[发明专利]适用于油气井固井的温度自适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自适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(I)示的结构单元A、(II)示的结构单元B、(III)示的结构单元C和式(IV)所示的结构单元D；其中，结构单元A、B、C和D的结构百分数p＝7.18‑10.76％，q＝40.22‑64.66％，m＝25.86‑46.25％，n＝1.05‑3.8％；该高温缓凝剂能够避免因水泥浆稳定性变差导致的沉降问题，同时水泥浆在低温下早期强度高，能够避免长封固段固井上部水泥强度形成缓慢甚至超缓凝的问题；

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

随着我国常规浅层油气资源的不断开采，国内大多浅层油气资源相继接近枯竭，可采易采储量有限，增产稳产难度日益提高。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、复杂地层发展。而深井超深井固井作业的突出难点在于地层温度高，固井面临着突出的高温问题，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。长封固段固井问题，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，并直接影响固井质量。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，但在缓凝剂适应极高温度压力环境的同时，由于分解作用，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，导致缓凝效果降低，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，长封固段固井，特别是高温长封固段固井的技术难点在于井底极高温度压力环境对缓凝效果要求高和长封固段形成的大温差造成顶部水泥浆超缓凝，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，尤其是在水泥浆稠化时间急剧缩短，水泥强度衰减明显的高温高压深井中，缓凝剂是必不可少的组分。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，该类缓凝剂可以适应150℃的井底温度，其作用机理是吸附和成核，属于天然高分子，但材料来源分散，导致性能差异较大，且高温下会发生降解，使缓凝效果大大降低；纤维素及其衍生物，该类缓凝剂存在使水泥浆体系增稠、抗盐性差以及降低水泥石高温强度等缺点；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。由此可见，目前应用的高温缓凝剂都存在一些缺点，特别是在不同温度下缓凝效果调控，无法做到低温下不表现出明显的缓凝作用从而不影响水泥浆在低温条件下的水化凝结过程，而在高温下才表现出较强的高温缓凝作用从而保证水泥浆高温稠化时间和泵注安全，概括地说，就是目前的高温缓凝剂不具备温度自适应性，无法实现“低温不缓凝，高温缓凝”的目标。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、低温强度发展等方面还存在很多不足，使得油井固井质量不能得到有力保证。

CN101967371A公开了一种抗高温油井水泥缓凝剂，该缓凝剂包括2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、衣康酸(IA)、丙烯酰胺(AM)和N,N-二甲氨基丙基丙烯酰胺(DMAPAA)，质量比为82～91:10～26:8～30:31～38，该水泥缓凝剂抗温能力达到180℃，在中低温条件下水泥石强度发展迅速，但是该缓凝剂分散性较强，在沉降稳定性方面存在一些不足。