解决高温水泥浆异常胶凝和稠化时间倒挂的调凝剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种解决高温水泥浆异常胶凝和稠化时间倒挂的调凝剂及其制备方法，属于油气田开发领域中的钻完井及固井。

背景技术：

1、近年来，随着勘探开发不断深入，深井超深井数量不断增多、井深不断加深，固井过程中井底温度也越来越高，高温条件下，水泥水化速度进一步加快，需要使用缓凝剂来调节水泥水化速度、控制稠化时间，确保固井过程中施工安全。现有高温缓凝剂品类较多，主要包括有机磷酸(盐)、硼砂(酸)复配物、羟基磷酸(盐)复配物等，amps类聚合物等，其中聚合物类缓凝剂应用尤为广泛。目前高温条件下，聚合物类缓凝剂普遍存在一些问题：①110～150℃温度敏感区间内容易出现“鼓包”、“台阶”等稠化线型突变的异常波动现象，威胁固井施工安全，对水泥浆流变性能也有一定影响；②超高温条件下缓凝剂加量与稠化时间线性关系差，甚至出现加量与稠化时间呈指数关系，导致满足固井施工安全条件下，外加剂使用量急剧增大；③稠化时间出现与温度区间“倒挂”现象，即在相同缓凝剂加量下，随着温度的增加，稠化时间没能缩短，反而出现延长的现象。

2、目前，当水泥浆出现“鼓包”等稠化线型异常情况时，往往通过引入早强剂、调整分散剂、水泥浆体系中超细材料种类及加量来解决该问题，但实际操作过程中往往试验工作量较大且效果不明显。一些机构也开发了相应的防止稠化线型异常缓凝剂、降失水剂等。cn110204236a公开了一种油井水泥用胶凝调节剂，其通过硅粉、硅酸钠、硫酸钠和硼砂按照一定比例复配，可确保amps类聚合物降失水剂在120-150℃温度区间稠化曲线正常，且对水泥浆体系其他综合性能无不良影响。cn106008844a公开了一种强抑制性中高温油井缓凝剂及其制备方法，其采用接枝共聚的方法制备了一种含有支链结构、抑制性强的聚合物类中高温油井水泥缓凝剂，可以有效抑制“包心”等异常胶凝现象。上述专利能在一定程度上解决稠化线型异常等现象，但是适用温度范围不足，另外无法解决超高温条件下，稠化时间与加量和温度的“倒挂”问题。

3、因此，很有必要开发一种调凝剂，解决高温下水泥浆“包心”引起的稠化曲线“鼓包”、稠化时间与加量线性关系差及温度区间“倒挂”等问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种解决高温水泥浆异常胶凝和稠化时间倒挂的调凝剂及其制备方法。本发明提供的调凝剂能够解决高温下水泥浆“包心”引起的稠化曲线“鼓包”、稠化时间与加量线性关系差及温度区间“倒挂”等问题。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种解决高温水泥浆异常胶凝和稠化时间倒挂的调凝剂，以重量份计，其原料组成包括：1～4份的铝盐，1～2份的钠盐，1～2份的钙盐，1～2份的镁盐以及1～6份的其他材料；其中，所述其他材料包括氧化锌、橄榄石、锂辉石和兰晶石中的一种或几种的组合。

3、在上述的调凝剂中，优选地，所述铝盐、所述钠盐、所述钙盐、所述镁盐和所述其他材料的重量比为(2～3):(1～2):(1～2):(1～2):(1～2)。

4、在上述的调凝剂中，优选地，所述铝盐包括硝酸铝、氯化铝、硫化铝、硅酸铝和碱式硅酸硫酸铝等中的两种；第一种铝盐为硝酸铝、氯化铝和硫化铝中的一种，第二种铝盐为硅酸铝和碱式硅酸硫酸铝中的一种。更优选地，所述第一种铝盐与所述第二种铝盐的重量比为(1～1.5):1。

5、在上述的调凝剂中，优选地，所述钠盐包括氯化钠、氟化钠、草酸钠、甲酸钠、硝酸钠、偏硅酸钠、氟硅酸钠、氯酸钠和亚硫酸氢钠等中的两种；第一种钠盐为氯化钠、氟化钠、草酸钠和甲酸钠中的一种，第二种钠盐为硝酸钠、偏硅酸钠、氟硅酸钠、氯酸钠和亚硫酸氢钠中的一种。更优选地，所述第一种钠盐与所述第二种钠盐的重量比为(2～4):1。尤为优选地，所述第一种钠盐与所述第二种钠盐的重量比为(2～3):1。

6、在上述的调凝剂中，优选地，所述钙盐包括硫酸钙、甲酸钙、磷酸氢钙和丙酸钙等中的一种或几种的组合。

7、在上述的调凝剂中，优选地，所述镁盐包括碱式硫酸镁、碳酸镁、六水氧化镁、氯化镁和氧化镁等中的两种；第一种镁盐为碱式硫酸镁、碳酸镁和六水氧化镁中的一种，第二种镁盐为氯化镁和氧化镁中的一种。更优选地，所述第一种镁盐与所述第二种镁盐的重量比为(2～4):1。尤为优选地，所述第一种镁盐与所述第二种镁盐的重量比为(2～3):1。

8、在上述的调凝剂中，优选地，所述其他材料包括氧化锌、橄榄石、锂辉石和兰晶石等中的两种；第一种其他材料为氧化锌和橄榄石中的一种，第二种其他材料为锂辉石和兰晶石中的一种。更优选地，所述第一种其他材料与所述第二种其他材料的重量比为(2～3):1。尤为优选地，所述第一种其他材料与所述第二种其他材料为重量比为2:1。

9、本发明第二方面提供了一种上述的解决高温水泥浆异常胶凝和稠化时间倒挂的调凝剂的制备方法，其包括以下步骤：按照所述的重量份，将所述铝盐、所述钠盐、所述钙盐、所述镁盐和所述其他材料混合均匀，得到所述的解决高温水泥浆异常胶凝和稠化时间倒挂的调凝剂。

10、在上述制备方法中，所述混合可以在本领域常规的混拌装置中进行。

11、本发明第三方面提供了一种水泥浆体系，所述水泥浆体系含有上述的解决高温水泥浆异常胶凝和稠化时间倒挂的调凝剂。

12、根据本发明的具体实施方式，优先地，以重量份计，所述水泥浆体系的原料组成包括：100份水泥，0.5-4份所述的调凝剂，25-50份增强材料，0.5-4份缓凝剂，1-6份降失水剂，0.3-1.5份分散剂，0.5-3份悬浮稳定剂，0.1-1份消泡剂，44-100份水。

13、在上述水泥浆体系中，所述水泥可以包括g级油井水泥。例如：嘉华g级、华油g级、胜维g级以及萌成g级等中的一种。

14、在上述水泥浆体系中，所述增强材料可以为本领域常规使用的水泥浆体系的增强材料，例如但不限于增强材料drb-1s、高温增强材料drb-2s等。

15、在上述水泥浆体系中，所述缓凝剂可以为本领域常规使用的水泥浆体系的缓凝剂，包括丙烯酰胺聚合物类缓凝剂和/或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合物类缓凝剂等。

16、在上述水泥浆体系中，所述降失水剂可以为本领域常规使用的水泥浆体系的降失水剂，包括丙烯酰胺聚合物类降失水剂等。

17、在上述水泥浆体系中，所述分散剂可以为本领域常规使用的水泥浆体系的分散剂。所述分散剂可以包括醛酮缩聚物类分散剂、聚苯乙烯磺酸盐类分散剂和聚羧酸类分散剂等中的一种或几种的组合。

18、在上述水泥浆体系中，所述悬浮稳定剂可以为本领域常规使用的水泥浆体系的悬浮稳定剂，例如但不限于悬浮稳定剂drk-3s等。

19、在上述水泥浆体系中，所述消泡剂可以为本领域常规使用的水泥浆体系的消泡剂。所述消泡剂可以包括有机酯类、聚氧丙烯甘油醚以及聚二甲基硅氧烷等中的一种。

20、根据本发明的具体实施方式，所述水泥浆体系的制备方法可以为本领域常规的制备方法，例如将原料分别干混、湿混后，再将干混料与湿混料混合均匀，即可制备得到所述的水泥浆体系。

21、本发明提供了一种解决高温水泥浆异常胶凝和稠化时间倒挂的调凝剂及其制备方法，与含有该调凝剂的水泥浆体系。本发明的调凝剂的适用温度为90～220℃；其能够在高温下与聚合物类缓凝剂协同作用，可解决高温下水泥浆“包心”引起的稠化曲线“鼓包”、稠化时间与加量线性关系差及温度区间“倒挂”等问题；同时，本发明的调凝剂对水泥浆的流变性、稳定性及失水性能等常规性能无不良影响；本发明的调凝剂可保障高温深井固井施工安全，提高固井质量，进而保障深层油气资源的高效开发。