本發(fā)明涉及油氣開發(fā)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(yīng)用。

背景技術(shù)：

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(chǔ)量不斷減少，油氣資源開采方向已逐步轉(zhuǎn)移至深層或超深層的油氣資源。深部地層的油氣開發(fā)對鉆井工程提出了較大的考驗(yàn)，其中對固井工程更是提出嚴(yán)峻考驗(yàn)，伴隨著油氣井井深增加，其帶來的高溫、高壓、高含硫等復(fù)雜問題更是對固井技術(shù)帶來巨大挑戰(zhàn)。深部高溫地層固井作業(yè)期間，水泥漿的稠化時(shí)間對固井施工有著關(guān)鍵的作用，若漿體稠化時(shí)間太短，有可能導(dǎo)致固井施工中斷，出現(xiàn)“灌香腸”等重大事故，增加后期修井等額外費(fèi)用，甚至導(dǎo)致油氣井報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此良好的稠化時(shí)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(tài)狀態(tài)，使其可滿足現(xiàn)場固井施工作業(yè)的需求。良好的緩凝劑還應(yīng)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(dòng)變差，或較大影響水泥石的強(qiáng)度發(fā)育等。目前，國內(nèi)外油井水泥數(shù)緩凝劑種類繁多，其中主要包括木質(zhì)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(jī)化合物等，傳統(tǒng)緩凝劑中多以其結(jié)構(gòu)中的陰離子官能團(tuán)起主要作用，該類緩凝劑具備較強(qiáng)的親水性，且會(huì)對水泥石的力學(xué)性能造成一定的負(fù)面影響；在高溫或超高溫度下時(shí)，又會(huì)引起緩凝劑自身水解，導(dǎo)致緩凝效果減弱，以致需要額外增加過量緩凝劑才能產(chǎn)生作用，帶來額外的安全風(fēng)險(xiǎn)與成本。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，如公開號(hào)為cn116925285a，名稱為“一種固井用超高溫緩凝劑及其制備方法”的發(fā)明專利申請，該方案中的緩凝劑由反應(yīng)單體在引發(fā)劑的作用下發(fā)生共聚反應(yīng)制得，其反應(yīng)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(nèi)。又如公開號(hào)為cn114316134a，名稱為“一種干熱巖地?zé)峁叹酶邷鼐從齽┘捌渲苽浞椒ㄅc應(yīng)用”的發(fā)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(dú)為底液，然后同時(shí)滴加ia與離子液體的混合水溶液和引發(fā)劑水溶液進(jìn)行聚合反應(yīng)，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(hào)為cn115893903a，名稱為“一種油井水泥緩凝劑及其制備方法和應(yīng)用”的發(fā)明專利申請，該方案由增強(qiáng)劑、穩(wěn)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(yīng)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(xiàn)有研究中，深部地層固井緩凝劑的耐高溫、稠化時(shí)間、漿體流變性能和水泥石的力學(xué)性能等方面取得了一定的成效，但針對超高溫、超深復(fù)雜地層，尤其是針對萬米深井重大難度的固井施工作業(yè)方面仍存在一定的困難。為此，本發(fā)明主要提供一種超深井耐高溫固井緩凝劑，以復(fù)配、改性等物理化學(xué)方法制備了高溫固井緩凝劑，避免對水泥石的力學(xué)性能造成較大影響的前提下，實(shí)現(xiàn)了在超深井中固井水泥漿良好的稠化時(shí)間，使其滿足油氣開發(fā)新形勢下的超高溫固井需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)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(huán)境中，能實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下固井水泥的稠化時(shí)間延長，且不對硬化后的水泥石造成較大的力學(xué)性能影響，從而實(shí)現(xiàn)超深井中高溫環(huán)境下固井水泥漿優(yōu)良的工程性能，保證固井施工作業(yè)的順利進(jìn)行。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種超深井耐高溫油井水泥用緩凝劑，按重量百分比計(jì)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(yōu)選的，所述改性多酚類多元聚合物由改性多酚類復(fù)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(yōu)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(fù)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(diào)節(jié)反應(yīng)溶液ph值至5-6，得到混合反應(yīng)溶液；

12、b、再向混合反應(yīng)溶液中通入氮?dú)?，排出其他氣體，使混合反應(yīng)溶液處于氮?dú)夥諊h(huán)境下；

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

14、d、反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，冷凍干燥得到固態(tài)產(chǎn)物，破碎研磨后便得到改性多酚類多元聚合物。

15、優(yōu)選的，步驟a中，采用濃度為20%的naoh調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的ph值，并采用滴加方式加入堿液。

16、優(yōu)選的，步驟b中，引發(fā)劑以5ml/min的滴加速率加入至混合反應(yīng)溶液中。

17、優(yōu)選的，改性多酚類復(fù)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(fù)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(jìn)一步的，本發(fā)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(dá)250℃固井條件下的固井水泥漿中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

21、一、本發(fā)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(lǐng)域常見原料，材料來源廣泛，價(jià)格相對低廉，且制備過程不繁瑣復(fù)雜，成品成功率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。

22、二、本發(fā)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(dá)250℃的范圍內(nèi)使用，在一定程度上對漿體起到適當(dāng)流變性調(diào)控且不影響水泥漿的沉降穩(wěn)定性能，對水泥石的力學(xué)性能基本上不產(chǎn)生負(fù)面影響，漿體的稠化時(shí)間變化可與緩凝劑摻量呈現(xiàn)一定的相關(guān)線性對應(yīng)，有效延長油井水泥漿的稠化時(shí)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(fā)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(tuán)，其中磺酸基及其鹽類為極性基團(tuán)，其熱穩(wěn)定性好，還對漿體流動(dòng)性調(diào)節(jié)可起積極作用，且該基團(tuán)可對水泥漿中鈣離子起到較好的抑制作用，ca(oh)2的結(jié)晶生成受到抑制，從而延長水泥水化時(shí)間。磷酸基及其鹽類具有優(yōu)異的水化穩(wěn)定性，其熱穩(wěn)定性也較好，且對外界的酸、堿、鹽等保持較強(qiáng)的抵抗性，同時(shí)可與水泥漿中的金屬陽離子結(jié)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(jìn)一步水化，從而延長水泥漿的稠化時(shí)間。羧酸基和羥基等基團(tuán)對ca2+具有很強(qiáng)的螯合能力，可形成高度穩(wěn)定的五元、六元環(huán)結(jié)構(gòu)，吸附于水泥顆粒表面后，可毒化晶核，進(jìn)一步延長水泥水化時(shí)間，配合磺酸基、磷酸基等作用基團(tuán)可進(jìn)一步增強(qiáng)緩凝效果與能力。同時(shí)多種材料的相互協(xié)同作用下，也可再進(jìn)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(wěn)定性與力學(xué)性能。