[發(fā)明專利]大溫差固井用低粘高切型油井水泥懸浮穩(wěn)定劑的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107629771B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 呂斌;張洪大;楊決算;劉鑫;師忠南;肖海東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團公司;大慶石油管理局
• 主分類號: C09K8/467
• 分類號: C09K8/467;C08F220/58;C08F220/54;C08F220/06;C08F226/10;C08F265/10;C08F220/14
• 代理公司: 大慶知文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23115
• 代理人: 張海霞

本發(fā)明公開了一種大溫差固井用低粘高切型油井水泥懸浮穩(wěn)定劑的制備方法，解決了現(xiàn)有油井水泥懸浮穩(wěn)定劑在大溫差條件下低溫粘稠、高溫稀釋的現(xiàn)象明顯等問題。具體通過表面接枝共聚，將具有一定空間結(jié)構(gòu)和疏水特性的功能基團引入到具有抗高溫、親水功效的高分子主鏈上。本發(fā)明懸浮穩(wěn)定劑的研制，既實現(xiàn)了水泥漿低溫不增稠、高溫不稀釋的效果，又提高了其在高溫、大溫差條件下的沉降穩(wěn)定性，對改善固井質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。

技術領域

本發(fā)明涉及油田開發(fā)過程中鉆完井及固井領域內(nèi)的油井水泥外加劑，特別是一種粘度低、切力大、抗溫性好，既可有效防止水泥漿的密度發(fā)生波動、抑制游離液產(chǎn)生，同時還能避免水泥漿變粘、增稠的聚合物類懸浮穩(wěn)定劑。

背景技術

隨著國內(nèi)外各大油田的勘探開發(fā)不斷向埋藏深度大、地層及壓力情況復雜的非常規(guī)油氣、深層氣等方向拓展，深井、超深井、水平井的鉆探數(shù)量不斷增加，對固井水泥漿的各項性能也提出了更高的要求。其中，水泥漿的穩(wěn)定性作為保證固井施工安全和油氣井封隔效果的重要指標之一，也愈來愈受到重視。

作為多相粗分散懸浮體的固井水泥漿，本質(zhì)上是由不同密度、不同粒徑的多種物質(zhì)構(gòu)成的一種沉降不穩(wěn)定體系。低溫時，水泥漿內(nèi)部粘滯力強、注水泥施工及候凝時間短，沉降現(xiàn)象不明顯、密度基本保持穩(wěn)定，對固井質(zhì)量影響不大。但高溫條件下，水泥顆粒布朗運動加劇、水泥漿內(nèi)部的粘滯力遭到破壞，沉降加快；與此同時，為保證固井安全而引入的緩凝劑、分散劑等外加劑，使得注水泥施工及候凝時間，特別是長封固段頂部低溫區(qū)域的候凝時間，明顯延長；加之密度、粒徑差異更大的加重劑或減輕劑的使用，導致沉降問題更加突出。具體表現(xiàn)為密度較大的顆粒在重力作用下發(fā)生沉降、析出自由水，水泥漿上下部存在密度差，可能造成橋堵；長封固段頂部自由水易聚集形成水囊，既妨礙水泥對套管和地層的膠結(jié)，又容易產(chǎn)生微縫隙，易形成油、氣、水的竄流通道，進而引起竄槽。對于水平井和大斜度井，還可能造成井眼高邊部分的水泥石因固含量少而強度發(fā)育低、滲透率高，甚至形成連通的自由水槽或水帶，存在環(huán)空竄流風險，嚴重影響固井質(zhì)量和后期油氣井的生產(chǎn)、增產(chǎn)作業(yè)。

盡管現(xiàn)有的油井水泥懸浮穩(wěn)定劑品種較多，如硅灰、天然火山灰、粉煤灰、纖維素、黃原膠等，但在高溫、特別是大溫差工況下的使用效果欠佳、亟需完善。其中，一部分懸浮穩(wěn)定劑依靠其自身粒徑小(納米或微米級)、比表面積大、親水性好，并可參與水泥水化、消耗自由水的特有屬性，達到提高水泥漿體系的沉降穩(wěn)定性、減小密度差和游離液的效果；但此類材料有明顯的增稠現(xiàn)象，加量大時，容易造成水泥漿流動性能劣化、觸變增大等問題，影響配漿、泵送甚至注水泥施工安全。另有部分懸浮穩(wěn)定劑以天然高分子材料為主要原料，利用其保水、增粘特性和假塑性來改善水泥漿體系的懸浮能力。但上述材料有的耐溫性不佳、高溫時易受熱分解、喪失懸浮功效，長期保存易變質(zhì)發(fā)臭、難以滿足環(huán)保要求；有的對pH值較敏感、水泥水化過程中產(chǎn)生的大量OH^-可能致其失效；有的直接加入水中易發(fā)生團聚，需要與水泥干混使用，可能因混配不均而影響懸浮穩(wěn)定效果。還有部分懸浮穩(wěn)定劑以人工合成高分子聚合物為主，通過其分子鏈上含有的親水基團(如-NH₂、-COOH等)和較高的分子量提高水泥漿體系的粘度，進而實現(xiàn)對固相顆粒的懸浮；但該類材料可能使得水泥漿低溫時粘度大、稠度高、泵注困難，而高溫時又因聚合物的黏溫效應容易導致懸浮能力變差，特別是高溫候凝狀態(tài)下切力降低明顯，進而發(fā)生固相顆粒沉降。

綜上所述，現(xiàn)有油井水泥懸浮穩(wěn)定劑在高溫工況下，大多存在一定的缺陷或不足；尤其是在大溫差條件下使用時，低溫粘稠、高溫稀釋的現(xiàn)象更加明顯，不利于固井施工安全及油氣資源的開發(fā)利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供大溫差固井用低粘高切型油井水泥懸浮穩(wěn)定劑的制備方法，該方法制備的懸浮穩(wěn)定劑在具有良好抗溫、懸浮穩(wěn)定功效的基礎上，還可有效避免水泥漿低溫時增稠、流變性能變差，高溫時切力降低、漿體變稀沉降等現(xiàn)象。同時，具有大溫差工況下性能穩(wěn)定、與其它油井水泥外加劑配伍性好的特點，能夠保證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質(zhì)量。