(Gizzatov)等，“高度水溶性多層石墨稀納米帶和相關(guān)的蜂窩狀碳材料(HighlyWatersolubleMult1-layerGrapheneNan當(dāng)前第1頁1 2 3 4 5 6