油田固井用耐高溫大溫差的水泥漿體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種油田固井用耐高溫大溫差的水泥漿體，屬于石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高溫深井的開發(fā)作為油氣增產(chǎn)的重要來源，與高溫深井配套的固井技術(shù)也需要不 斷發(fā)展完善，水泥漿作為固井技術(shù)中最重要的一部分，其性能能否滿足固井施工要求，能否 滿足后期開采要求等對水泥漿的綜合性能提出了更高的要求。水泥外加劑的作用就是改善 水泥漿性能，使之能適應(yīng)高溫深井的固井施工，目前水泥外加劑主要W緩凝、分散、降濾失 等為主。
[0003] 水泥漿在壓力作用下通過滲透性地層時，要產(chǎn)生濾失現(xiàn)象，水泥漿中的水相分離 出來進入地層中而留下水泥顆粒，運種現(xiàn)象稱之為失水。如果不對失水加W控制，會產(chǎn)生一 系列的嚴(yán)重后果：注水泥階段使水泥漿密度顯著升高，流變性變差，水泥漿發(fā)生閃凝或橋 堵，導(dǎo)致注水泥失敗;水泥漿濾液浸入地層形成水障或發(fā)生沉淀，引起地層損害;在靜止條 件下，水泥漿失水發(fā)生失重引起層間竄通，使封固質(zhì)量下降。
[0004] 水泥是由多種礦物組成混合體。一般情況下，水泥與水接觸后即開始水化反應(yīng)，水 泥中的主要礦物(C3A八35八25八44。等）^自身所具有的正常的水化速度進行水化，其中 C3A和C3S的水化速度較快。當(dāng)上述礦物水化后，體系中生成氨氧化巧和C-S-H，并迅速達到 飽和進而進行結(jié)晶，形成晶核網(wǎng)絡(luò)體系，宏觀上表現(xiàn)為初始結(jié)構(gòu)形成，水泥漿稠化，漿體失 去流動性。因此，能影響礦物水化速度，影響水化晶核發(fā)育速度或影響產(chǎn)物成核速度的因 素，都將改變稠化時間。其主要方法就是加入高效緩凝劑。
[0005] 在深井超深井固井作業(yè)中，作業(yè)時間長，水泥漿經(jīng)過的地層環(huán)境復(fù)雜且惡劣，要保 證高溫高壓的條件下水泥漿注替到位，必須保證水泥漿具有足夠的累送時間，運是注水泥 作業(yè)成功的最基本前提，因此，緩凝劑的選擇在高溫深井固井作業(yè)中顯得尤為重要。
[0006] 近年來油田高溫深井?dāng)?shù)量逐年增加，同時建設(shè)方對固井質(zhì)量要求的越來越高，高 溫深井固井質(zhì)量問題越來越明顯。由于技術(shù)難度較高，我國平均每年都有=至五口 3500mW 上的高溫深井生產(chǎn)套管固井質(zhì)量不太理想，為了進一步穩(wěn)固固井市場，開展高溫深井固井 配套工藝技術(shù)研究已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。
[0007] 傳統(tǒng)的油田固井用水泥漿體在高溫深井中使用，容易出現(xiàn)如下問題： 1、常用的水泥降失水劑在高溫條件下性能會發(fā)生惡化，濾失量加大。目前常用的水泥 降失水劑是單體或不溶于水的纖維作為降失水劑的主要原材料，運些降失水劑對溫度、水 質(zhì)和水泥顆粒的敏感性強，特別是在溫度>l〇〇°C時，水泥漿性能會發(fā)生惡化，濾失量加大， 加之水泥漿稠化過渡時間偏長，大于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的30分鐘，防竄性能差，給本來就較為活 躍的地層流體竄入環(huán)空帶來可乘之機，給固井封隔質(zhì)量的保證帶來了隱患。
[000引2、現(xiàn)有的緩凝劑對溫度和加量較為敏感，抗大溫差性能較差，水泥漿在封固段頂 部超緩凝現(xiàn)象嚴(yán)重。大多數(shù)高溫深井的地溫梯度較高，可W達到4~6°C/100m。井深達到 4000m時井底環(huán)溫度一般在140°C左右，封固段長約1200m，頂部與底部溫差超過40°C，屬于 大溫差固井，大溫差的存在會導(dǎo)致固井水泥漿柱頂部強度發(fā)展緩慢，特別是高溫下的大溫 差，當(dāng)溫差值大于50°C時，可能會引起水泥漿柱頂部長時間沒有強度，即超緩凝現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種油田固井用耐高溫大 溫差的水泥漿體，可W應(yīng)用于高溫固井和大溫差固井，避免發(fā)生水泥漿柱頂部的超緩凝現(xiàn) 象。
[0010] 為解決W上技術(shù)問題，本發(fā)明的一種油田固井用耐高溫大溫差的水泥漿體，該水 泥漿體的原料組分及重量含量如下，G級油井水泥:600份、HSlOlL降失水劑：（30~36)份、 服201L緩凝劑：（8~20)份、HS-301S分散劑：1.8份、石英砂：150份、微娃粉:30份、HS-XFlS懸 浮穩(wěn)定劑：1.8份、水：（280~300)份和二(2-乙基己基)班巧酸醋橫酸鋼：1份;所述石英砂的 粒徑為80~120目，所述微娃粉的粒徑為300~400目且二氧化娃含量在90%W上。
[0011] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明取得了 W下有益效果:①本發(fā)明中的HSlOlL降失水劑是 一種高分子共聚物降失水劑，在共聚物中引入具有橫酸鹽基團、鏈剛性基團的單體，運些水 化能力強、耐溫能力強的基團使得共聚物在高溫、高含鹽的情況下仍然很穩(wěn)定，不會鹽析， 分子鏈斷裂的速度也很慢。②本發(fā)明中的HSlOlL降失水劑在共聚物中引入具有酷胺基等吸 附基團的單體，保證共聚物在鹽水中仍然具有優(yōu)異的降失水性能，而且對水泥漿強度的發(fā) 展無副作用，在一個很廣的溫度范圍里有效，具有抗溫、抗鹽與其它水泥外加劑適應(yīng)性好的 優(yōu)點。③本發(fā)明中的HS201L緩凝劑為高溫緩凝劑，不影響低溫條件下水泥漿的凝結(jié)，具有抗 大溫差性能，與其他外加劑的配伍性良好，在50~18(TC的溫度條件下均能夠使用;水泥漿稠 化時間與加量呈線性，使稠化時間易調(diào)節(jié)，克服了傳統(tǒng)緩凝劑加量敏感、不呈線性等的缺 點。④本發(fā)明中HS201L緩凝劑的橫酸基吸附在水泥顆粒表面，形成溶劑化膜，抑制水化，防 止水泥顆粒凝聚，阻止結(jié)構(gòu)形成，使水泥水在誘導(dǎo)期延長，產(chǎn)生了緩凝作用。⑤本發(fā)明中 HS201L緩凝劑能整合水泥中高價金屬離子，形成了穩(wěn)定的水溶環(huán)狀結(jié)構(gòu)，生成不溶于水的 金屬有機物包裹水泥顆粒，阻礙水泥水化，表現(xiàn)出更強的緩凝作用。⑥本發(fā)明中HS201L緩凝 劑通過吸附-整合作用，在水泥顆粒表面形成不溶性薄層優(yōu)先吸附C3A，侶酸鹽組分水化速 度首先被抑制，表現(xiàn)出很強的緩凝作用，而對C3S表現(xiàn)較弱的吸附性能，也起一定減緩水化 作用，隨著水化過程不斷進行，晶核慢慢長大，屏障結(jié)構(gòu)被逐漸破壞，從而保證了水泥石后 期強度發(fā)展。⑦本發(fā)明中HS201L緩凝劑在高溫下，活性基團對化化、A13+充分整合，包裹吸 附在生長的晶格上，抑制正常水化;溫度較低時，分子鏈騰縮，其整合分散受限，緩凝能力降 低。即水泥漿在環(huán)空運動狀態(tài)下，緩凝劑隨溫度的升高而伸展，達到高溫井底時處于相對伸 展?fàn)顟B(tài)與水泥顆粒作用發(fā)揮緩凝作用，而當(dāng)水泥漿返到環(huán)空一定位置時，該緩凝劑分子鏈 段也隨溫度的降低而收縮，馨合能力變差，呈現(xiàn)良好的低溫早強性。⑧本發(fā)明中HS-301S分 散劑為丙酬和甲醒縮合物等，具有一定的抗溫能力，在井底溫度150°C條件下仍然能夠保持 較好的性能，180°C下無副作用?？墒顾囝w粒聚集體的尺寸減小，使原來在聚集體絮狀結(jié) 構(gòu)中包裹的自由水被釋放出來，從而增加水泥的流動性，另外，可改善水泥顆粒聚集體的級 配，因而有利于降失水；能保持水泥漿有良好的流動性能，較低的失水和良好的沉降穩(wěn)定 性，防止由于沉降產(chǎn)生的自由水通道，保證水泥漿適當(dāng)分散并有短的過渡時間。⑨本發(fā)明中 的HS-XFlS懸浮穩(wěn)定劑可W保證漿體的懸浮能力，保證水泥漿體常溫時的流動性和高溫時 的穩(wěn)定性。二（2-乙基己基）班巧酸醋橫酸鋼是一種陰離子型表面活性劑，分子式為 C20H37化S07，可W消除水泥漿中的泡沫。⑩本發(fā)明的水泥漿體適用溫度廣，50~180°C的條 件下均能夠使用，耐大溫差性能非常突出，在滿足井底循環(huán)溫度130°C固井稠化時間條件 下，水泥石24小時的抗壓強度大于26MPa，頂部稠化時間小于10小時，頂部常壓凝結(jié)時間小 于36小時，48小時強度大于SMPa，能有效避免大溫差造成的"超緩凝"現(xiàn)象發(fā)生。
[0012] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述HSlOlL降失水劑的制備依次包括如下步驟:①在反 應(yīng)蓋中將500重量份的2-丙締酷胺基-2-甲基丙橫酸溶于500重量份的水中，充分?jǐn)埌杈鶆颍?②用氨氧化鋼將溶液的pH值調(diào)節(jié)至5~8;③繼續(xù)加入200重量份的2-丙締酷胺基-2-甲基丙 橫酸、200重量份的丙締酸和100重量份的N-乙締基化咯燒酬，并攬拌均勻;④向反應(yīng)蓋中持 續(xù)通入氮氣;⑤加入2重量份的過硫酸錠和2重量份亞硫酸氨鋼;⑥在攬拌且恒溫60°C的狀 態(tài)下，反應(yīng)4~6小時得到HSlOlL降失水劑成品。2-丙締酷胺基-2-甲基丙橫酸提供單體W及 酷胺基團，pH值大于8則堿性太強，中和了反應(yīng)單體中的酸性物質(zhì)，不利于合成率提高袖值 小于5則酸性太強，單體中的雙鍵會受到影響，直接影響合成的成功與否;2-丙締酷胺基-2-甲基丙橫酸提供橫酸基團，丙締酸提供基礎(chǔ)碳鏈骨架，N-乙締基化咯燒酬提高合成產(chǎn)物的 粘度和產(chǎn)品的穩(wěn)定性;通入氮氣可W排除反應(yīng)蓋中的氧氣，加入過硫酸錠和亞硫酸氨鋼在 反應(yīng)初期提供自由基，引發(fā)締控類雙鍵的聚合反應(yīng);恒溫6(TC攬拌時，進行多元共聚反應(yīng)， 形成陰離子型四元共聚高分子產(chǎn)物，在油井水泥中降低水泥漿漿體在施工過程中水分的流 失，保證漿體的穩(wěn)定性