[发明专利]一种适用于酸性油气藏的固井水泥浆防腐剂

说明书

本发明公开了一种适用于酸性油气藏的固井水泥浆防腐剂，通过以下方法合成：（1）将水浴升温至40℃时，加入原料甲醛F，并加入聚乙烯醇，随后加入10%NaOH调节溶液PH值为8‑9，再加入第一批尿素U₁，升温到75℃并反应30分钟；（2）用10%的HCl溶液调节反应液的PH值为4.5‑5.5，保温15分钟；（3）用10%的HCl溶液调节反应液的PH值为5.5‑6.5，加入第二批尿素U₂，继续反应10分钟；（4）待反应液交联后加入10%NaOH调节PH值为6.5‑7.5，加入第三批尿素U₃，继续反应10分钟后降温出料。本发明遇酸后固化成坚硬、惰性的包被层，在酸性物质中溶解度非常小，具有良好的耐弱酸、弱碱性，抗CO₂、H₂S腐蚀能力强，与水泥浆有良好的相溶性，且合成成本较低，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及一种用于酸性油气藏固井过程中提高固井水泥浆防腐性能的一种防腐剂及其合成方法。

背景技术

CO₂和H₂S对油井水泥的腐蚀问题由来已久，随着石油与天然气的不断开发和利用，酸性气体腐蚀水泥石的问题愈发受到行业重视。酸性油气藏是指产出的石油或天然气中伴生有H₂S、CO₂等非烃类气体以及硫醇、硫醚等杂质的油气藏。世界上酸性气田主要分布在中国、加拿大、美国、法国、俄罗斯、伊朗等国家，此类气田不仅分布广泛，而且大多已经获得大规模开发。在酸性油气田的开发过程中，水泥石(环)需满足井下长期密封的技术要求，地层-套管-水泥环三者之间应保持良好的密封性和耐久性。当油井水泥石长期处于酸性气体环境下，其结构完整性及原有性能都将发生改变，如水泥石中的胶结性组分减少，渗透率增大，抗压强度降低等，这都可能引起流体窜流、井壁坍塌等井下事故。一旦油井水泥石被击穿，则酸性气体会进一步腐蚀套管，这将严重影响油气井寿命，甚至导致油气井的直接报废，造成巨大的经济损失。

迄今，国内外的主要防腐措施的提出主要集中在以下2点：(1)通过外加剂(外掺料)改善水泥浆性能，如降低钙硅比，降低渗透率，改善孔隙结构等；(2)研发新型水泥浆体系。国内外已开发出了多种添加剂和相应水泥浆体系，如世界著名的Halliburton、Dowell、BJ和Schlumberger等公司。Halliburton研究了一种抗CO₂腐蚀水泥浆体系，其主要用料并不是硅酸盐水泥材料，而是一种特殊的磷酸钙水泥，其中不含氢氧化钙和水化硅酸钙，从根本上消除了被CO₂腐蚀的基质，具有良好的抗酸性介质腐蚀的性能。该体系不适用于传统的外加剂，需要研发一整套与其相配伍的外加剂，适用条件限制较多，其成本远高于常规硅酸盐水泥浆体系，商业使用范围并不大。Schlumberger基于紧密堆积技术设计了一种抗CO₂腐蚀水泥浆体系，通过加入不同粒径的外掺料，改善水化产物及形成致密水泥石来改善水泥石抗CO₂腐蚀性能。BJ公司的抗CO₂腐蚀的水泥浆技术是在水泥中加入矿渣及胶乳，通过降低水泥石的渗透率、减少Ca(OH)₂的生成等措施提高水泥石抗CO₂腐蚀性能。Dowell公司研究了一种具有抗CO₂腐蚀性能的、加入了XP-1的水泥浆体系。其后又通过向水泥中加入分散剂、降滤失剂，减少水灰比及加入酸式盐膨胀剂，形成水化程度完好、低渗透率水泥石，同时掺入特定级别粉煤灰，利用粉煤灰活化玻璃体与水泥水化产物的进一步作用及粉煤灰微细颗粒对水泥石内部空隙的填充作用来改善水泥石的抗CO₂腐蚀性能。