一种稳定井壁的破岩剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种稳定井壁破岩剂及其制备方法，该破岩剂按质量份数由80-100份的植物蛋白、180-200份的水、50-65份质量浓度20％的三氯氧磷的正己烷溶液、20-40份的巯基聚醚多元醇、30-40份的磺化琥珀酸二辛酯、16-24份的磺化剂和pH值调节剂组成；该稳定井壁高效破岩剂能够瞬间有效降低地层岩石强度，且有利于井壁稳定，提高钻井速度，从而降低勘探开发成本、保护油气层、提高采收率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种稳定井壁的高效破岩剂(WGP)及其制备方法。
技术介绍
石油工程作业的对象是埋藏在地下数千米深的岩石，破岩效果是石油钻井中的重要技术问题，它体现的是钻井速度。钻井速度是影响油田勘探与开发效益的关键因素，提高钻井速度可以大幅度降低钻井成本，加快勘探开发进程，也是深井超深井钻井过程中迫切需要解决的问题。同时，钻井速度的提高，能够减少钻井液浸泡油气层的时间，降低钻井液对储层的损害，有利于发现油气层及大幅度提高采收率。岩石力学研究的一个重要方面涉及钻井过程中机械、水力及联合破岩的高效破岩机理和方法；另一个重要方面涉及原地应力释放后井壁稳定的问题，它包括力学、化学和水力三个因素作用对井壁稳定的影响。随着油气勘探开发领域的不断扩展，钻井过程中遇到的地层越来越复杂，井越来越深，井下的复杂情况更是难以预料，处理的难度也在增加，深井高压下钻遇硬质地层泥页岩、软页岩、粘页岩及膨胀性页岩时，这类地层很容易水化膨胀导致井下复杂事故的发生，尤其是在西部深井钻井、钻遇山前强应力构造和大段泥页岩井段过程中井壁失稳问题表现尤为突出。目前在油气勘探开发方面缺乏针对钻遇同时兼顾高效破岩以及有利于井壁稳定的机理研究与钻井液处理剂的研发，因此，开发出一套能够能在瞬间有效降低地层岩石强度且有利于井壁稳定的钻井液技术体系，对于提高油气井勘探开发效益具有极为重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，破岩剂能够瞬间有效降低地层岩石强度，利于井壁稳定，从而解决井壁垮塌，掉块的问题，提高深井超深井钻井速度，进而降低勘探开发成本，降低开发风险、保护油气层、提高采收率。本专利技术所述的一种稳定井壁的破岩剂(WGP)，按质量份由80-100份植物蛋白、 180-200份水、50-65份质量浓度20%的三氯氧磷(POCl3)的正己烷溶液、20-40份的巯基聚醚多元醇、30-40份的磺化琥珀酸二辛酯、16-24份的磺化剂和pH值调节剂组成。—种稳定井壁高效破岩剂(WGP)的制备方法破岩剂各成分按质量份数计，制备步骤如下1)将80-100份的植物蛋白加入到180-200份水中，在常温下静置100-140分钟后，在恒温45-55°C的条件下，振荡均勻；2)在40-60°C，向步骤1)的溶液中滴入16_24份磺化剂，恒温搅拌反应60_80分钟；3)将步骤2)溶液水浴加热到80-100°C，用pH调节剂调节溶液pH值为7-9 ；4)用正己烷溶解三氯氧磷配成20%的三氯氧磷溶液，称取50-65份三氯氧磷溶液加入步骤3)溶液中，恒温搅拌反应80-100分钟；5)用pH调节剂调节步骤4)溶液pH 值7-9，加入装有搅拌、温度计、氮气导管的四口烧瓶中；6)将20-40份的巯基聚醚多元醇和30-40份的磺化琥珀酸二辛酯混合均勻组成滴加液；7)搅拌，通氮气，升温至100-120°C，将巯基聚醚多元醇与磺化琥珀酸二辛酯组成的滴加液逐滴加入步骤5)的溶液中，在1 5小时加完，缩聚反应1小时生成稳定井壁高效破岩剂。磺化剂为发烟硫酸；pH值调节剂为浓度30-50%的氢氧化钠水溶液。本专利技术稳定井壁高效破岩剂的工作原理钻头牙齿压入岩石的过程中有许多微裂缝产生，钻井过程中所钻地层岩石首先接触的是钻井液，由于微裂缝较原来岩石中的孔隙往往有更大的渗透性，当牙齿破碎坑中的裂纹受到水力冲击时，液体就会渗入裂缝中，这时岩石中受力情况与在岩石中楔入一个刚体楔子相似，故称为水楔作用。水楔楔入裂纹产生一定的应力场，在裂纹尖端产生拉应力集中区，它使裂纹迅速扩展，致使岩石进一步破坏，从而瞬间有效降低了地层岩石强度，即可大幅度提高机械钻速。但是一旦岩石在钻井液中继续浸泡较长时间，钻井液可以从应力笼蔽效应、抑制水化作用两种途径增强岩石强度，从而保证井壁的稳定性一方面，钻井液可以通过在粘土矿物、井壁上强烈吸附并改变其润湿性能、有效降低其表面张力，使钻屑、井壁表面的润湿性能从亲水向亲油方向转变，从而形成一层致密非亲水性封堵层，提供压力封隔，增加了井壁周围的环形应力，而且使钻井液滤液尽可能少地进入地层，减弱滤液进入对岩石强度的影响；另一方面，钻井液可以通过抑制水化作用防止岩石强度降低，由于水化作用可以造成岩石内膨胀压增加，使得岩石颗粒间胶结力减弱，岩石强度降低，侵入岩石孔隙内部的钻井液同样可以通过改变及孔隙内部岩石表面的润湿性，降低岩石的表面张力， 使其润湿性能从亲水向亲油方向转变，抑制了岩芯孔隙内部的水化作用，从而可以增加了岩石强度。该钻井液具有的特殊性能是通过添加稳定井壁高效破岩剂实现的，因此，稳定井壁高效破岩剂分子必须具备以下特性，可概括为以下几方面(1)能够与岩石及钻屑吸附，使岩石、钻屑以及岩石及其孔隙的润湿性向亲油的方向转变；(2)能够以较高的渗透速率以及较大渗透体积迅速渗入岩石的裂纹中；(3)具有良好的抗温性能；(4)能够与钻井液体系中的其它处理剂具有良好的配伍性；(5)能够瞬间有效降低井底岩石强度；因此，稳定井壁高效破岩剂分子结构要具有强吸附基团，可以通过在蛋白质分子上接枝磷酸基来实现定向选择的目的，使蛋白质分子增强定向吸附功能；同时增加其烃基链的长度，较长的烃基链，能提高吸附后钻具钻屑的疏水性能；由于蛋白质的三级结构，蛋白质分子具备-OH、-NH2, COOH-等官能团以及较长的有机分子链，因此，蛋白质是作为主链的最佳选择，再根据稳定井壁高效破岩剂需具备的特性，再增加特性官能团来实现稳定井壁高效破岩剂特定的功能。由于随着钻井深度的增加，地层温度也逐渐升高，蛋白质作为一种有机高分子，其抗温性能极差，要想将其广泛的用于钻井液体系中，就必须提高其抗温能力，对其进行磺化改性处理，提高抗温性。因此，本专利技术提供的稳定井壁高效破岩剂，以植物蛋白质为原料，先又对其进行磺化处理，在其分子侧链上接枝磷酸基后，然后与巯基聚醚多元醇、磺化琥珀酸二辛酯缩聚反应，实现以较快的渗透速率和较高渗透体积快速渗透入岩石微裂缝，降低岩石表面以及孔隙内部的表面张力和毛细管阻力，减小或消除井底巨大的压持作用，从而瞬间降低岩石强度，高效破岩；其结构中含有强吸附基团和疏水基团，能使岩石表面及孔隙内部润湿性向亲油的方向转变，从而从应力笼蔽效应、抑制水化作用两种途径增强岩石强度，实现井壁稳定，从而降低勘探开发成本，降低开发风险、保护油气层、提高采收率。专利技术的效果(一 )稳定井壁高效破岩剂浸泡时间对岩芯强度的影响分别采用单轴、三轴应力实验测试岩芯在添加和未添加稳定井壁高效破岩剂钻井液中浸泡不同时间岩芯强度的变化。所用基浆配方为4%土浆+0. 1% 80A51+0.5%胺盐 +1% SPNH+1% FT-1+0. 5XY-27。从附图说明图1和图2可看出，岩芯在未添加WGP的钻井液中浸泡，其岩芯强度随着浸泡时间的延长而逐渐降低；当岩芯在WGP钻井液中浸泡，岩芯强度随着岩芯浸泡时间的增加而降低速率更快。单轴应力测试结果表明浸泡时间达到30s的时候岩芯强度最小；三轴应力测试结果表明岩芯在0. 5% WGP的钻井液中浸泡，采用IOMPa围压，岩芯强度在60s出现拐点，增加围压至20MPa，岩芯强度在20s就会出现最小值，此时有利于钻进过程中的快速有效破岩。( 二)该稳定井壁高效破岩剂浓度对岩芯强度的影响采用单轴应力、三轴应力实验测试方法测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金声，杨宇平，蒋欢，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：