[发明专利]适用于油气井固井的温度响应型高温缓凝剂及其制备方法和固井水泥浆

说明书

本发明属于油气井开发技术领域，公开了一种适用于油气井固井的温度响应型高温缓凝剂及其制备方法和固井水泥浆。该高温缓凝剂含有式(I)示的结构单元A、(II)示的结构单元B和(III)示的结构单元C；其中，结构单元A、B和C的结构百分数x＝37.2‑57.23％，y＝40.52‑61.4％，z＝1.38‑4.35％；该高温缓凝剂可根据固井设计调节其加量，使油井水泥的稠化时间满足固井施工的要求，其在固井过程中能有效改善水泥浆稠化性能及提高顶部水泥石早期强度；

技术领域

本发明涉及油气井开发技术领域，具体涉及适用于油气井固井的高温缓凝剂，一种适用于油气井固井的高温缓凝剂的制备方法，一种包括该高温缓凝剂的固井水泥浆。

背景技术

随着我国油气资源的需求量连年增长，常规浅层油气资源的不断减少及钻井技术的提高，为了提高原油产量，未来的油气勘探和开发逐步向深井、超深井及复杂地层井发展。在一定的地温梯度下，随着井深的增加，井底温度也逐步升高，井底较高的温度条件给深井超深井固井作业带来了困难。深井、超深井固井施工所需的时间更长，因此如何有效控制固井水泥浆的合理稠化时间非常关键。同时，随着当前简化井身结构、节约成本、提高钻井效率的新要求，深井固井面临着越来越多的一次性长封固段固井难题。长封固段固井的问题在于其一次性上返封固井段较长，封固段的顶部和底部的温差大，严重地影响了大部分外加剂的使用效果，并对固井质量产生较大影响。这对固井工程尤其是固井水泥浆的设计提出了更多的挑战。由于水泥浆体系均以井底温度为准进行设计，为了保证高温条件下水泥浆的安全泵送，通常加入了大量传统的高温缓凝剂以起到延长稠化时间、改善流变性、延长可泵送时间的目的，但在150℃及以上高温下缓凝剂的结构改变导致缓凝剂失效，缓凝能力降低，并且水泥浆沉降稳定性变差，出现过度分散、稠度降低明显的现象，水泥浆出现严重的沉降现象，同时，常规高温缓凝剂在封固段顶部的低温环境下易出现缓凝甚至超缓凝现象，导致水泥浆在侯凝过程中上部水泥强度形成缓慢，有时甚至长时间不能凝固，既不能形成凝胶状态也不传递液柱压力，从而导致液窜等情况发生，无法实现对地层的有效封隔。

因此，井底极高温度压力环境对缓凝效果的高要求和长封固段形成的大温差造成顶部水泥浆超缓凝成为高温长封固段固井的主要技术难点，而制约这一问题的关键在于缓凝剂。缓凝剂作为水泥浆最重要的三种外加剂之一，对水泥浆凝固时间，维持浆体可泵送状态具有重要作用，特别是在高温高压深井中，缓凝剂针对水泥浆稠化时间急剧缩短，水泥强度衰减等问题成为必不可少的组分。当前固井水泥浆中常用的高温缓凝剂主要有如下几类：木质素磺酸盐及其衍生物，该类缓凝剂可用于高温高压深井固井，其作用机理是吸附和成核，属于天然高分子，但其材料来源分散，性能差异较大，在高温下使用时会造成水泥变稀，缓凝效果大大降低；纤维素及其衍生物，该类缓凝剂存在用量大、缓凝效果差、使水泥浆体系增稠以及降低水泥石高温强度等问题；羟基羧酸及其盐类，该类缓凝剂的作用机理为吸附和螯和作用，具有缓凝效果良好、加量少、价格低廉等优点，同时其具有加量过于敏感、分散性太强的缺陷，并且在低温下易出现过缓凝现象；无机酸(盐)类，这类缓凝剂存在加量敏感以及具有一定分散性等缺点。目前应用的中温和高温缓凝剂使用效果不太理想，都存在一些缺点和局限性，特别是无法保证水泥浆在高温下安全泵送的同时进一步提高低温下水泥石早期强度。另外，目前的高温缓凝剂易使水泥浆过度分散，在水泥浆沉降稳定性控制等方面也还存在很多不足，无法使得油井固井质量得到有力保证。

CN106632842A公开了一种油井水泥缓凝剂，该缓凝剂包括带有2-6质量份的带有阴离子磺酸基团的烯类单体(甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)、1-6质量份的带有铵根阳离子的烯类单体(丙烯酰胺乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵)和8-15质量份的含有羧酸基团的不饱和单体(马来酸酐、衣康酸、丙烯酸)，其适用温度为50～150℃。但该缓凝剂在低温下水泥石早期抗压强度仍旧不够高。