[发明专利]一种固井水泥浆高温稳定剂及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种固井水泥浆高温稳定剂及其制备方法，解决了现有技术中通常使用外加剂在常温下提高水泥浆黏度的方法改善高温沉降稳定性，导致施工过程中可能无法达到设计密度、注替过程中出现高泵压等情况的问题。本发明的原料包括乙烯基吡咯烷酮5‑8％；丙烯酰胺1‑2％；N,N‑二甲基丙烯酰胺2‑6％；丙烯酰吗啉10‑20％；其余为水。本发明随着温度的增加有效使得水泥浆黏度增加，有效解决常温增稠及高温沉降的矛盾；并且本发明中的端基大侧链能有效防止AMPS聚合物的水解，通过粘度的调节以及防水解的双重作用使得沉降明显改善。

技术领域

本发明涉及水泥添加剂领域，具体涉及一种固井水泥浆高温稳定剂及其制备工艺。

背景技术

随着油气勘探的深入，深井、超深井、地热井固井日益增多，目前国内外厂商应用最多的聚合物类降失水剂、缓凝剂在一般超过130℃的高温条件下分子链出现断裂、水解等情况，导致聚合物高分子不能再与油井水泥形成良好的吸附及包裹，造成水泥及外掺料颗粒由于密度差的作用导致沉降。

目前所有厂商的降失水剂、缓凝剂类产品均是由AMPS及其他功能性单体聚合而成，而AMPS是具有磺酸基团的单体，在超过120℃的高温及水泥浆碱性环境(PH≥11)中极易水解，水解后形成的磺酸(钠盐)具有强烈的分散作用，进一步导致水泥浆沉降。

同时，高密度、超高密度水泥浆，低密度、超低密度水泥浆由于外掺料，如加重剂、减轻剂等与水泥及其他外掺料密度差过大(例：油井G级水泥密度为3.15g/cm³加重剂密度4.80g/cm³-7.20g/cm³减轻剂密度0.80g/cm³-0.24g/cm³)，在升温过程中分子热运动加剧同样导致水泥浆沉降。

现有技术中，水泥浆高温沉降几乎是目前国内外厂商的技术瓶颈，通常使用外加剂在常温下提高水泥浆黏度的方法改善高温沉降稳定性，但该方法并不能有效解决该问题，并且提高常温水泥浆黏度会导致施工过程中无法达到设计密度、注替过程中出现高泵压等情况，严重时导致固井失败。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中通常使用外加剂在常温下提高水泥浆黏度的方法改善高温沉降稳定性，导致施工过程中可能无法达到设计密度、注替过程中出现高泵压等情况的问题，目的在于提供一种固井水泥浆高温稳定剂及其制备工艺，通过配方的优化，能有效实现在低于50℃条件下表现出化学惰性不影响水泥浆的现场混配及注替，并且在90℃以上的高温条件下使得水泥浆黏度增加，有效避免常温增稠及高温沉降的矛盾。

本发明通过下述技术方案实现：

一种固井水泥浆高温稳定剂，以重量百分数计，原料包括：

本发明的产品在低于50℃的温度条件下对水泥浆本身不具有任何化学作用，通过将本发明在不同温度下溶解于水泥浆中的检测结果可知：本发明随着温度的增加有效使得水泥浆黏度增加，有效解决常温增稠及高温沉降的矛盾。

并且，本发明在高温下溶解出的刚性大分子基团，其不但能有效提高水泥浆黏度，而且其中的端基大侧链能有效防止AMPS聚合物的水解，通过粘度的调节以及防水解的双重作用使得沉降明显改善，效果十分显著。

进一步，本发明还包括单体质量10-20％的填料。所述填料为微硅。本发明中的单体即为除去水以外的所有物质。

一种固井水泥浆高温稳定剂的制备工艺，包括：

将乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰吗啉和水混合均匀后配制成溶液，调节溶液pH至6.5～7.5后，加入到反应容器中，并在反应容器中通入N₂保护，在40～50℃时加入溶液固含量2.0％-3.0％的引发剂进行反应；反应3～5h后，经过干燥获得成品。