本發(fā)明涉及油田鉆井水泥漿應用，尤其是涉及一種低密度水泥漿懸浮劑及其制備方法。

背景技術：

1、目前，塔里木油田富滿油田位于新疆維吾爾自治區(qū)塔里木盆地塔中、塔北兩大含油氣區(qū)之間，主要目的層埋深8000米，勘探開采難度大。主要采用四開三完的井身結構，二開二疊系發(fā)育火成巖(含玄武巖、凝灰?guī)r)，承壓能力約1.35～1.45g/cm3，固井漏失風險高，少數井固井期間下套管即失返；三開志留系地層承壓能力低(承壓能力<1.48g/cm3)，漏失風險高，且奧陶系特熱克阿瓦提、桑塔木組存在高壓鹽水(1.37-1.44g/cm3)，密度窗口窄(0.03-0.08g/cm3)。故水泥漿多采用1.35～1.38g/cm3低密度+常規(guī)密度水泥漿體系。二開循環(huán)溫度80～100℃，壓力50～70mpa；三開循環(huán)溫度120～135℃，壓力80～120mpa。

2、低密度水泥漿的懸浮穩(wěn)定性與常規(guī)密度、高密度水泥漿又有不同，其穩(wěn)定性差的原因主要是減輕材料如空心微珠的上移，而不是加重材料在重力作用下的下沉，尤其經高溫(120℃以上)養(yǎng)護后，其穩(wěn)定性更難調節(jié)。一旦低密度水泥漿的懸浮穩(wěn)定性不好，微珠等減輕材料上移，固井施工結束后，極易出現探不到上塞的情況，嚴重影響水泥環(huán)的密封完整性，導致出現環(huán)空竄氣甚至帶壓等問題。同時由于減輕材料質輕，表面潤濕性差，其制漿的下灰時間也是一大難題，通常使用的一些含生物膠類懸浮劑，多是以增粘的形式來提高懸浮穩(wěn)定性，但這會進一步導致低密度體系下灰的困難，導致現場施工時水泥漿密度打不起來，漿體流變差，難以驅替，因此急需一種技術或產品能夠改善低密度水泥漿存在的缺點。

技術實現思路

1、針對現有技術存在的不足，本發(fā)明一方面提供了一種低密度水泥漿懸浮劑，包括如下重量份的組分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，100份；溫敏單體，5～10份；分子量調節(jié)劑，1-3份；酰胺類單體，8-10份；羧酸類單體，0.5～1.0份；水，300～400份。

2、具體而言，懸浮劑中引入的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸具有良好的水溶性，且其分子內具有親水性的磺酸基及聚合性的乙烯基，在一定條件下可以與其它組分發(fā)生共聚反應。

3、優(yōu)選地，所述水的重量份數為300份或320份或340份或350份或370份或380份或400份。

4、進一步地，所述分子量調節(jié)劑為異丙醇，十二硫醇中的至少一種。

5、優(yōu)選地，分子量調節(jié)劑的重量份數為1份或1.3份或1.5份或2份或2.3份或2.5份或3份。

6、具體而言，所述分子量調節(jié)劑用于控制所述懸浮劑的分子量及分子量分布，在保障水泥漿懸浮穩(wěn)定的同時，保障下灰時間及低溫下的流變性能。

7、進一步地，所述溫敏單體為n-異丙基丙烯酰胺。

8、具體而言，當溫敏單體的重量份數超過10時，通過上述組分提供的懸浮劑制備的水泥漿的稠度高，流變性能變差，同時稠化線形易出現“鼓包”、“包芯”等問題；而當溫敏單體的重量份數低于5時，懸浮劑的加量需要增加，且體系的懸浮穩(wěn)定性相對較差；因此，優(yōu)選地，溫敏單體的重量份數不超過10；優(yōu)選地，溫敏單體的重量份數為5～10。

9、優(yōu)選地，所述溫敏單體的重量份數為5份或6份或7份或8份或9份或10份。

10、具體而言，通過加入所述溫敏單體，隨著溫度的升高，該單體的溶解度下降，到某一溫度時會發(fā)生相分離，影響各官能團與水在分子內、分子間的相互作用，從而整個網絡結構發(fā)生變化，進而產生體積相變，彌補聚合物在高溫下的稀釋效應，同時束縛住漂珠、微珠等減輕材料，防止其向上漂移，起到懸浮穩(wěn)定的作用。

11、進一步地，所述酰胺類單體為n,n-二甲基丙烯酰胺，丙烯酰胺中的至少一種。

12、具體而言，所述n，n-二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺易生成高聚合度的聚合物，可以提高水泥漿的粘度，提高其穩(wěn)定性。

13、優(yōu)選地，所述酰胺類單體的重量份數為8份或8.2份或8.5份或9份或9.3份或9.5份或10份。

14、進一步地，所述羧酸類單體為衣康酸，丙烯酸中的至少一種。

15、需要說明的一點是，當羧酸類單體的重量份數超過1.5時，通過本發(fā)明提供的懸浮劑制備的水泥漿稠化時間會延長，低溫下強度發(fā)展緩慢。因此，優(yōu)選地，羧酸類單體的重量份數不超過1.0；優(yōu)選地，羧酸類單體的重量份數為0.5～1.0。

16、優(yōu)選地，所述羧酸類單體的重量份數可以為0.5份或0.6份或0.7份或0.8份或0.9份或1.0份。

17、具體而言，在懸浮劑中引入羧酸類單體，進一步增強懸浮劑的吸附性能，使其能吸附在水泥顆粒表面，對水泥顆粒進行承托，進一步保障其懸浮穩(wěn)定。

18、進一步地，所述懸浮劑用于配制低密度水泥漿。

19、本發(fā)明的低密度水泥漿懸浮劑具有如下優(yōu)點：應用其制備的低密度水泥漿下灰快、低溫下流變性能好、高溫下穩(wěn)定性佳等特性，綜合性能良好，可有效保障固井施工安全，提高固井質量。

20、本發(fā)明的另一方面還提供了一種低密度水泥漿懸浮劑的制備方法，包括如下步驟：

21、步驟一，按照各組分的預設重量份數，向反應器中依次加入水、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、分子量調節(jié)劑、溫敏單體、酰胺類單體和羧酸類單體，得混合液；

22、步驟二，攪拌直至各組分均溶解后，將所述混合液的氫離子濃度指數ph調節(jié)至預設值，將所述反應液的溫度升高至預設溫度；

23、步驟三，向所述反應液中加入引發(fā)劑，反應預設時間段后，冷卻至室溫，即得低密度水泥漿懸浮劑。

24、進一步地，所述步驟二中，所述攪拌速度為190轉/分鐘～210轉/分鐘。

25、進一步地，所述ph值的預設值為6～7，所述溫度預設值為50～60℃。

26、進一步地，所述步驟三中，所述引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁脒鹽酸鹽和偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽中的至少一種。

27、綜上所述，本發(fā)明的有益技術效果為：該制備方法簡單，通過該方法制備的懸浮劑應用到低密度水泥漿中，具有如下優(yōu)點，下灰快、低溫下流變性能好、高溫下穩(wěn)定性佳等特性，綜合性能良好，可有效保障固井施工安全，提高固井質量。

技術特征：

1.一種低密度水泥漿懸浮劑，其特征在于，包括如下重量份的組分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，100份；溫敏單體，5~10份；分子量調節(jié)劑，1-3份；酰胺類單體，8-10份；羧酸類單體，0.5~1.0份；水，300~400份。

2.根據權利要求1所述的低密度水泥漿懸浮劑，其特征在于：所述分子量調節(jié)劑為異丙醇，十二硫醇中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的低密度水泥漿懸浮劑，其特征在于：所述溫敏單體為n-異丙基丙烯酰胺。

4.根據權利要求1所述的低密度水泥漿懸浮劑，其特征在于：所述酰胺類單體為n,n-二甲基丙烯酰胺，丙烯酰胺中的至少一種。

5.根據權利要求1所述的低密度水泥漿懸浮劑，其特征在于：所述羧酸類單體為衣康酸，丙烯酸中的至少一種。

6.根據權利要求1-6任一項所述的低密度水泥漿懸浮劑，其特征在于：所述低密度水泥漿懸浮劑用于配制低密度水泥漿。

7.一種低密度水泥漿懸浮劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據權利要求7所述的，其特征在于：所述步驟二中，所述攪拌速度為190轉/分鐘~210轉/分鐘。

9.根據權利要求7所述的，其特征在于所述步驟二中，所述ph值的預設值為6~7，所述溫度預設值為50~60℃。

10.根據權利要求7所述的，其特征在于，所述步驟三中，所述引發(fā)劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁脒鹽酸鹽和偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽中的至少一種。

技術總結
本發(fā)明涉及一種低密度水泥漿懸浮劑，包括如下重量份的組分：2?丙烯酰胺?2?甲基丙磺酸，100份；溫敏單體，5~10份；分子量調節(jié)劑，1?3份；酰胺類單體，8?10份；羧酸類單體，0.5~1.0份；水，300~400份。本發(fā)明的優(yōu)點是，該低密度水泥漿懸浮劑特別適用于低密度水泥漿體系，用其配制低密度水泥漿具有下灰快、低溫下流變性能好、高溫下懸浮穩(wěn)定性佳等特性，綜合性能良好，可有效保障固井施工安全，提高固井質量。

技術研發(fā)人員：鄒雙,侯薇,朱海金,鄒建龍,雒闖,熊鈺丹,趙寶輝,張?zhí)煲?李巖閣,董子越,涂思琦,楊雷
受保護的技術使用者：中國石油天然氣集團有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19