Page 193 - 《精细化工》2020年第5期

第 5 期 张 浩，等: 氧化石墨烯封堵龙马溪组泥页岩机理研究 ·1043·

去离子水 1 MPa 压力传递时间 [35] 约 30 s；超声 断缩小，最终形成多片层紧密贴附的封堵膜。
60 min、质量分数为 0.05%与 0.1%的 GO 压力传递时
间相近，约 250 s；超声 10 min、质量分数为 0.1%的
GO 压力传递时间大幅度增加，约为 1000 s；超声
10 min、质量分数为 0.2%的 GO 压力传递时间增加至
1380 s，相较于质量分数同为 0.1%仅超声时间不同的
这组相比，增幅不明显。综合实际使用效果与成本，

采用质量分数为 0.1%，超声时间为 10 min，片层尺寸
图 9 封堵后岩心的 SEM 图
为 969.9 nm 的 GO 作为封堵剂。 Fig. 9 SEM images of core after plugging
进一步地挑选常用的纳米类封堵剂——纳米二
氧化硅与聚合醇类封堵剂——聚醚 330、聚丙二醇进 图 10 为 EDS 分析封堵后岩心两处的元素分布
行压力传递实验，并与超声 10 min、质量分数为 0.1% 情况。结果表明，封堵处 2 较未封堵处 1 的碳、氧
含量均上升明显，2 处碳含量已接近 55%，这是因
的 GO 进行比较，结果如图 8 所示。质量分数为 0.1%
为 GO 主要由碳、氢、氧等元素构成且碳元素含量
与质量分数为 1%的纳米二氧化硅传递时间相近，分
高达 80%，当 GO 片层堆叠、覆盖在 2 处时，碳元
别为 85 s 与 127 s；质量分数为 4%的聚醚 330 与聚
丙二醇传递时间相近，分别为 373 s 与 475 s。从压 素含量显著上升，这再次证明了 GO 在岩心表面形
成了半透明的封堵膜，并对岩心纳米孔隙和裂缝进
力传递结果来看，无论是纳米二氧化硅还是聚合醇
行了填充与封堵。
类封堵剂，在同浓度甚至更高浓度下封堵效果均远

弱于 GO，GO 作为封堵剂使用时具有低浓度、高效
率的特点。

图 10 封堵后岩心元素分布图
Fig. 10 Element distribution map of core after plugging

图 8 常用封堵剂与 GO 的压力传递效果比较图 3 结论
Fig. 8 Comparison of pressure transfer effects between
common used plugging agents and GO
（1）测定了四川龙马溪组泥页岩主要矿物成分
2.3.2 封堵后岩心的 SEM 和 EDS 分析 为石英、斜长石、铁白云矿与黏土矿物，其中黏土
图 9a 为封堵后龙马溪组泥页岩岩心的 5 μm 矿物以伊利石为主，并含有 29%膨胀性较高的伊/
SEM 图，与未封堵前 SEM 结果对比，岩心表面趋 蒙间层；分析了该地层岩心微观孔隙结构，测定其
2
于平整和光滑，未见孔隙与裂缝，GO 半透明封堵 BET 比表面积为 12.27 m /g，地层孔隙以介孔发育为
膜形貌清晰可见，呈絮状片层堆叠、覆盖在岩心表 主且 2.0~5.0 nm 孔径段孔容占比高达 80.2%，平均孔
面。图 9b 为 GO 粘附在岩心上的微观形貌。GO 片 径为 3.71 nm；确定了微裂缝与微孔的压力传递/滤液
层堆叠在一起，形成致密的大片层半透明封堵膜， 入侵是四川龙马溪组泥页岩井壁失稳的主要机理。
封堵膜边缘处厚度较薄且向外延伸。由此可以认为： （2）通过压力传递实验，将改性 Hummers 法制
GO 呈现多片层紧贴、穿插的姿态构成了一个片层 备的 GO 应用在四川龙马溪组泥页岩中，评价了其
尺寸大且致密的封堵膜吸附在泥页岩孔隙和裂缝表 阻缓泥页岩压力传递的实际效果，优选出质量分数
面。这也解释了为什么平均片层尺寸为 969.9 nm 的 为 0.1%、超声时间为 10 min 即横向粒径为 969.9 nm
GO 对泥页岩压力传递阻缓效果要更加优异：在封 的 GO 封堵剂；通过与纳米二氧化硅和聚丙二醇的
堵时，GO 分散液中的片层在压差的作用下不断向 压力传递效果比较，得出了 GO 在封堵时具有低浓
岩心孔隙和裂缝进行渗透，充分渗透后片层间距不 度、高效率的特点。