[发明专利]一种油井水泥缓凝剂的制备方法及应用方法

说明书

本发明涉及一种油井水泥缓凝剂的制备及应用方法。制备方法是将带有阴离子磺酸基团的烯类单体、带有铵根阳离子的烯类单体和含有羧酸基团的不饱和单体溶于去离子水中并调整体系pH值，通氮条件下加入引发剂，在恒温水浴中连续反应得油井水泥缓凝剂。应用方法是将微硅和玻璃微珠、降失水剂、分散剂、所得油井水泥缓凝剂与水泥的按配比混合，加入水配成水泥浆体系。本发明具有以下有益效果：（1）高温环境下稳定性好、耐降解，耐高温性能好；（2）适用温差范围大，可达50℃‑150℃；（3）在水泥体系中可达到理想的缓凝效果，未出现超缓凝现象，顶部水泥石强度发展快，满足大温差固井的要求。

技术领域

本发明涉及石油勘探开发化工助剂领域，具体是一种适用于水泥浆体系的大温差缓凝剂的制备方法及其在水泥浆中的应用方法和性能评价。

背景技术

随着勘探开发技术不断向深井、超深井的深入，常会遇到长封固段大温差固井施工，由于封固段长，为保证高温条件下的施工安全，通常加入大量缓凝剂。目前国内外常用的缓凝剂主要有木质素磺酸盐及其衍生物，羟基羧酸及其盐（酒石酸、柠檬酸等），纤维素衍生物，糖类化合物，有机磷酸盐，合成聚合物等，然而现有缓凝剂不能完全消除温差效应对水泥石强度的影响，易造成水泥浆在井段顶部低温区域抗压强度发展缓慢，甚至无法凝结，严重影响固井质量及后续施工进度。因此，亟需研发出一种适用于大温差油井的缓凝剂，以满足高温深井长封固段大温差固井高温下缓凝、低温下水泥石早期抗压强度发展快的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种适用于水泥浆体系的大温差需要的油井水泥缓凝剂制备方法和应用方法，以达到高温缓凝，并且能够解决大温差施工环境下顶部水泥石强度发展缓慢的问题。

基于此，本发明结合缓凝机理及分子设计理论，合理运用聚合物的“包埋”特性以及温度感应伸缩性，合成了一种新型高温缓凝剂。该缓凝剂是一种两性离子三元共聚物，对温度不敏感，在高温下具有良好的缓凝作用，在低温下具有一定促凝作用，且与其他外加剂配伍性好。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案为：

一种油井水泥缓凝剂的制备方法是，将2～6质量份的带有阴离子磺酸基团的烯类单体，1～6质量份的带有铵根阳离子的烯类单体，8～15质量份的含有羧酸基团的不饱和单体，溶于去离子水中并调整体系pH值至5～7，通氮30～60分钟,加入占单体总质量百分比0.3%～1%的引发剂，在30～50℃恒温水浴中连续反应4-6小时，所得油井水泥缓凝剂的乌氏粘度计测定换算的分子量为1.41×10⁴～1.58×10⁴。

上述方案中：所述带有阴离子磺酸基团的烯类单体包括甲基丙烯磺酸钠、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的任一种或几种；所述带有铵根阳离子的烯类单体包括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的任一种或几种；所述含有羧酸基团的不饱和单体包括马来酸酐、衣康酸、丙烯酸的任一种或几种；所述引发剂为(NH₄)₂S₂O₈/K₂S₂O₈,n[(NH₄)₂S₂O₈]/n[K₂S₂O₈]=1～1.5。

基于上述油井水泥缓凝剂制备方法所得的油井水泥缓凝剂应用方法是，将重量百分比为 12-18%微硅和45-55%玻璃微珠、2.0-2.5%降失水剂、0.8-1.2%分散剂、1.0%~2.0%所述油井水泥缓凝剂与余量为水泥的配比混合，加入水配成水泥浆体系。

其中：所述降失水剂为SZ1-2型降失水剂，所述分散剂为SXY型分散剂。