CN114162815A - 可膨胀石墨材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可膨胀石墨材料及其制备方法和应用。本发明提供的一种可膨胀石墨材料，其包括经碱性缓冲液或酸性缓冲液处理的膨胀石墨。将本发明提供的可膨胀石墨材料可以将膨胀温度控制在130℃‑200℃，可控，方便，将其加入钻井液中，在高温老化过程中可以发生膨胀效果，从而更好降低钻井液的滤失性、封堵性。

Description

可膨胀石墨材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种可膨胀石墨材料及其制备方法和应用。
背景技术
石墨是碳的一种同素异形体，碳元素矿物有很多，石墨是最软的一种。我国的石墨资源较为丰富，山东省莱西市、吉林省磐石市、黑龙江省鸡西市等是我国著名的石墨产地。石墨拥有层状的结晶架构，单个碳层是一种正六边形蜂巢式结构，每个碳原子与相邻三个碳原子共价键相连；多个碳层相互叠合，以范德华力结合在一起形成石墨片。石墨片类似鳞片状，因此也叫鳞片石墨。石墨拥有很多优良性能：高温热稳定、导热、导电、自润滑、良好的化学稳定性、抗热震性、可塑性等。
由于石墨碳层之间的范德华力较弱，当石墨遇到一些特定物质时，一些分子、离子可以进入到石墨层间，从而形成石墨层间化合物(GIC)。可进入石墨碳层间的插层物质有很多，致使GIC的种类众多，功能也不尽相同。可膨胀石墨就是其中一种GIC，也是最有工业应用价值的GIC。
可膨胀石墨不仅继承了石墨的优良性能，还拥有了重要的可膨胀特性。在一定高温作用下，可膨胀石墨碳层间的插层物质分解释放，使得石墨碳层打开，表现为石墨片的轴向扩张，体积增大，形成多孔状物质——膨胀石墨。可膨胀石墨以及膨胀石墨目前已在多个领域得到应用：密封材料、环保吸附材料、军事隐身材料、催化剂、生物医药材料、阻燃剂、导电材料等。
相比于常规油气储层，超深井、地热井等非常规储层通常具有高温、高压等难题，其对钻井液的抗温性能及其中封堵强化材料的抗高温性能均提出了更高的要求。国内外对钻井液抗高温材料的报道相对较少，研发新型耐高温、强度高、可膨胀的无机材料是解决此类问题的主要途径之一。目前膨胀石墨主要制备的是可以在空气中膨胀的石墨材料，而在水和对pH有特殊要求的钻井液中仍可以发生膨胀的石墨材料的报道极少。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可用于钻井液和酸碱性水溶液中的可膨胀石墨材料及其制备方法，将本发明提供的可膨胀石墨材料加入钻井液中，在高温老化过程中可以发生膨胀效果，从而更好降低钻井液的滤失性、封堵性。
本发明的第一方面提供了一种可膨胀石墨材料，其包括经碱性缓冲液或酸性缓冲液处理的膨胀石墨。
根据本发明的一些实施方式，所述膨胀石墨占所述碱性缓冲液或酸性缓冲液的5-10wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述碱性缓冲液包括NH3·H2O、NH4Cl、NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3中的至少两种。
根据本发明的一些实施方式，所述碱性缓冲液的浓度为0.1-0.2mM，通常为为0.1mM。
根据本发明的优选实施方式，所述碱性缓冲液中，NH3·H2O和NH4Cl的质量比为1:2-2:1。
根据本发明的一些具体的实施方式，所述碱性缓冲液中，NH3·H2O和NH4Cl的质量比为1:1。
根据本发明的一些实施方式，所述酸性缓冲液包括Na2HPO4和柠檬酸。
根据本发明的一些实施方式，所述酸性缓冲液的浓度为0.1-0.2mM。
根据本发明的一些实施方式，Na2HPO4和柠檬酸的质量比为1:1-3:1。
根据本发明的一些具体的实施方式，Na2HPO4和柠檬酸的质量比2:1。
根据本发明的一些实施方式，所述处理包括冲洗或超声洗涤。
根据本发明的一些实施方式，所述冲洗的时间为1-2min。
根据本发明的一些实施方式，所述冲洗的温度为20-40℃。
根据本发明的一些实施方式，所述超声洗涤的时间为5-20min。
根据本发明的一些实施方式，所述超声洗涤的温度为20-50℃。
根据本发明的一些实施方式，所述超声洗涤的功率为200-500W。
根据本发明的一些实施方式，所述处理后的滤液的pH为5.0-11.0，例如可以是5.5、6.5、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5以及它们之间的任意值。
根据本发明提供的可膨胀石墨材料通过酸碱缓冲剂实现其适应不同外界酸碱性，还可以发生高温膨胀。
根据本发明的一些实施方式，所述可膨胀石墨材料在含水体系中发生膨胀。
根据本发明的一些实施方式，所述发生膨胀的条件包括：温度大于130℃，时间为3-30h，例如可以是5h、10h、15h、20h、25h以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述膨胀的倍数为1-10倍，例如可以是1.5倍、2.0倍、2.5倍、3.0倍、3.5倍、4.0倍、4.5倍、5.0倍、5.5倍、6.0倍、6.5倍、7.0倍、7.5倍、8.0倍、8.5倍、9.0倍、9.5倍以及它们之间的任意值。
本发明的第二方面提供了一种可膨胀石墨材料的制备方法，其包括将膨胀石墨用碱性缓冲液或酸性缓冲液进行处理，干燥，得到所述可膨胀石墨材料。根据本发明的一些实施方式，所述膨胀石墨占所述碱性缓冲液或酸性缓冲液的5-10wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述碱性缓冲液包括NH3·H2O、NH4Cl、NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3中的至少两种。
根据本发明的一些实施方式，所述碱性缓冲液的浓度为0.1-0.2mM，通常为为0.1mM。
根据本发明的优选实施方式，所述碱性缓冲液中，NH3·H2O和NH4Cl的质量比为1:2-2:1。
根据本发明的一些具体的实施方式，所述碱性缓冲液中，NH3·H2O和NH4Cl的质量比为1:1。
根据本发明的一些实施方式，所述酸性缓冲液包括Na2HPO4和柠檬酸。
根据本发明的一些实施方式，所述酸性缓冲液的浓度为0.1-0.2mM。
根据本发明的一些实施方式，Na2HPO4和柠檬酸的质量比为1:1-3:1。
根据本发明的一些具体的实施方式，Na2HPO4和柠檬酸的质量比2:1。
根据本发明的一些实施方式，所述处理包括冲洗或超声洗涤。
根据本发明的一些实施方式，所述冲洗的时间为1-2min。
根据本发明的一些实施方式，所述冲洗的温度为20-40℃。
根据本发明的一些实施方式，所述超声洗涤的时间为5-20min。
根据本发明的一些实施方式，所述超声洗涤的温度为20-50℃。
根据本发明的一些实施方式，所述超声洗涤的功率为200-500W。
根据本发明的一些实施方式，所述处理后的滤液的pH为5.0-11.0，例如可以是5.5、6.5、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述干燥的温度为40-80℃。
根据本发明的一些实施方式，所述干燥的时间为2-8h。
根据本发明的一些实施方式，所述膨胀石墨通过以下方法制备得到：
S1：将石墨与预氧化剂混合，干燥，得到预处理石墨；
S2：将所述预处理石墨与氧化剂和插层剂混合，进行反应，得到反应混合物；
S3：将所述反应混合物与冰乙酸混合，进行反应，得到所述可膨胀石墨材料。
根据本发明的一些实施方式，S1中，所述石墨的质量为所述预氧化剂质量的5-10％。
根据本发明的一些实施方式，S1中，所述混合的温度为20-50℃；时间为30-60min。
根据本发明的一些实施方式，S1中，所述干燥的温度为30-50℃，时间为2-10h。
根据本发明的一些实施方式，S2中，所述预处理石墨与氧化剂和插层剂的用量比为(2-5)：(1:2)：(1-2)，例如为2：1：1、3：1：1、4：1：1、5：1：1以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，S2中，所述混合包括采用磁力搅拌器搅拌5-30min。
根据本发明的一些实施方式，S2中，所述反应的温度为30-60℃，时间为30-60min。
根据本发明的一些实施方式，S3中，所述反应混合物与冰乙酸的用量比为1：(2-8)，优选为1：5。
根据本发明的一些实施方式，S3中，所述混合包括采用磁力搅拌器搅拌5-15min。
根据本发明的一些实施方式，S3中，所述混合的温度为30-50℃，时间为20-40min。
根据本发明的一些实施方式，所述石墨为鳞片石墨。
根据本发明的一些实施方式，所述预氧化剂选自30％双氧水、20％-50％甲酸和10％-40％草酸中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化剂选自硫酸、硝酸和磷酸中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述插层剂选自高锰酸钾和高氯酸。
根据本发明的一些实施方式，所述高锰酸钾和高氯酸的质量比为1：0.5-1：1.8.
根据本发明的一些实施方式，所述可膨胀石墨材料在含水体系中发生膨胀。
根据本发明的一些实施方式，所述发生膨胀的条件包括：温度大于130℃，时间为3-16h。
根据本发明的一些实施方式，所述膨胀的倍数为1-10倍，例如可以是1.5倍、2.0倍、2.5倍、3.0倍、3.5倍、4.0倍、4.5倍、5.0倍、5.5倍、6.0倍、6.5倍、7.0倍、7.5倍、8.0倍、8.5倍、9.0倍、9.5倍以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些具体的实施例，本发明的制备方法包括以下步骤：
称取一定质量的鳞片石墨，加入一定质量的预氧化剂，搅拌30-60min；利用超纯水反复抽滤洗净并置于蒸发皿中，随后放入干燥箱中在30-50℃条件下干燥2-10h得到预处理石墨。向上述预处理石墨再加入一定质量的氧化剂和插层剂，磁力搅拌器搅拌5-30min，随后将其置于30-60℃的恒温水浴锅中静置反应30-60min。
取出上述反应物再加入一定质量的冰乙酸，使用磁力搅拌器低速搅拌10min；随后将反应物置于40℃的恒温水浴锅中继续静置反应30min；将反应后的产物用碱性NH3·H2O与NH4Cl混合液(1：1)或酸性Na2HPO4与柠檬酸混合液(2：1)冲洗，所得滤液澄清透明且pH为8-11；然后置于干燥箱中，40-80℃条件下干燥2-8h，得到目标可膨胀石墨。
根据本发明，将制备的可膨胀石墨材料加入到酸性或碱性水中，密闭情况下放入200℃环境中10h，可以发生1.2-10倍的体积膨胀倍数。
本发明的第三方面提供了一种钻井液组合物，其包括根据第一方面所述的可膨胀石墨材料或根据第二方面所述的制备方法得到的可膨胀石墨材料、钻井液用土和其他的添加剂。
根据本发明的一些实施方式，所述可膨胀石墨材料在钻井液中作为封堵剂和/或降滤失剂。
根据本发明制备的可膨胀石墨材料可以在钻井液中作为封堵剂、降滤失剂。根据本发明制备的可膨胀石墨材料可以在钻井液中作为封堵剂、降滤失剂，将制备的可膨胀石墨材料(0.1％-2％)加入到水基钻井液中，高搅拌后密闭条件下放入200℃的老化罐中老化10-20h，取出冷却至室温条件下，可以有效减小钻井液的滤失量，对裂缝实现架桥封堵作用。
根据本发明的一些实施方式，所述膨胀石墨占所述钻井液组合物的0.1-2wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述钻井液用土占所述钻井液组合物的3wt％-6wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述其他的添加剂占所述钻井液组合物的0.1wt％-8wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述钻井液用土选自钠基膨润土、钙基膨润土和凹凸棒土中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述其他的添加剂选自沥青、改性腐植酸钠缩聚物、酚醛树脂、磺甲基酚醛树脂、磺甲基褐煤树脂、纤维素醚类衍生物、淀粉、改性淀粉、羧甲基纤维素和甲酸盐中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述钻井液的密度为1.05-2.87g/cm3。
本发明的第四方面提供了一种根据根据第一方面所述的可膨胀石墨材料或根据第二方面所述的制备方法得到的可膨胀石墨材料或根据第三方面所述的钻井液组合物在钻井液领域中的应用。
根据本发明的一些实施方式，所述可膨胀石墨材料或所述钻井液组合物在酸性或碱性钻井液体系中膨胀。
根据本发明的一些实施方式，所述膨胀的温度为130-300℃，优选为130-200℃。
根据本发明的一些实施方式，所述可膨胀石墨材料或所述钻井液组合物作为钻井液降滤失剂，可以适应不同pH条件下的钻井液体系，且可以发生膨胀，高温膨胀后可以降低钻井液的滤失性。
本发明的有益技术效果为：
(1)与现有技术相比，本发明的可膨胀石墨材料可以在具有一定酸碱性的水或钻井液中实现体积的膨胀，这主要由于通过缓冲液进行冲洗、干燥后，可膨胀石墨材料具有一定抗外界酸碱性的能力，不影响其自身体积的膨胀；
(2)分别通过弱酸类氧化剂预氧化石墨，再通过强氧化剂实现石墨氧化程度的提高，再通过插层剂和冰乙酸插层进入石墨碳层，利用酸性或碱性缓冲液冲洗干燥后，可以保证其分别在酸性或碱性水溶液中继续实现石墨的体积膨胀。钻井液体系多为碱性，因此制备的用于钻井液中的可膨胀石墨材料主要是使用碱性缓冲液冲洗后的石墨体系；
(3)相比于传统膨胀石墨制备中要使用高温促进插层剂的分解，一般大于500℃，本发明提供的方法可以将膨胀温度控制在130℃～200℃左右，可控，方便；
(4)本发明的可膨胀石墨材料加入钻井液中，在高温老化过程中可以发生膨胀效果，从而更好降低钻井液的滤失性、封堵性。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例中所用原料均为市售。其中，鳞片石墨购自青岛恒润达石墨制品有限公司。
实施例中，可膨胀石墨膨胀性能表征方法：称取1g可膨胀石墨，将其倒入带有刻度的石英玻璃管中，记录石墨体积为V1，然后向玻璃管中加入50g水溶液中；室温下将玻璃管置于高温高压釜内，将高温高压釜密封，在200℃条件下加热20h，冷却至室温，取出石英玻璃管，记录石墨膨胀后的体积为V2，V2/V1的比值记为石墨的体积膨胀倍数。
实施例1
称取5g的鳞片石墨，加入80ml30％浓度的双氧水中，搅拌30min；利用超纯水反复抽滤洗净并置于蒸发皿中，随后放入干燥箱中在50℃条件下干燥10h得到预处理石墨。向上述预处理石墨再加入25mL的浓硫酸和质量比1：0.5的高锰酸钾和高氯酸(总质量为3g)，磁力搅拌器搅拌30min，随后将其置于60℃的恒温水浴锅中静置反应30min。
取出上述反应物再加入20mL的冰乙酸，使用磁力搅拌器低速搅拌10min；随后将反应物置于40℃的恒温水浴锅中继续静置反应30min；将反应后的产物用碱性NH3·H2O与NH4Cl混合液(1：1)冲洗，所得滤液澄清透明且pH约为9.0；然后置于干燥箱中，40℃条件下干燥8h，得到目标可膨胀石墨。
将制备的膨胀石墨加入到pH为9.0的水溶液中，密闭情况下放入200℃环境中10h，石墨可以发生2.5倍的体积膨胀倍数。
实施例2
称取5g的鳞片石墨，加入20％-50％浓度的甲酸100mL中，搅拌60min；利用超纯水反复抽滤洗净并置于蒸发皿中，随后放入干燥箱中在30℃条件下干燥2h得到预处理石墨。向上述预处理石墨再加入30mL的硝酸和质量比1：1.8的高锰酸钾和高氯酸(总质量5g)，磁力搅拌器搅拌60min，随后将其置于30℃的恒温水浴锅中静置反应60min。
取出上述反应物再加入30mL的冰乙酸，使用磁力搅拌器低速搅拌10min；随后将反应物置于40℃的恒温水浴锅中继续静置反应30min；将反应后的产物用碱性NH3·H2O与NH4Cl混合液(1：1)冲洗，所得滤液澄清透明且pH约为9.0；然后置于干燥箱中，80℃条件下干燥4h，得到目标可膨胀石墨。
将制备的膨胀石墨加入到pH为10.0的水溶液中，密闭情况下放入200℃环境中20h，石墨可以发生9.3倍的体积膨胀倍数。
实施例3
称取5g的鳞片石墨，加入10％-40％的草酸溶液100mL中，搅拌45min；利用超纯水反复抽滤洗净并置于蒸发皿中，随后放入干燥箱中在40℃条件下干燥5h得到预处理石墨。向上述预处理石墨再加入30mL的磷酸和质量比1：1的高锰酸钾和高氯酸(总质量4g)，磁力搅拌器搅拌40min，随后将其置于50℃的恒温水浴锅中静置反应40min。
取出上述反应物再加入30mL的冰乙酸，使用磁力搅拌器低速搅拌10min；随后将反应物置于40℃的恒温水浴锅中继续静置反应30min；将反应后的产物用酸性Na2HPO4与柠檬酸混合液(2：1)冲洗，所得滤液澄清透明且pH约为6.0；然后置于干燥箱中，60℃条件下干燥5h，得到目标可膨胀石墨。
将制备的膨胀石墨加入到pH为5.0的水溶液中，密闭情况下放入200℃环境中15h，石墨可以发生4.8倍的体积膨胀倍数。
实施例4
称取5g的鳞片石墨，加入30％的双氧水溶液(100mL)中，搅拌45min；利用超纯水反复抽滤洗净并置于蒸发皿中，随后放入干燥箱中在40℃条件下干燥5h得到预处理石墨。向上述预处理石墨再加入35mL的浓硫酸和质量比1：1的高锰酸钾和高氯酸(总质量4g)，磁力搅拌器搅拌40min，随后将其置于50℃的恒温水浴锅中静置反应40min。
取出上述反应物再加入30mL的冰乙酸，使用磁力搅拌器低速搅拌10min；随后将反应物置于40℃的恒温水浴锅中继续静置反应30min；将反应后的产物用碱性NH3·H2O与NH4Cl混合液(1：1)冲洗，所得滤液澄清透明且pH约为9.0；然后置于干燥箱中，60℃条件下干燥5h，得到目标可膨胀石墨。
将制备的膨胀石墨加入到pH为10.0的水溶液中，密闭情况下放入200℃环境中15h，石墨可以发生5.2倍的体积膨胀倍数。
实施例5
称取5g的鳞片石墨，加入80ml30％浓度的双氧水中，搅拌30min；利用超纯水反复抽滤洗净并置于蒸发皿中，随后放入干燥箱中在50℃条件下干燥10h得到预处理石墨。向上述预处理石墨再加入25mL的浓硫酸和质量比1：0.5的高锰酸钾和高氯酸(总质量为3g)，磁力搅拌器搅拌30min，随后将其置于60℃的恒温水浴锅中静置反应30min。
取出上述反应物再加入20mL的冰乙酸，使用磁力搅拌器低速搅拌10min；随后将反应物置于40℃的恒温水浴锅中继续静置反应30min；将反应后的产物用碱性NH3·H2O与NH4Cl混合液(1：1)冲洗，所得滤液澄清透明且pH约为9.0；然后置于干燥箱中，40℃条件下干燥8h，得到目标可膨胀石墨。
将制备的膨胀石墨加入到pH为9.0的水溶液中，密闭情况下放入200℃环境中15h，石墨可以发生4.6倍的体积膨胀倍数。
对比例1
称取5g的鳞片石墨，加入80mL 30％浓度的双氧水中，搅拌30min；利用超纯水反复抽滤洗净并置于蒸发皿中，随后放入干燥箱中在50℃条件下干燥10h得到预处理石墨。向上述预处理石墨再加入25mL的浓硫酸和质量比1：0.5的高锰酸钾和高氯酸(总质量为3g)，磁力搅拌器搅拌30min，随后将其置于60℃的恒温水浴锅中静置反应30min。
取出上述反应物再加入20mL的冰乙酸，使用磁力搅拌器低速搅拌10min；随后将反应物置于40℃的恒温水浴锅中继续静置反应30min；然后置于干燥箱中，40℃条件下干燥8h，得到目标可膨胀石墨。
将制备的膨胀石墨加入到pH为9.0的水溶液中，密闭情况下放入200℃环境中15h，石墨可以发生1.3倍的体积膨胀倍数。
对比例2
称取5g的鳞片石墨，加入10％-40％的草酸溶液100mL中，搅拌45min；利用超纯水反复抽滤洗净并置于蒸发皿中，随后放入干燥箱中在40℃条件下干燥5h得到预处理石墨。向上述预处理石墨再加入30mL的磷酸和质量比1：1的高锰酸钾和高氯酸(总质量4g)，磁力搅拌器搅拌40min，随后将其置于50℃的恒温水浴锅中静置反应40min。
取出上述反应物再加入30mL的冰乙酸，使用磁力搅拌器低速搅拌10min；随后将反应物置于40℃的恒温水浴锅中继续静置反应30min；将反应后的产物用酸性Na2HPO4与柠檬酸混合液(2：1)冲洗，所得滤液澄清透明且pH约为6.0；然后置于干燥箱中，60℃条件下干燥5h，得到目标可膨胀石墨。
将制备的膨胀石墨加入到pH为5.0的水溶液中，密闭情况下放入200℃环境中15h，石墨可以发生1.8倍的体积膨胀倍数。
测试例1
钻井液中压滤失量：根据钻井液测试标准SY-T-5621-1993中中压失水测试方法，分别测试以下钻井液体系的API滤失量：
常见水基钻井液体系A：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石和水，密度为1.35g/cm3；
加入0.1％上述实施例1制备的石墨材料后的水基钻井液体系B：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+0.1％实施例1制备的石墨；
加入2％上述实施例1制备的石墨材料后的水基钻井液体系C：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+2％实施例1制备的石墨；
加入1％上述实施例1制备的石墨材料后的水基钻井液体系D：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+1％实施例1制备的石墨；
加入1％上述实施例2制备的石墨材料后的水基钻井液体系E：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+1％实施例1制备的石墨；
加入1％上述实施例3制备的石墨材料后的水基钻井液体系F：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+1％实施例1制备的石墨；
加入1％上述实施例4制备的石墨材料后的水基钻井液体系G：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+1％实施例1制备的石墨；
加入1％上述实施例5制备的石墨材料后的水基钻井液体系H：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+1％实施例1制备的石墨；
加入1％上述对比例1制备的石墨材料后的水基钻井液体系I：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+1％对比例1制备的石墨；以及
加入1％上述对比例2制备的石墨材料后的水基钻井液体系J：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石+1％实施例1制备的石墨；
以及以上各体系200℃老化16h后的体系的API滤失量。结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002676018740000121
根据表1中的数据可知，加入本发明的可膨胀石墨材料的滤失量显著降低，说明该可膨胀石墨材料对钻井液具有良好的封堵性能，特别是在高温老化后的可膨胀石墨材料对钻井液滤失量具有更好的降低作用。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种可膨胀石墨材料，其包括经碱性缓冲液或酸性缓冲液处理的膨胀石墨。
2.一种可膨胀石墨材料的制备方法，其包括将膨胀石墨用碱性缓冲液或酸性缓冲液进行处理，干燥，得到所述可膨胀石墨材料。
3.根据权利要求1所述的可膨胀石墨材料或权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述膨胀石墨占所述碱性缓冲液或酸性缓冲液的5-10wt％；优选地，
所述碱性缓冲液包括NH3·H2O、NH4Cl、NaH2PO4、NaHCO3和Na2CO3中的至少两种，优选地，所述碱性缓冲液中，NH3·H2O和NH4Cl的质量比为1:2-2:1，优选为1:1；和/或
所述酸性缓冲液包括Na2HPO4和柠檬酸，优选地，Na2HPO4和柠檬酸的质量比为1:1-3:1，优选为2:1。
4.根据权利要求1所述的可膨胀石墨材料或权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述处理包括冲洗或超声洗涤；优选地；
所述处理后的滤液的pH为5.0-11.0；和/或
所述干燥的温度为40-80℃，时间为2-8h。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述膨胀石墨通过以下方法制备得到：
S1：将石墨与预氧化剂混合，干燥，得到预处理石墨；
S2：将所述预处理石墨与氧化剂和插层剂混合，进行反应，得到反应混合物；
S3：将所述反应混合物与冰乙酸混合，进行反应，得到所述可膨胀石墨材料。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述混合的温度为20-50℃，时间为30-60min；和/或所述干燥的温度为30-50℃，时间为2-10h；和/或
S2中，所述混合包括采用磁力搅拌器搅拌5-30min；和/或
S2中，所述反应的温度为30-60℃，时间为30-60min；和/或
S3中，所述混合包括采用磁力搅拌器搅拌5-15min；和/或
S3中，所述混合的温度为30-50℃，时间为20-40min；优选地，
所述石墨为鳞片石墨；和/或
所述预氧化剂选自30％双氧水、20％-50％甲酸和10％-40％草酸中的一种或多种；和/或
所述氧化剂选自硫酸、硝酸和磷酸中的一种或多种；和/或
所述插层剂选自高锰酸钾和高氯酸，优选地，所述高锰酸钾和高氯酸的质量比为1：0.5-1：1.8。
7.根据权利要求1所述的可膨胀石墨材料或根据权利要求2-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述可膨胀石墨材料在含水体系中发生膨胀，优选地，所述发生膨胀的条件包括：温度大于130℃，时间为3-30h；更优选地，所述膨胀的倍数为1-10倍。
8.一种钻井液组合物，其包括根据权利要求1所述的可膨胀石墨材料或根据权利要求2-7中任一项所述的制备方法得到的可膨胀石墨材料、钻井液用土和其他的添加剂。
9.根据权利要求8所述的钻井液组合物，其特征在于，所述可膨胀石墨材料占所述钻井液组合物的0.1-2wt％；和/或
所述钻井液用土占所述钻井液组合物的3wt％-6wt％，和/或
所述其他的添加剂占所述钻井液组合物的0.1wt％-16wt％；优选地，
所述钻井液用土选自钠基膨润土、钙基膨润土和凹凸棒土中的一种或多种；和/或
所述其他的添加剂选自沥青、改性腐植酸钠缩聚物、酚醛树脂、磺甲基酚醛树脂、磺甲基褐煤树脂、纤维素醚类衍生物、淀粉、改性淀粉、羧甲基纤维素和甲酸盐中的一种或多种。
10.一种根据权利要求1所述的可膨胀石墨材料或根据权利要求2-7中任一项所述的制备方法得到的可膨胀石墨材料或根据权利要求8或9所述的钻井液组合物在钻井液领域中的应用，优选地，所述可膨胀石材料墨或所述钻井液组合物在酸性或碱性钻井液体系中膨胀，更优选地，所述膨胀的温度为130-300℃，优选为130-200℃。
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