[发明专利]弱胶凝剂及其制备方法、水泥浆悬浮稳定剂及其应用

说明书

本发明提供了一种弱胶凝剂及其制备方法、水泥浆悬浮稳定剂及其应用。该弱胶凝剂是由原料通过引发剂引发反应得到的，所述原料包括苯乙烯磺酸钠、衣康酸、丙烯酸、N,N’‑二甲基丙烯酰胺、N‑异丙基丙烯酰胺或N‑羟甲基丙烯酰胺、N‑乙烯基吡咯烷酮。上述弱胶凝剂能够缓解固井施工中产生的稀释、降粘现象。本发明还提供了一种水泥浆悬浮稳定剂，其包括增粘提切剂和上述弱胶凝剂。本发明进一步提供了上述水泥浆悬浮稳定剂在200℃以上固井施工中的应用。上述水泥浆悬浮稳定剂能够保证高温、超高温工况下注水泥及固井施工的安全，并能够改善深部地层的封隔效果及固井质量。

技术领域

本发明涉及油田开发过程中深井、超深井钻完井及固井领域内的油井水泥外加剂技术领域，尤其涉及一种弱胶凝剂及其制备方法、水泥浆悬浮稳定剂及其应用。

背景技术

随着浅层、中浅层油气资源开发潜力的逐渐减小，国内外各大油田的勘探开发方向逐步向深部复杂油气藏拓展，深井、超深井数量不断增加，对固井水泥浆体系的耐温性、流变性、沉降稳定性等施工性能和封固质量也提出了更高的要求。

固井的主要目的就是封隔油气水层、保护套管，建立畅通的油气采收通道。作为固井材料主体的水泥浆体系，本质上是由多种不同密度、不同形貌、不同属性的固体和液体物质构成的，包含多相粗分散悬浮体的沉降不稳定体系。高温工况下，水泥浆体系中的固体颗粒布朗运动加快，动力和聚结稳定性遭到破坏，导致游离液增加、密度差增大，存在桥堵、窜槽等风险，严重影响深井、超深井的注水泥施工安全、固井质量及后期的勘探开发效果。

目前，抗高温油井水泥悬浮稳定剂、抗沉降剂产品主要分为以下几大类：一是硅灰、膨润土、海泡石、超细材料等无机材料，通过颗粒级配优化固相堆积密度或吸水膨胀形成絮状物质、增大体系粘度的方法，提高水泥浆的稳定性；二是黄原胶、温轮胶、瓜尔胶等天然高分子材料，利用其遇水增稠特性和假塑性改善水泥浆的悬浮能力；三是人工合成高分子材料，通过分子链上含有的亲水基团(酰胺基、羧基、羰基等)和较高的分子量提高水泥浆体系的粘度，防止固相颗粒沉降。然而，无机材料粒径小、比表面积大，增稠明显，加量大时浆体下灰、泵送困难；天然高分子材料不同季节、不同批次产品质量存在波动，且易受热分解、粘度降低，丧失悬浮稳定功效。人工合成的高分子聚合物性能稳定、易于调控，但大加量时仍普遍存在低温增稠严重、超高温(200℃)明显稀释的问题，限制了水泥浆体系的使用温度。

综上所述，高温、超高温工况下，现有油井水泥悬浮稳定剂大多存在加量少时固相颗粒易沉降，加量大时低温粘稠、高温稀释的不足，综合性能仍有改进和提升的空间。因此，结合化学、材料学的研究进展，在分子结构中引入可与高价金属阳离子鳌合、形成弱胶凝状物质的功能基团，制备耐温能力强、综合性能良好的抗高温悬浮稳定剂，对保证固井施工安全及油气资源的开发效益具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种弱胶凝剂及其制备方法、水泥浆悬浮稳定剂及其应用，该弱胶凝剂能够缓解固井施工中产生的稀释、降粘现象；该水泥浆悬浮稳定剂能够保证高温、超高温工况下注水泥及固井施工的安全，并能够改善深部地层的封隔效果及固井质量。

为了达到上述目的，本发明提供了一种弱胶凝剂，其是由原料通过引发剂引发反应得到的，以所述原料的总重为100份计，所述原料包括15-25份活性组分和余量的水；其中，所述活性组分包括质量比为(16.6-22)：(0.2-0.5)：(15-17)：(4.3-6.6)：(1.4-1.8)的苯乙烯磺酸钠(SSS)、衣康酸(IA)、丙烯酸(AA)、N,N’-二甲基丙烯酰胺(DMAA)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)；所述活性组分还包括N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)或N-羟甲基丙烯酰胺(N-MAM)，所述N-异丙基丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺与苯乙烯磺酸钠的质量比为(9.4-13)：(16.6-22)。