一種超深井耐高溫固井水泥用緩凝劑及其制備方法、應用與流程

本發明涉及油氣開發中固井材料，尤其涉及固井外加劑，具體涉及一種超深井耐高溫固井水泥用緩凝劑及其制備方法、應用。

背景技術：

1、隨著油氣資源的需求不斷增加，淺中地層的油氣資源開采儲量不斷減少，油氣資源開采方向已逐步轉移至深層或超深層的油氣資源。深部地層的油氣開發對鉆井工程提出了較大的考驗，其中對固井工程更是提出嚴峻考驗，伴隨著油氣井井深增加，其帶來的高溫、高壓、高含硫等復雜問題更是對固井技術帶來巨大挑戰。深部高溫地層固井作業期間，水泥漿的稠化時間對固井施工有著關鍵的作用，若漿體稠化時間太短，有可能導致固井施工中斷，出現“灌香腸”等重大事故，增加后期修井等額外費用，甚至導致油氣井報廢，造成巨大的經濟損失，因此良好的稠化時間工作性能對保證固井順利施工有巨大的作用。

2、固井水泥用緩凝劑的主要作用就是可有效的延長水泥漿的液態狀態，使其可滿足現場固井施工作業的需求。良好的緩凝劑還應與油井水泥之間有較好的適配性，且不影響固井漿體的其他性能，尤其是不能引起漿體增稠流動變差，或較大影響水泥石的強度發育等。目前，國內外油井水泥數緩凝劑種類繁多，其中主要包括木質素磺酸鹽類、單寧酸及其磺甲鹽類、羥基羧酸及其鹽類、糖類化合物、纖維素衍生物、磷酸鹽類和無機化合物等，傳統緩凝劑中多以其結構中的陰離子官能團起主要作用，該類緩凝劑具備較強的親水性，且會對水泥石的力學性能造成一定的負面影響；在高溫或超高溫度下時，又會引起緩凝劑自身水解，導致緩凝效果減弱，以致需要額外增加過量緩凝劑才能產生作用，帶來額外的安全風險與成本。

3、現有技術中，如公開號為cn116925285a，名稱為“一種固井用超高溫緩凝劑及其制備方法”的發明專利申請，該方案中的緩凝劑由反應單體在引發劑的作用下發生共聚反應制得，其反應單體比例包括25-28％衣康酸、42-45％2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、20-23％n,n-二甲基丙烯酰胺、7-10％乙烯磷酸，該方案中的緩凝劑的作用溫度主要在110-230℃范圍內。又如公開號為cn114316134a，名稱為“一種干熱巖地熱固井用高溫緩凝劑及其制備方法與應用”的發明專利申請，其高溫緩凝劑是以amps中和液和ma水溶液為底液，或以amps中和液單獨為底液，然后同時滴加ia與離子液體的混合水溶液和引發劑水溶液進行聚合反應，得到amps-ia-ma三元共聚物緩凝劑，或amps-ia二元共聚物緩凝劑，其使用溫度范圍主要為90-200℃。又如公開號為cn115893903a，名稱為“一種油井水泥緩凝劑及其制備方法和應用”的發明專利申請，該方案由增強劑、穩定劑、酒石酸、葡庚糖酸鈉、葡萄糖酸鈉和去離子水所制備的油井水泥緩凝劑，該緩凝劑制備工藝簡單，但其適應溫度主要為100-180℃，也不能滿足超高溫下固井水泥的稠化溫度要求。

4、現有研究中，深部地層固井緩凝劑的耐高溫、稠化時間、漿體流變性能和水泥石的力學性能等方面取得了一定的成效，但針對超高溫、超深復雜地層，尤其是針對萬米深井重大難度的固井施工作業方面仍存在一定的困難。為此，本發明主要提供一種超深井耐高溫固井緩凝劑，以復配、改性等物理化學方法制備了高溫固井緩凝劑，避免對水泥石的力學性能造成較大影響的前提下，實現了在超深井中固井水泥漿良好的稠化時間，使其滿足油氣開發新形勢下的超高溫固井需求。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種超深井耐高溫固井水泥用緩凝劑，可針對深井、超深井和萬米深井等深部地層高溫高壓的地層環境中，能實現高溫環境下固井水泥的稠化時間延長，且不對硬化后的水泥石造成較大的力學性能影響，從而實現超深井中高溫環境下固井水泥漿優良的工程性能，保證固井施工作業的順利進行。

2、本發明通過下述技術方案實現：

3、一種超深井耐高溫油井水泥用緩凝劑，按重量百分比計包括下述組分：

4、羥基亞乙基二磷酸二鈉?30-40%；

5、二亞乙基三胺五乙酸五鈉?20-30%；

6、磷酸二氫鉀?5-10%；

7、酒石酸鉀鈉?10-20%；

8、改性多酚類多元聚合物?15-25%。

9、優選的，所述改性多酚類多元聚合物由改性多酚類復合物、衣康酸、對苯乙烯磺酸鈉、乙烯基磷酸按照15:9:5:2的比例配比制備而成。

10、優選的，所述改性多酚類多元聚合物通過下述制備方法制得：

11、a、先將15份改性多酚類復合物加入至100份去離子水中攪拌均勻后，再將9份衣康酸、5份對苯乙烯磺酸鈉和2份乙烯基磷酸加入其中，并將其攪拌均勻，加入堿液調節反應溶液ph值至5-6，得到混合反應溶液；

12、b、再向混合反應溶液中通入氮氣，排出其他氣體，使混合反應溶液處于氮氣氛圍環境下；

13、c、再將步驟b中的混合反應溶液升溫至60-65℃后進行保溫，控制轉速為300±50rpm/min，加入引發劑后攪拌5h，其引發劑是過硫酸鉀與亞硫酸鈉摩爾質量比為1:1復配而成，引發劑加入總量為混合反應溶液總質量的0.5-0.8%；

14、d、反應結束后，自然冷卻，冷凍干燥得到固態產物，破碎研磨后便得到改性多酚類多元聚合物。

15、優選的，步驟a中，采用濃度為20%的naoh調節反應溶液的ph值，并采用滴加方式加入堿液。

16、優選的，步驟b中，引發劑以5ml/min的滴加速率加入至混合反應溶液中。

17、優選的，改性多酚類復合物由磺化改性茶葉多酚35-50%、磺化改性桉葉多酚25-40%和磺化改性樟葉多酚15-30%混合復配而成。

18、一種超深井耐高溫油井水泥用緩凝劑的制備方法，按前述配方取原料羥基亞乙基二磷酸二鈉、二亞乙基三胺五乙酸五鈉、磷酸二氫鉀、酒石酸鉀鈉、改性多酚類多元聚合物，混合均勻后得到超深井耐高溫油井水泥用緩凝劑。

19、進一步的，本發明所制備的超深井耐高溫油井水泥用緩凝劑在適用于地層溫度高達250℃固井條件下的固井水泥漿中的應用。

20、本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果：

21、一、本發明中，制備超深井耐高溫固井水泥用的緩凝劑的原材料均是本領域常見原料，材料來源廣泛，價格相對低廉，且制備過程不繁瑣復雜，成品成功率高，適合大規模生產與應用。

22、二、本發明中，所制備的緩凝劑具有較好的耐溫性能，可滿足地層溫度達250℃的范圍內使用，在一定程度上對漿體起到適當流變性調控且不影響水泥漿的沉降穩定性能，對水泥石的力學性能基本上不產生負面影響，漿體的稠化時間變化可與緩凝劑摻量呈現一定的相關線性對應，有效延長油井水泥漿的稠化時間，該緩凝劑可適用于多種固井水泥漿體系，可與其他外加劑良好配伍。

23、三、本發明中，所制備的緩凝劑中具備磺酸基、磷酸基、羧酸基、羥基等作用基團，其中磺酸基及其鹽類為極性基團，其熱穩定性好，還對漿體流動性調節可起積極作用，且該基團可對水泥漿中鈣離子起到較好的抑制作用，ca(oh)2的結晶生成受到抑制，從而延長水泥水化時間。磷酸基及其鹽類具有優異的水化穩定性，其熱穩定性也較好，且對外界的酸、堿、鹽等保持較強的抵抗性，同時可與水泥漿中的金屬陽離子結合生成一定的螯合物，附著于水泥顆粒表面上后，阻止了水泥的進一步水化，從而延長水泥漿的稠化時間。羧酸基和羥基等基團對ca2+具有很強的螯合能力，可形成高度穩定的五元、六元環結構，吸附于水泥顆粒表面后，可毒化晶核，進一步延長水泥水化時間，配合磺酸基、磷酸基等作用基團可進一步增強緩凝效果與能力。同時多種材料的相互協同作用下，也可再進一步提高本方案中緩凝劑的耐高溫性能，且不影響漿體的穩定性與力學性能。