[发明专利]一种油气井固井用缓凝剂的制备方法、缓凝剂及应用

说明书

技术领域

本发明涉及油田固井领域，进一步地说，是涉及一种油气井固井用温度广谱型缓凝剂的制备方法、缓凝剂及应用。

背景技术

随着油田勘探开发不断深入，深井及超深井日益增多，在高地热梯度深井固井或深井长封固段固井的一次上返封固作业中，常遇到水泥封固段长(封固段大于2000m)、井底温度高(部分甚至可达200℃以上)、水泥浆柱顶部与底部温度差异大的问题(高达60℃甚至更高)，给固井工程带来挑战。

由于固井注水泥作业过程是将水泥浆通过地面泵送设备泵送入套管到达井底，再通过套管和井壁之间的环形空间上返到井口或预定位置，因此在未到达指定位置前，水泥浆必须保持液体可泵状态，然而井下的高温高压环境会促使水泥浆快速凝结从而丧失流动性，因此必须在水泥浆中加入缓凝剂调节水泥浆稠化时间。井底温度越高，井底与井口温差越大，针对固井施工作业，水泥浆稠化时间调整难度越大，对缓凝剂要求越高，不仅要满足安全固井时间，还要确保顶部水泥能够及时凝固。注水泥时，如果缓凝剂使用不当，水泥浆稠化时间过短，会导致钻具被水泥固死或水泥浆还没有来得及完全顶替到环空中就在套管中凝固等事故，造成巨大经济损失。为避免事故发生，在深井高温及大温差环境下，现场水泥浆体系均以井底温度进行设计，加入的高温缓凝剂首先要确保水泥浆在井底高温环境下的稠化时间满足安全固井要求，而这往往导致水泥浆施工返高后处在较低的温度下时顶部水泥浆稠化时间过长，水泥强度形成缓慢，极易导致油气水窜槽和固井质量差，或重新开钻时套管脱落，水泥石早期强度偏低等现象。另外，缓凝剂类型或加量不当时，还可能导致顶部水泥浆长期不凝，出现“超缓凝”现象。从水泥浆工艺上解决这一难题的途径就是开发高性能的温度广谱型油井水泥缓凝剂，即既能够耐井底高温起到有效缓凝作用又可在相对较低温度下不影响顶部水泥石强度发展。

目前国内使用的缓凝剂多为天然或复配低分子产品，主要有木质素磺酸盐及其衍生物、羟基羧酸、糖类化合物、纤维素衍生物、有机膦酸盐、硼酸无机酸等，但这些缓凝剂均存在不抗高温、过缓凝、对温度敏感、加量敏感、影响水泥水石强度发展、需复合使用等缺陷，很难满足复杂苛刻的固井现场要求。与天然或复配低分子产品相比，聚合物类缓凝剂以其稳定高效，使用温度范围宽，与其它外加剂的相容性好，对水泥石强度发育无副作用的特点，成为近年来的开发热点。

国外关于聚合物类高温缓凝剂的机理研究和产品开发力度越来越大，但温度广谱型缓凝剂产品尚不多见。例如：Tiemeyer C.等研究了AMPS/IA合成的高温缓凝剂在200℃高温下的缓凝作用机理及其与降失水聚合物的相互作用。Halliburton最近推出的SCR-500^TM和SCR-500L^TM合成缓凝剂，在高温井长间隔段大温差下，提供比其他缓凝剂更稳定一致的稠化时间；比木质素磺酸盐提供更快的发展强度，和更好的批次重现性；在远低于井底循环温度下可以提供良好的顶部强度发展；可在166℃单独使用，高于此温度需用(合成增强剂)增强；其稠化时间与加量、温度均呈线性，低敏感，尤其在99℃～116℃，这个温度范围内往往高温缓凝剂加量敏感而低温缓凝剂不起作用。而国内开发的聚合物缓凝剂产品，或者耐温上限为180℃，或者存在强分散性，或者影响强度，均未见现场应用，国内现场使用较多的仍为进口产品或复配缓凝剂。