高温固井悬浮稳定剂乳液聚合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于油气井开发技术领域，公开了一种高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物、制备方法及其应用。该方法先将油相物料与水相物料进行乳化，得到单体乳液；所述水相物料包括单体A、B、C和D、主乳化剂、辅助乳化剂和水；再将所述单体乳液在引发剂存在下进行聚合反应，得到悬浮稳定剂乳液聚合物。该悬浮稳定剂乳液聚合物含有式(I)所示的结构单元A、式(II)所示的结构单元B、式(III)所示的结构单元C和式(Ⅳ)所示的结果单元D；所述的悬浮稳定剂乳液聚合物具有较好的抗温能力和流变调节效果，作为固井水泥浆添加剂时，能够有效提高固井水泥浆在高温条件下的流变及稳定性能，耐温达190℃，解决固井水泥浆在高温、高密度条件下的沉降失稳难题。高密度条件下的沉降失稳难题。高密度条件下的沉降失稳难题。

【技术实现步骤摘要】
高温固井悬浮稳定剂乳液聚合物及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及油气井开发
，具体涉及适用于油气井固井的悬浮稳定剂乳液聚合物，一种适用于油气井固井的悬浮稳定剂乳液聚合物的制备方法。

技术介绍

[0002]油气资源是重要的能源资源和战略资源，也是国民经济的重要组成部分，对国民经济和国家战略发展有着重要的影响。但是，随着油气开发的不断进行，我国各主力油田现都已进入了开发的中后期，浅层勘探己很难发现大型新的油气资源。为了实现增产和稳产，国内各大油田一方面在老区块向更深地层进行勘探和开发；另一方面不断加大老区块外围和新区块的开发力度，寻求新的油气资源，因此深井开发成为行业发展的一个重要方向。随着油气资源勘探开发向深井和超深井方向持续发展，探井和生产井的井深不断增加。随着石油开发向深部地层的不断深入，超深、超高温井逐渐增多，尤其在西南地区，部分油气井的井底温度达到150℃，甚至超过180℃。地层高温对固井施工形成了巨大挑战，高温下水泥浆的沉降稳定性问题尤为突出。这是因为随地层温度的升高，固井水泥浆由于固相颗粒热运动加剧、外加剂高温热降解失效等作用将导致水泥浆降失稳产生游离液，使浆体性能变差，并最终影响油水层间封隔，严重时会导致固井失败。
[0003]在固井作业中，若水泥浆柱无法平衡地层压力，则易导致油、水、气窜现象，这会严重损害固井工程的质量，同时也给后续完井及开采施工带来困难。对于深层油气的钻探开发，随着井深的增加，井底的压力也会不断提高，为了在固井施工中维持井筒和地层压力的平衡，就需要采用高密度水泥浆体系。而对于低压易漏地层以及裂缝性碳酸盐地层的固井施工，为了防止水泥浆漏失并保证水泥浆返高，需要采用低密度、超低密度固井水泥浆。由于这些特殊水泥浆体系中固相密度差异较大，在浆体中上下分布不均匀，易造成水泥浆的沉降失稳，影响固井质量与后续油气生产。
[0004]水泥浆沉降失稳会严重破坏固井质量，甚至威胁生产安全：(1)水泥浆的沉降失稳会使浆体发生差异沉降，浆体上部析出大量游离液，水泥石胶结程度和致密性从下到上会持续衰减，对水泥环的完整性造成不良影响，甚至在水泥环柱中形成油、水、气窜流通道，致使固井封固失效；(2)如果浆体沉降失稳严重时，加重剂颗粒易发生快速沉积聚集，从而引起桥堵，造成注水泥顶替压力上升，甚至憋泵、压漏、固井中止和失败等，严重危及固井施工安全；(3)水泥浆沉降失稳会使水泥浆密度、流变性在注水泥过程中呈动态变化，给水泥浆流变学设计、钻井液高效顶替带来困难；(4)水泥浆沉降失稳必将影响浆体的各组分含量，部分层段水泥浆的外加剂浓度偏离了设计要求，使水泥浆失水量增加、防气窜能力变差，从而破坏固井质量。为此，针对油井水泥浆的沉降失稳难题，发展水泥浆沉降稳定性调控方法，保障深层油气资源安全高效开采，就显得十分迫切。
[0005]CN104263333A公开了一种高密度水泥浆稳定剂，由20
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30％非金属氧化物，65
‑
75％金属氧化物，3
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5％沥青微粉组成。该稳定剂主要通过颗粒级配的方式提高高密度水泥浆高温稳定性。但该悬浮剂为无机颗粒，无法解决高密度水泥浆中水泥及加重材料自身热
运动加剧以及聚合物类外加剂高温变稀造成的浆体变稀，稳定性变差等问题。
[0006]CN105176505A公开了一种固井用水泥浆稳定剂及其制备方法，包括54～89重量份的石英砂、2～20重量份的温伦胶、0～8重量份的黄原胶、3～10重量份的聚乙烯醇，3～8重量份的接枝高分子聚合物。该稳定剂可提高水泥浆，包括高密度水泥浆的稳定性，对水泥浆的其它性能无不良影响。但稳定剂中涉及的接枝高分子聚合物制备工艺复杂，需多步反应才能制得，不利于工业化生产，且产物耐高温性能较差。
[0007]己公开专利CN107814877A提供了一种水泥浆高温稳定剂，其由乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、N,N
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二甲基丙烯酰胺、丙烯酰吗啉通过自由基聚合制备。该稳定剂可随着温度的增加有效提高水泥浆黏度，解决常温增稠及高温沉降的矛盾，并且聚合物中的端基大侧链能有效防止AMPS聚合物的水解，通过粘度的调节以及防水解的双重作用使得沉降明显改善。但该稳定剂应用温度受限，最高仅为150℃。
[0008]已公开专利CN109485788A提供了一种油井水泥沉降稳定剂，其由丙烯酰胺、2
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丙烯酰胺基
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甲基丙磺酸、刚性的憎水单体通过自由基聚合制备。该油井水泥沉降稳定剂通过利用该油井水泥沉降稳定剂的热增黏效果提高水泥浆的沉降稳定性。但该沉降稳定剂155℃后粘度迅速下降。
[0009]已公开专利CN109321219A提供了一种油井水泥沉降稳定剂及其制备方法，其由丙烯酰胺、2
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丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、N,N
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二甲基丙烯酰胺、刚性的憎水单体通过自由基聚合制备。该油井水泥沉降稳定剂通过在常规共聚物中引入刚性的憎水单体，使其主动适应井下温度变化以及固井水泥浆的应用环境，从而有效防止固井水泥浆在高温条件下由于稀释作用所产生的固相物质及游离液，改善固井水泥浆的沉降稳定性。但该沉降稳定剂180℃后粘度下降较大。
[0010]针对传统水泥浆稳定剂在高温下黏度迅速下降导致水泥浆固体颗粒迅速下降的问题，本研究将通过乳液聚合的合成方式制备出一种在常温
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190℃范围内具有流变调节效果的新型的高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物，使其主动适应井下温度变化以及固井水泥浆的应用环境，创新性地利用聚合物调节水泥浆流变性原理调控油井水泥浆的沉降稳定性，从而有效解决水泥浆在高温190℃条件下的沉降失稳难题，保障油气开发安全并提升整体固井质量。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是针对油气井固井高温水泥浆的沉降失稳问题，提供一种适用于油气井固井的温度响应型高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物，该沉降稳定剂可在常温
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190℃范围内对水泥浆流变性能进行调节，从而有效解决高温固井水泥浆的沉降失稳难题，保障固井施工安全并提升整体的固井质量。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物，其中，所述悬浮稳定剂乳液聚合物含有式(I)所示的结构单元A、式(II)所示的结构单元B、式(III)所示的结构单元C和式(Ⅳ)所示的结果单元D；
[0013][0014]其中，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C和所述结构单元D的结构百分数为x、y、z和q，且x＝10.10
‑
48.89％，y＝39.06
‑
56.99％，z＝0.94
‑
2.28％，q＝9.78
‑
32.32％，以及x、y、z和q的总和为1；
[0015]其中，R1、R2、R3、R4相同或不同，为H、甲基、乙基、正丙基、异丙基或丁基中一种；
[0016]其中，n为19、21或23本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物悬浮稳定剂乳液聚合物，其特征在于，所述悬浮稳定剂乳液聚合物含有式(I)所示的结构单元A、式(II)所示的结构单元B、式(III)所示的结构单元C和式(Ⅳ)所示的结果单元D；其中，所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C和所述结构单元D的结构百分数为x、y、z和q，且x＝14.92
‑
54.19％，y＝43.29
‑
83.69％，z＝0.65
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2.52％，以及x、y、z和q的总和为1；其中，R1、R2、R3、R4相同或不同，为H、甲基、乙基、正丙基、异丙基或丁基中一种；其中，n为19、21或23；高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物的制备方法包括：单体A、单体B、单体C、单体D与去离子水充分混合溶解，用碱溶液调节pH在6
‑
10之间，加入乳化剂，配制得到水相；在水相中加入适量油相，质量占比为水相和油相总质量的2
‑
20％；在惰性气体包围下，向乳液中加入引发剂，加热至30
‑
60℃聚合4
‑
18h，得到高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物；其中，单体A具有式(V)所示的结构，单体B具有式(VI)所示的结构，所述单体C具有式(
Ⅶ
)所示的结构，所述单体D具有式(
Ⅷ
)所示的结构；
其中，R5、R6、R7和R8相同或不同，为H、甲基、乙基、正丙基、异丙基或丁基中一种；其中，n为19、21或23；其中，单体A、单体B、单体C、单体D的用量使得该高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物中含有的所述结构单元A、所述结构单元B、所述结构单元C的结构百分数为x、y、z和q，x＝10.10
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48.89％，y＝39.06
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56.99％，z＝0.94
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2.28％，q＝9.78
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32.32％，以及x、y、z和q的总和为1。2.根据权利要求1所述的高温固井用悬浮稳定剂乳液聚合物，其中，R1、R2、R3、R4相同或不同，为H、甲基、乙基、正丙基、异丙基或丁基中一种。3.根据权利要求1所述的高温固井用悬浮稳定剂乳液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成文，宋丽芳，陈泽华，王成立，薛泽栋，郭辛阳，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：