[发明专利]一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和固井水泥浆

说明书

本发明属于石油与天然气固井工程领域，具体涉及一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和固井水泥浆。该油井水泥沉降稳定剂含有式(I)结构单元A、式(II)结构单元B、式(III)结构单元C和式(IV)结构单元D；A、B、C和D的摩尔比为x：y：z：q＝1：(0.09‑0.34)：(0.28‑0.36)：(0.03‑0.05)；R₁、R₂、R₃和R₈各自独立地为H或者C₁‑C₄的取代或未取代的烷基；m为15、17、19或21。该油井水泥沉降稳定剂能够实现“低温不增稠，高温增稠”的目标，有效解决深井、超深井固井水泥浆沉降失稳的难题。

技术领域

本发明属于石油与天然气固井工程领域，具体涉及一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂，一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂的制备方法，一种包括该油井水泥沉降稳定剂的固井水泥浆。

背景技术

我国油气资源的勘探与开发已经向着海洋、深部地层以及非常规油气的方向发展，深井、超深井等结构特殊的复杂油气井被广泛使用，这也对油气井的固井技术提出了更高要求。在高温环境下，固井水泥浆的沉降失稳问题会变得更加突出，这将严重影响固井质量并威胁施工安全。

水泥沉降稳定性是评估水泥浆性能的重要指标之一，也是关系到固井质量的重要因素之一。水泥浆的沉降稳定性差主要有两方面的原因：原因之一是水泥外掺料和外加剂自身的高温变稀和高温分散作用；原因之二是高温下水泥浆颗粒中分子的布朗运动加剧，破坏了浆体内部的粘滞力，使浆体变稀。其中，水泥浆高温敏感性强导致的浆体变稀是水泥浆沉降稳定性差的主要原因。一旦水泥浆沉降失稳，固相颗粒发生沉降，析出自由水，易造成桥堵或形成油、气、水的窜流通道，形成的水泥石不均匀性也更为突出，最终导致固井质量下降或失败。

为缓解高温固井水泥浆的沉降失稳问题，可以采取适当降低油井水泥浆的水灰比，外加剂颗粒深加工处理，水泥颗粒优化级配等方法。虽然这些方法可在一定程度上解决水泥浆沉降失稳问题，但是仍存在以下几点不足：(1)可能会使浆体的初始稠度过大，导致浆体泵送的困难增加；(2)加工成本高，工艺复杂；(3)较低温度固井环境下能够提高水泥浆的稳定性，但其在深井、超深井等高温环境下的效果并不理想。所以目前广泛采用沉降稳定剂来缓解沉降失稳问题，沉降稳定剂包括无机材料以及高分子聚合物，具有成本低，工艺简单，增稠效果优良等优点。其中无机材料沉降稳定剂对温度敏感性较小，具备高温不降解、不稀释的优点，但增稠副作用明显，浆体初始稠度较大、导致下灰和泵送困难，增加了固井作业的难度；天然高分子聚合物沉降稳定剂具有高粘度、来源广、成本低的特点，但随温度升高会发生严重降解，粘度明显降低，体系防沉降能力大幅下降；合成高分子聚合物类沉降稳定剂性能稳定而且易于调控，能有效提高浆体的粘度，可显著提高水泥浆的沉降稳定性，但对温度依赖性较大，高温下存在水解和剪切变稀的缺点，造成浆体稠度明显下降、防沉降作用大幅降低。

CN105176505A公开了一种固井用水泥浆稳定剂，该水泥稳定剂包括54～89重量份的石英砂、2～20重量份的温伦胶、1～8重量份的黄原胶、3～10重量份的聚乙烯醇、3～8重量份的接枝高分子聚合物，该稳定剂不仅可提高水泥浆的稳定性，而且在使用过程中对水泥浆的其他性能无不良影响，另外该稳定剂有益于水泥石的抗压强度，但由于该水泥稳定剂不具备热增黏效果，存在高温稀释的现象，因此不能很好的应用于高温固井。

CN107162512A公开了一种超深井抗高温水泥浆体系，包括水泥、高温降失水剂、硅砂、高温缓凝剂、高温稳定剂和分散剂，通过添加抗高温的外加剂，解决了水泥浆高温下性能不稳定的问题，但由于浆体的初始稠度过大，导致浆体泵送的困难增加。

CN107892514A公开了一种高温稳定防沉降的水泥浆，其特征在于，在加入一系列高温外加剂后，又加入了气相二氧化硅和光伏硅，具有稠化时间可调节，防高温衰退效果更佳的优点，但水泥石的抗压强度受到一定影响，影响固井质量。