[发明专利]大温差固井用低粘高切型油井水泥悬浮稳定剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种大温差固井用低粘高切型油井水泥悬浮稳定剂的制备方法，解决了现有油井水泥悬浮稳定剂在大温差条件下低温粘稠、高温稀释的现象明显等问题。具体通过表面接枝共聚，将具有一定空间结构和疏水特性的功能基团引入到具有抗高温、亲水功效的高分子主链上。本发明悬浮稳定剂的研制，既实现了水泥浆低温不增稠、高温不稀释的效果，又提高了其在高温、大温差条件下的沉降稳定性，对改善固井质量具有重要的现实意义。

技术领域

本发明涉及油田开发过程中钻完井及固井领域内的油井水泥外加剂，特别是一种粘度低、切力大、抗温性好，既可有效防止水泥浆的密度发生波动、抑制游离液产生，同时还能避免水泥浆变粘、增稠的聚合物类悬浮稳定剂。

背景技术

随着国内外各大油田的勘探开发不断向埋藏深度大、地层及压力情况复杂的非常规油气、深层气等方向拓展，深井、超深井、水平井的钻探数量不断增加，对固井水泥浆的各项性能也提出了更高的要求。其中，水泥浆的稳定性作为保证固井施工安全和油气井封隔效果的重要指标之一，也愈来愈受到重视。

作为多相粗分散悬浮体的固井水泥浆，本质上是由不同密度、不同粒径的多种物质构成的一种沉降不稳定体系。低温时，水泥浆内部粘滞力强、注水泥施工及候凝时间短，沉降现象不明显、密度基本保持稳定，对固井质量影响不大。但高温条件下，水泥颗粒布朗运动加剧、水泥浆内部的粘滞力遭到破坏，沉降加快；与此同时，为保证固井安全而引入的缓凝剂、分散剂等外加剂，使得注水泥施工及候凝时间，特别是长封固段顶部低温区域的候凝时间，明显延长；加之密度、粒径差异更大的加重剂或减轻剂的使用，导致沉降问题更加突出。具体表现为密度较大的颗粒在重力作用下发生沉降、析出自由水，水泥浆上下部存在密度差，可能造成桥堵；长封固段顶部自由水易聚集形成水囊，既妨碍水泥对套管和地层的胶结，又容易产生微缝隙，易形成油、气、水的窜流通道，进而引起窜槽。对于水平井和大斜度井，还可能造成井眼高边部分的水泥石因固含量少而强度发育低、渗透率高，甚至形成连通的自由水槽或水带，存在环空窜流风险，严重影响固井质量和后期油气井的生产、增产作业。

尽管现有的油井水泥悬浮稳定剂品种较多，如硅灰、天然火山灰、粉煤灰、纤维素、黄原胶等，但在高温、特别是大温差工况下的使用效果欠佳、亟需完善。其中，一部分悬浮稳定剂依靠其自身粒径小(纳米或微米级)、比表面积大、亲水性好，并可参与水泥水化、消耗自由水的特有属性，达到提高水泥浆体系的沉降稳定性、减小密度差和游离液的效果；但此类材料有明显的增稠现象，加量大时，容易造成水泥浆流动性能劣化、触变增大等问题，影响配浆、泵送甚至注水泥施工安全。另有部分悬浮稳定剂以天然高分子材料为主要原料，利用其保水、增粘特性和假塑性来改善水泥浆体系的悬浮能力。但上述材料有的耐温性不佳、高温时易受热分解、丧失悬浮功效，长期保存易变质发臭、难以满足环保要求；有的对pH值较敏感、水泥水化过程中产生的大量OH^-可能致其失效；有的直接加入水中易发生团聚，需要与水泥干混使用，可能因混配不均而影响悬浮稳定效果。还有部分悬浮稳定剂以人工合成高分子聚合物为主，通过其分子链上含有的亲水基团(如-NH₂、-COOH等)和较高的分子量提高水泥浆体系的粘度，进而实现对固相颗粒的悬浮；但该类材料可能使得水泥浆低温时粘度大、稠度高、泵注困难，而高温时又因聚合物的黏温效应容易导致悬浮能力变差，特别是高温候凝状态下切力降低明显，进而发生固相颗粒沉降。

综上所述，现有油井水泥悬浮稳定剂在高温工况下，大多存在一定的缺陷或不足；尤其是在大温差条件下使用时，低温粘稠、高温稀释的现象更加明显，不利于固井施工安全及油气资源的开发利用。

发明内容

本发明的目的是提供大温差固井用低粘高切型油井水泥悬浮稳定剂的制备方法，该方法制备的悬浮稳定剂在具有良好抗温、悬浮稳定功效的基础上，还可有效避免水泥浆低温时增稠、流变性能变差，高温时切力降低、浆体变稀沉降等现象。同时，具有大温差工况下性能稳定、与其它油井水泥外加剂配伍性好的特点，能够保证注水泥及固井施工安全，改善深井、大斜度井的封隔效果及固井质量。