油田固井用耐高温大温差的水泥浆体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种油田固井用耐高溫大溫差的水泥浆体，属于石油钻井技术领域。
【背景技术】
[0002] 高溫深井的开发作为油气增产的重要来源，与高溫深井配套的固井技术也需要不 断发展完善，水泥浆作为固井技术中最重要的一部分，其性能能否满足固井施工要求，能否 满足后期开采要求等对水泥浆的综合性能提出了更高的要求。水泥外加剂的作用就是改善 水泥浆性能，使之能适应高溫深井的固井施工，目前水泥外加剂主要W缓凝、分散、降滤失 等为主。
[0003] 水泥浆在压力作用下通过渗透性地层时，要产生滤失现象，水泥浆中的水相分离 出来进入地层中而留下水泥颗粒，运种现象称之为失水。如果不对失水加W控制，会产生一 系列的严重后果：注水泥阶段使水泥浆密度显著升高，流变性变差，水泥浆发生闪凝或桥 堵，导致注水泥失败;水泥浆滤液浸入地层形成水障或发生沉淀，引起地层损害;在静止条 件下，水泥浆失水发生失重引起层间窜通，使封固质量下降。
[0004] 水泥是由多种矿物组成混合体。一般情况下，水泥与水接触后即开始水化反应，水 泥中的主要矿物(C3A八35八25八44。等）^自身所具有的正常的水化速度进行水化，其中 C3A和C3S的水化速度较快。当上述矿物水化后，体系中生成氨氧化巧和C-S-H，并迅速达到 饱和进而进行结晶，形成晶核网络体系，宏观上表现为初始结构形成，水泥浆稠化，浆体失 去流动性。因此，能影响矿物水化速度，影响水化晶核发育速度或影响产物成核速度的因 素，都将改变稠化时间。其主要方法就是加入高效缓凝剂。
[0005] 在深井超深井固井作业中，作业时间长，水泥浆经过的地层环境复杂且恶劣，要保 证高溫高压的条件下水泥浆注替到位，必须保证水泥浆具有足够的累送时间，运是注水泥 作业成功的最基本前提，因此，缓凝剂的选择在高溫深井固井作业中显得尤为重要。
[0006] 近年来油田高溫深井数量逐年增加，同时建设方对固井质量要求的越来越高，高 溫深井固井质量问题越来越明显。由于技术难度较高，我国平均每年都有=至五口 3500mW 上的高溫深井生产套管固井质量不太理想，为了进一步稳固固井市场，开展高溫深井固井 配套工艺技术研究已经成为迫切需要解决的问题。
[0007] 传统的油田固井用水泥浆体在高溫深井中使用，容易出现如下问题： 1、常用的水泥降失水剂在高溫条件下性能会发生恶化，滤失量加大。目前常用的水泥 降失水剂是单体或不溶于水的纤维作为降失水剂的主要原材料，运些降失水剂对溫度、水 质和水泥颗粒的敏感性强，特别是在溫度>l〇〇°C时，水泥浆性能会发生恶化，滤失量加大， 加之水泥浆稠化过渡时间偏长，大于有关标准规定的30分钟，防窜性能差，给本来就较为活 跃的地层流体窜入环空带来可乘之机，给固井封隔质量的保证带来了隐患。
[000引2、现有的缓凝剂对溫度和加量较为敏感，抗大溫差性能较差，水泥浆在封固段顶 部超缓凝现象严重。大多数高溫深井的地溫梯度较高，可W达到4~6°C/100m。井深达到 4000m时井底环溫度一般在140°C左右，封固段长约1200m，顶部与底部溫差超过40°C，属于 大溫差固井，大溫差的存在会导致固井水泥浆柱顶部强度发展缓慢，特别是高溫下的大溫 差，当溫差值大于50°C时，可能会引起水泥浆柱顶部长时间没有强度，即超缓凝现象。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种油田固井用耐高溫大 溫差的水泥浆体，可W应用于高溫固井和大溫差固井，避免发生水泥浆柱顶部的超缓凝现 象。
[0010] 为解决W上技术问题，本发明的一种油田固井用耐高溫大溫差的水泥浆体，该水 泥浆体的原料组分及重量含量如下，G级油井水泥:600份、HSlOlL降失水剂：（30~36)份、 服201L缓凝剂：（8~20)份、HS-301S分散剂：1.8份、石英砂：150份、微娃粉:30份、HS-XFlS悬 浮稳定剂：1.8份、水：（280~300)份和二(2-乙基己基)班巧酸醋横酸钢：1份;所述石英砂的 粒径为80~120目，所述微娃粉的粒径为300~400目且二氧化娃含量在90%W上。
[0011] 相对于现有技术，本发明取得了 W下有益效果:①本发明中的HSlOlL降失水剂是 一种高分子共聚物降失水剂，在共聚物中引入具有横酸盐基团、链刚性基团的单体，运些水 化能力强、耐溫能力强的基团使得共聚物在高溫、高含盐的情况下仍然很稳定，不会盐析， 分子链断裂的速度也很慢。②本发明中的HSlOlL降失水剂在共聚物中引入具有酷胺基等吸 附基团的单体，保证共聚物在盐水中仍然具有优异的降失水性能，而且对水泥浆强度的发 展无副作用，在一个很广的溫度范围里有效，具有抗溫、抗盐与其它水泥外加剂适应性好的 优点。③本发明中的HS201L缓凝剂为高溫缓凝剂，不影响低溫条件下水泥浆的凝结，具有抗 大溫差性能，与其他外加剂的配伍性良好，在50~18(TC的溫度条件下均能够使用;水泥浆稠 化时间与加量呈线性，使稠化时间易调节，克服了传统缓凝剂加量敏感、不呈线性等的缺 点。④本发明中HS201L缓凝剂的横酸基吸附在水泥颗粒表面，形成溶剂化膜，抑制水化，防 止水泥颗粒凝聚，阻止结构形成，使水泥水在诱导期延长，产生了缓凝作用。⑤本发明中 HS201L缓凝剂能整合水泥中高价金属离子，形成了稳定的水溶环状结构，生成不溶于水的 金属有机物包裹水泥颗粒，阻碍水泥水化，表现出更强的缓凝作用。⑥本发明中HS201L缓凝 剂通过吸附-整合作用，在水泥颗粒表面形成不溶性薄层优先吸附C3A，侣酸盐组分水化速 度首先被抑制，表现出很强的缓凝作用，而对C3S表现较弱的吸附性能，也起一定减缓水化 作用，随着水化过程不断进行，晶核慢慢长大，屏障结构被逐渐破坏，从而保证了水泥石后 期强度发展。⑦本发明中HS201L缓凝剂在高溫下，活性基团对化化、A13+充分整合，包裹吸 附在生长的晶格上，抑制正常水化;溫度较低时，分子链騰缩，其整合分散受限，缓凝能力降 低。即水泥浆在环空运动状态下，缓凝剂随溫度的升高而伸展，达到高溫井底时处于相对伸 展状态与水泥颗粒作用发挥缓凝作用，而当水泥浆返到环空一定位置时，该缓凝剂分子链 段也随溫度的降低而收缩，馨合能力变差，呈现良好的低溫早强性。⑧本发明中HS-301S分 散剂为丙酬和甲醒缩合物等，具有一定的抗溫能力，在井底溫度150°C条件下仍然能够保持 较好的性能，180°C下无副作用。可使水泥颗粒聚集体的尺寸减小，使原来在聚集体絮状结 构中包裹的自由水被释放出来，从而增加水泥的流动性，另外，可改善水泥颗粒聚集体的级 配，因而有利于降失水；能保持水泥浆有良好的流动性能，较低的失水和良好的沉降稳定 性，防止由于沉降产生的自由水通道，保证水泥浆适当分散并有短的过渡时间。⑨本发明中 的HS-XFlS悬浮稳定剂可W保证浆体的悬浮能力，保证水泥浆体常溫时的流动性和高溫时 的稳定性。二（2-乙基己基）班巧酸醋横酸钢是一种阴离子型表面活性剂，分子式为 C20H37化S07，可W消除水泥浆中的泡沫。⑩本发明的水泥浆体适用溫度广，50~180°C的条 件下均能够使用，耐大溫差性能非常突出，在满足井底循环溫度130°C固井稠化时间条件 下，水泥石24小时的抗压强度大于26MPa，顶部稠化时间小于10小时，顶部常压凝结时间小 于36小时，48小时强度大于SMPa，能有效避免大溫差造成的"超缓凝"现象发生。
[0012] 作为本发明的优选方案，所述HSlOlL降失水剂的制备依次包括如下步骤:①在反 应蓋中将500重量份的2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸溶于500重量份的水中，充分揽拌均匀； ②用氨氧化钢将溶液的pH值调节至5~8;③继续加入200重量份的2-丙締酷胺基-2-甲基丙 横酸、200重量份的丙締酸和100重量份的N-乙締基化咯烧酬，并揽拌均匀;④向反应蓋中持 续通入氮气;⑤加入2重量份的过硫酸锭和2重量份亚硫酸氨钢;⑥在揽拌且恒溫60°C的状 态下，反应4~6小时得到HSlOlL降失水剂成品。2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸提供单体W及 酷胺基团，pH值大于8则碱性太强，中和了反应单体中的酸性物质，不利于合成率提高袖值 小于5则酸性太强，单体中的双键会受到影响，直接影响合成的成功与否;2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸提供横酸基团，丙締酸提供基础碳链骨架，N-乙締基化咯烧酬提高合成产物的 粘度和产品的稳定性;通入氮气可W排除反应蓋中的氧气，加入过硫酸锭和亚硫酸氨钢在 反应初期提供自由基，引发締控类双键的聚合反应;恒溫6(TC揽拌时，进行多元共聚反应， 形成阴离子型四元共聚高分子产物，在油井水泥中降低水泥浆浆体在施工过程中水分的流 失，保证浆体的稳定性