[发明专利]一种适用于油井水泥浆的热增黏沉降稳定剂及制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种适用于油井水泥浆的热增黏沉降稳定剂及制备方法与应用，该沉降稳定剂的有效成分具有如下所示的结构：[C₆H₇O₂(OH)₂O‑R₁‑OH]_m‑[C₆H₇O₂(OH)₂O‑R₁‑O‑R₂]_n，R₁为‑CH₂CH₂‑或‑CH(CH₃)CH₂‑，R₂为长链烷基，m:n＝1:(0.1～0.01)，m+n＝100～500的整数。将纤维素溶解到碱溶液中，搅拌均匀，加入可溶性盐，将大分子量纤维素沉淀析出，滤除，加入环氧烷进行醚化反应，产物再与长链卤代烷烃进行疏水改性反应，对反应溶液中和、过滤，将固体洗涤和干燥，即得。本发明的沉降稳定剂具有热增黏特性，可有效实现油井水泥浆“低温不增稠，高温增稠”的目标。

技术领域

本发明涉及一种固井水泥浆所适用的沉降稳定剂及制备方法与应用，属于油气田开发技术领域。

背景技术

随着我国常规浅层油气资源的不断开采，增产稳产难度日益提高，未来的油气勘探和开发逐步向深部地层、海洋以及非常规油气的方向发展。随着油藏深度的增加以及地层环境变得更为复杂，深井、超深井、大位移井以及水平井被越来越多的利用，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。对于深层油气的钻探开发，随着井深的增加，井底的压力也会不断提高，为了在固井施工中维持井筒和地层压力的平衡，需要采用高密度水泥浆体系。而对于低压易漏地层以及裂缝性碳酸盐地层的固井施工，为了防止水泥浆漏失并保证水泥浆返高，需要采用低密度、超低密度固井水泥浆。由于这些特殊水泥浆体系中固相密度差异的增大，会使水泥浆体系的流变性变差，给水泥浆的顺利泵送增加难度。在配制油井水泥浆时，密度加重材料或者减轻材料会在浆体中发生沉降，造成水泥浆的沉降失稳。而在斜井、水平井或者大位移井中，水泥浆沉降失稳会变得更加严重，这会导致水泥封固段水泥环的强度不一，而且由于下部加重材料沉积过多、上部过度析水造成上部与下部水泥石强度过低，不能满足封隔地层和保护套管的要求，从而使油井寿命缩短，给油气井生产以及维护造成巨大的经济损失。

水泥浆在固井过程中的沉降稳定性直接影响水泥环的完整性以及最终的固井质量。若油井水泥浆体系由于设计不合理而导致水泥浆稳定性差，在固井过程中，固相颗粒发生沉降，析出自由水，易造成桥堵或者形成油、气、水的窜流通道，特别是对于水平井和大斜度井来说，更容易在井眼上侧形成连通的自由水带，而在下侧形成固相沉降，进而引起窜槽，所形成水泥石的不均匀性也更为突出。在低温下，由于浆体内部的黏滞力强、固井施工时间短，沉降问题不突出。但是在高温条件下，水泥颗粒布朗运动加剧，水泥浆内部的粘滞力被破坏，水泥浆颗粒沉降加快，再加上浆体泵送时间长，使得水泥浆沉降问题更加突出。另外，水泥浆外加剂的加入也会影响水泥浆的稳定性。

目前提高水泥浆沉降稳定性的方法主要有：加重剂以及水泥颗粒级配优化、加重剂颗粒直径与外形优化、加入无机材料悬浮剂(超细材料、纳米材料、微硅、膨润土、海泡石等)或聚合物悬浮剂(黄原胶、瓜尔胶、AMPS类聚合物等)。对于加重剂以及水泥颗粒来说，颗粒级配优化和颗粒外观球形化处理等不仅费用昂贵，而且对浆体稳定性的改善作用仍较弱；采用无机材料悬浮剂时，会使上部井段低温环境下的浆体增稠严重，表现出浆体初始稠度大、泵送困难等，而到下部井段高温环境下的浆体却变稀，浆体沉降稳定性变差；天然高分子聚合物悬浮剂具有低浓度、高黏度的特性，但随温度升高会发生降解，粘度明显降低，体系悬浮能力大幅下降；合成高分子聚合物悬浮稳定剂受温度影响较大，高温下常会出现水解和剪切变稀现象，造成浆体稠度明显下降、悬浮作用大大降低。