（材料学专业论文）高温超压地层固井降滤失剂AMPSDMAMFAAM共聚物的合成与特征研究.pdf

堕型查兰三堂堡圭兰垡堡塞 高温超压地层固并降滤失剂 a m p s d m a m l f a a m 的合成与性能研究4 专业：材料学 博士研究生：赵林指导教师：黄荣华教授 本文采用氧化还原引发体系，首次合成了a m p s 他m a m ，f a a m 水溶性共 聚物。研究了共聚物制备过程的影响因素、产物结构、溶液性质及合成产物对 水泥浆性能的影响。设计优选出了a n 但s d m a m f a a m 高温超压地层固井双 作用水泥浆体系，研究了不同体系、不同密度的高温超压固井水泥浆的性能及 作用机理。用这种降滤失剂开发出了适合于南海莺琼盆地高温超压地层固井的 双作用水泥浆体系，其综合性能达到了国外同类产品的水平，完成了中国海洋 石油总公司“十五”科研项目“南海莺琼盆地高温超压地层固井工艺技术研究” 项目中“高温超压地层固井双作用防气窜水泥浆研究与开发”，并于2 0 0 4 年通 过了中国海洋石油总公司组织的专家验收，专家组认为“高温超压双作用防气 窜水泥浆体系和双作用前置液体系开发已达到试用阶段，整体性能满足南海莺 琼盆地高温超压地层固井的作业要求，完全可以替代进口添加剂”。 1 、根据高温超压地层固井水泥浆的要求及高分子结构与性能的关系，选 用a m p s 、d m a m 、f a 、a m 四种单体进行共聚，研究了影响产物特性粘数和 转化率的影响因素。研究发现：合成反应体系的p h 值对聚合单体的转化率 和共聚物的特性粘数的影响最大，随着体系p h 值的提高，单体转化率提高， 共聚物的特性粘数亦提高。在本实验条件下，聚合反应需在碱性条件下才能进 行，以p h 值为1 1 左右为宜。引发剂的浓度对聚合单体的转化率和共聚物溶 液的特性粘数的影响小于p h 值的影响，随着引发剂浓度增大转化率迅速提高， 共聚产物稀溶液的特性粘数也增加。单体d m a m 的加量对聚合单体的转化 率k 影响较大，随着d m a m 加量的增加，转化率明显提高；但是对聚合物溶 液的特性粘数影响不明显。一般d m a m 的加量在单体总量的1 0 6 o 之间为 宜，随着反应体系p h 值的上升，d m a m 的加量应酌减。 中国海洋石油总公司“十五”重大科技术项目“南海莺琼盆地高温超压地层固井工艺技术研究”项目中 “高温超压地层固井双作用防气窜水泥浆研究与开发”( 1 5 0 6 - 0 1 - 0 3 ) 部分内容 i 摘要 2 、对合成共聚物用元素分析、红外光谱、核磁共振及热分析方法进行了 表征。元素分析证实了合成聚合物中各元素的含量与理论计算值相当吻合，红 外谱图上出现了所用单体官能团特征峰，1 h n m r 谱图分子链中含有丙烯酰胺 ( a m ) 、2 丙烯酰胺基2 一甲基丙烷磺酸( a m p s ) 链节、富马酸( f a ) 和n ， n 一二甲基丙烯酰胺( d m a m 结构单元) ，证实了合成共聚物是由上述四种单体 聚合物得到的目标共聚物。d s c 和t g 分析结果表明，合成的 a m p s a m 心d m a m 共聚物的分解温度3 6 0 。c ，共聚物具有优异的热稳定性。 3 、研究了共聚物溶液在不同情况下的粘度行为，研究表明：合成共聚物 试样的表观粘度随浓度的增加而增加，具有较强的增粘性；一价、二价阳离子 及两者共存时对合成共聚物试样的盐敏性，盐( n a c l ) 浓度的增加，表观粘度 降低，然后趋于稳定，但在c a c h 和c a c l 2 n a c l 溶液中下降幅度减小，合成共 聚物结构中含有阴离子基团，但由于d m a m 的引入，抵消了盐对分子结构的 影响，使该共聚物具有较强抗二价阳离子的能力；合成共聚物试样经高温老化 后，随老化温度的增加，共聚物试样的表观粘度增加。共聚物具有良好的抗高 温能力。试样在盐水中表现为随剪切速率的增加，表观粘度增加，可以看出分 子链中引入耐水解基团及耐高温基团后不仅有利于共聚物对去离子水和盐水溶 液的增粘的提高，还可以改变共聚物溶液的流变行为。 4 、研究了合成条件对共聚物在常规油井水泥浆中的性能，实验发现合成 条件对共聚物的降滤失性能有较大的影响，随引发剂加量的增加，降滤失能力 增强，但水泥浆的表观粘度也增加；加入少量单体d m a m 可使水泥浆的失水 量降低，随共聚物加量的增加，水泥浆的失水量下降，表观粘度上升；共聚物 在盐水泥浆中仍具有较好的降失水效果，显示了优异的抗盐性能；胶乳水泥浆 中加入少量的合成共聚物可使胶乳水泥浆失水量及自由液含量降至很低。合成 的共聚物在温度高于1 5 0 的水泥浆体系中仍具有较好的控制滤失的能力且与 其它油井水泥外加剂具良好的配伍性。 5 、研究了适合南海高温超压地层固并要求的双作用水泥浆体系。用本文 合成的降滤失剂h s 一3 l 与其它配套外加剂研制的双作用水泥浆体系能明显增大 气窜阻力同时又能防止水泥浆的失重，并具有很好的降低失水的功能，用合成 降滤失剂h s ，3 l 开发出的高温超压固井双作用防气窜水泥浆体系具有气体侵入 水泥浆阻力较大、可延缓水泥浆失重，抗温能力商达2 3 0 。c 井底温度，水泥浆 i i 四川大学工学博士学位论文 密度高达2 3 5 9 c m 3 ，滤失量小于5 0 m l 、自由水小于o 5 、稠化时间可调、流 变性能好、抗泥浆污染能力强、强度高等特点，完全满足莺琼盆地高温超压井 固井要求、具有较高的性能价格比。 关键词：共聚反应聚合物降滤失剂水泥浆体系高温超压地层防气窜 u i 四川大学工学博士学位论文 p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no f a m p s d m a m f a a mc o p o l y m e r a c t i n ga sf i l t r a t er e d u c e rf o rw e l lc e m e n t i n g a th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r es t r a t u m + m a j o r ：m a t e r i a l ss c i e n c e p h dc a n d i d a t e ：z h a ol i n s u p e r v i s o r ：h u a n gr o n g h u a i nt h i sp a p e ra m p s d m a m f a a mw a t e r - s o l u b l ec o p o l y m e tw a ss y n t h e s i z e d b ya d o p t i n go x i d a t i o n - r e d u c t i o ni n i t i a t i n gs y s t e m f a c t o r se f f e c t i n gt h ep e r f o r m a n c e o f t h ec e m e n ts l u r r ys u c ha st h ei n f l u e n c ef a c t o r si i lt h ep r o c e s so f p r e p a r a t i o nf o rt h e c o p o l y m e r , t h ep r o d u c t i o ns t r u c t u r e ，t h es o l u t i o nq u a l i t y a n da sw e l la st h e c o p o l y m e rq u a l i t yw e r ed i s c u s s e d d e s i g n e da n do p t i m i z e dt h ea m p s d m a m f a a mp a i r - f i m c t i o n a lc e m e n ts l u r r ys y s t e ma th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r e s t r a t u m ，s t u d i e dt h ep e r f o r m a n c ea n df u n c t i o nm e c h a n i s mo f t h ed i f f e r e n ts y s t e ma n d d i f f e r e n td e n s i t yo ft h ec e m e n ts l u r r ya th i 曲t e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r e s u c c e s s f u l l yd e v e l o p e dt h ep a i r - f u n c t i o n a lc e m e n ts l u r r ys y s t e mw h i c hw a s f i tt ot h e h i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r es t r a t ao f t h ey i n g - q i o n gb a s i ni nt h es o u t h c h i n a s e ab yt h es y n t h e s i z e df i l t r a t er e d u c e r , t h ep e r f o r m a n c eo ft h ec e m e n ts l u r r ys y s t e m w a sn e a r l ya st h es a l r l ea st h ef o r e i g nk i n d r e dp r o d u c t i o n s e v e n t u a l l yp e r f e c t l y f i n i s h e dt h es u b - p r o g r a mo f t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fp a i r - f u n c t i o n a lg a s c h a n n e l i n gi n h i b i t i n gc e m e n ts l u r r ys y s t e ma th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r e s t r a t a f r o mo n eo f “t h et e n t hf i v e - y e a r ，s c i e n t i f i cr e s e a r c hp r o g r a m so fc h i n a n a t i o n a lo f f s h o r eo i lc o r p o r a t i o n “t h es t u d yo nt h ec e m e n tp r o c e s st e c h n o l o g y a th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r es t r a t ao ft h ey i n g q i o n gb a s i ni nt h es o u t h c h i n as e a ”t h ep r o g r a mf o rw h i c hw ew e r er e s p o n s i b l eh a db e e nc h e c k e da n d a c c e p t e db yt h ee x p e l sf r o mc h i n an a t i o n a lo f f s h o r eo i lc o r p o r a t i o ni n2 0 0 4 t h e e x p e l ss a i dt h a t t h ed e v e l o p m e n to fp a i r - f u n c t i o n a lg a sc h a n n e l i n gi n h i b i t i n g c e m e n ts l u r r ys y s t e m & p a i r - f u n c t i o n a lp a df l u i ds y s t e mh a db e e ni nt h ep r o b a t i o n a r y p h a s e ，t h ei n t e g r a t e dp e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m sc o u l ds a t i s f yt h ec e m e n to p e r a t i o n t h es u b - p r o g r a mo f “t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f p a i r - f u n c t i o n a lg a sc h a n n e l i n gi n h i b i t i n g c e m e n ts l u r r ys y s t e ma th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r es t r a t u m ”f r o mo n eo f “t h et e n t h f i v e - y e a r ”s c i e n t i f i cr e s e a r c hp r o g r a m so f c h i n a n a t i o n a lo f f s h o r eo i lc o r p o r a t i o n “t h e s t u d yo nt h ec e m e n tp r o c e s st e c h n o l o g ya th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r es t r a t u mo f t h e y i n g - q i o n g b a s i n i n t h es o u t h c h i n a s e a f 15 0 6 0 1 0 3 ) a b s t r a c t r e q u i r e m e n to ft h ey i n g q i o n gb a s i ni nt h es o u t hc h i n as e a ，a n dt os o m ee x t e n t ，t h e s y s t e m sc o u l ds u b s t i t u t ef o rt h ei m p o r t i n ga d d i t i v e se n t i r e l y ” 1 a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to ft h ec e m e n ts l u r r ya th i g ht e m p e r a t u r ea n d h i g hp r e s s u r es t r a t u ma n dt h er e l a t i o n s h i po ft h es t r u c t u r ea n dp e r f o f i n a n c eo ft h e m a c r o m o l e c u l e s e l e c t e da m p s 、d m a m 、f a 、a mf o rc o p o l y m e r i z a t i o n s t u d i e d t h ei n f l u e n c ef a c t o r sf o rt h ep r o d u c t i o ni n t r i n s i cv i s c o s i t ya n dt h em o n o m e r t r a i l s f o r m a t i o nr a t i o ni nt h ep r o c e s so fa m p s ，d m a m f a a ms y n t h e s i s t h e e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a t ：t h ep ho ft h es y n t h e s i z i n gr e a c t i o ns y s t e mi st h e m o s ts t r i k i n ge f f e c f i n gf a c t o rt ot h ep r o d u c t i o ni n t r i n s i cv i s c o s i t ya n dt h em o n o m e r t r a n s f o r m a t i o nr a t i o n t h ep r o d u c t i o ni n t r i n s i cv i s c o s i t ya n dt h et r a n s f o r m a t i o n r a t i o nw o u l di n c r e a s e a l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go fp hi nt h es o l u t i o n i nt h e c o n d i t i o no ft h i se x p e r i m e n t ，t h ep o l y m e r i z i n gr e a c t i o nn e e d st ob ec o n t i n u e di n a l k a l i n i t y , a n dp h = “w o u l db ep e r f e c t ，t h ce f f e c t i n go ft h ec o n c e n t r a t i o no f i n i t i a t i n ga g e n lt op r o d u c t i o ni n t r i n s i cv i s c o s i t ya n dt h em o n o m e rt r a n s f o r m a t i o n r a t i o ni s1 e s st 1 1 a np h n l et r a n s f o r m a t i o nr a t i o nw o u l di n c r e a s er a p i d l ya n dt h e i n t r i n s i ev i s c o s i t yo ft h ed i l u t es o l u t i o no ft h ep r o d u c t i o nw o u l di n c r e a s et o ow h i l e t h ec o n c e n t r a t i o no ft h ei n i t i a t i n ga g e n ti n c r e a s i n g ( 9t h ea d d i n gq u a n t i t yo ft h e d m a mm o n o m e rw o u l de f f e c tal o tf o rt h em o n o n l e rt r a n s f o r m a t i o nr a t i o n a n d w h i l ei n c r e a s i n gt h ea d d i n gq u a n t i t yo ft h ed m a mm o n o m e r ，t h em o n o m e r t r a n s f o m l a t i o nr a t i o nw o u l di n c r e a s eo b v i o u s l y ；i th a sn oo b v i o n si n f l u e n c et ot h e p r o d u c t i o ni n t r i n s i cv i s c o s i t y g e n e r a l l y1 0 - 6 o o ft h ea d d i n gq u a n t i t yf o rt i l e d m a mm o n o m e rw o u l db ef a v o r a b l e ，a n dt h eq u a n t i t ys h o u l db er e d u c e da c c o r d i n g t ot h ei n c r e a s i n go f p hi nt h er e a c t i o ns y s t e m 2 t h e s y n t h e s i sp r o d u c t i o n w a sc h e c k e db y e l e m e n t a r ya n a l y s i s ，i n f r a - r e d s p e c t r o s c o p y , n u c l e a rm a g n e t i c r e s o n a n c ea n dt h e r m a la n a l y s i sm e t h o d s e l e m e n t a r ya n a l y s i sh a dc o n f i r m e dt h a t t h ec o n t e n to fe v e r ye l e m e n ti nt h e c o p o l y m e rw a st h es a m ea s t h ec o n t e n tt h a tc a l c u l a t e db yt h e o r y i n f r a r e d s p e c t r o s c o p yh a di n d i c a t et h a tf u n c t i o n a lg r o u ps i g n a t u r e a p e xo fe v e r ym o n o m e r h a da p p e a r e d ，1 h n m rs p e c t r u mf i g u r eh a dt h es t r u c t u r eu n i t so fa m p s ，f a ， d m a ma n da m s ot h a tw ec o u l da f f i i i nt h a tt h ec o p o l y m e rw a st h eo b j e c t i v e s y n t h e s i sp r o d u c t i o no ft h e s ef o u rm o n o m e r s d s c & t ga n a l y s i sr e s u l ti n d i c a t e d t h a tt h ed e c o m p o s e dt e m p e r a t u r eo ft h et e t r a - c o p o l y m e r sw a s3 6 0 ，a n dt h i s c o p o l y m e r sh a de x c e l l e n tt h e r m a ls t a b i l i t y v 四川大学工学博士学位论文 3 s t u d i e dt h ev i s c o s i t yb e h a v i o ro ft h ec o p o l y m e ru n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，t h e e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h ea p p a r e n tv i s c o s i t yo ft h ec o p o l y m e rs a m p l e w o u l di n c r e a s ea l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n gf o ri t sc o n c e n t r a t i o n ；t h ei n f l u e n c ef o rt h e a p p a r e n tv i s c o s i t yo ft h ec o p o l y m e rb yt h eu n i v a l e n ta n dd i v a l e n t c a t i o n i ci o n s e p a r a t e l ya n db o t ho ft h e mw a sa sf o l l o w s ：t h ea p p a r e n tv i s c o s i t yw o u l dd e c r e a s e o b v i o u s l yw h i l ei n c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fs a l t ( n a c l ) ，a n dt h e nw o u l dk e e pi n s t a b l e ；i nt h es o l u t i o no fc a c l 2o rc a c l 2 n a c l ，t h ea p p a r e n tv i s c o s i t yw o u l dd e c r e a s e s m o o t h l ya l o n gw i t hi n c r e a s i n gt h e c o n c e n t r a t i o no fc a c l 2o r c a c i z n a c l ；t h e c o p o l y m e rh a da n i o n i cg r o u p ，b u ti tw o u l dc o u n t e r a c tt h ei n f l u e n c et ot h em o l e c u l a r s t r u c t u r e b yi n t r o d u c i n gd m a mm o n o m e r a n dt h ec o p o l y m e rh a dp e r f e c t d i v a l e n t - i o n r e s i s t i n gp e r f o r m a n c e ；a f t e rh i g ht e m p e r a t u r ea g i n g ，t h ea p p a r e n t v i s c o s i t yo ft h ec o p o l y m e rw o u l di n c r e a s ea l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ea g i n g t e m p e r a t u r e ；t h ec o p o l y m e rh a de x c e l l e n th i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t i n gp e r f o r m a n c e ； t h ea p p a r e n tv i s c o s i t yo ft h es a m p l ew o u l di n c r e a s ea l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h e s h e a rv e l o c i t y a saw o r d ，i n t r o d u c i n gt h e h y d r o l y s i s r e s i s t i n gg r o u pa n dt h e t e m p e r a t u r e r e s i s t i n gg r o u pt ot h ec o p o l y m e r sc h a i nb e n e f i t e dn o to n l yt h ev i s c o s i t y i n c r e a s i n ga b i l i t yo ft h ec o p o l y m e ri nt h ed i s t i l l e dw a t e ra n ds a l ts o l u t i o n ，b u ta l s o t h er h e o l o g i c a lb e h a v i o r so ft h ec o p o l y m e rs o l u t i o n 4 s t u d i e dt h ep e r f o r m a n c eo ft h ec o p o l y m e ri nt h eg e n e r a lo i lw e l lc e m e n ts l u r r y u n d e rd i f f e r e n ts y n t h e s i sc o n d i t i o n s ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es y n t h e s i sc o n d i t i o n p l a y e da ni m p o r t a n tr o l ef o rt h ef i l t r a t er e d u c ec a p a c i t yo ft h ec o p o l y m e r t h ef l u i d l o s sc a p a c i v ya n dt h ea p p a r e n tv i s c o s i t yo ft h ec o p o l y m e rw o u l db es t r o n g e rw h e n i n c r e a s i n gt h ea d d i n ga r n o u n to ft h ei n i t i a t i n ga g e n t ；t h ec e m e n ts l u r r yf i l t r a t i o n w o u l dd e c r e a s ea l o n gw i t ha d d i n gal i t t l ed m a mm o n o m e r ；t h ec e m e n ts l u r r y f i l t r a t i o nw o u l dd e c r e a s ea n dt h ea p p a r e n tv i s c o s i t yw o u l di n c r e a s ew h i l ei n c r e a s i n g t h ea d d i n ga m o u n to ft h ec o p o l y m e r t h ec o p o l y m e ra l s oh a sa ne x c e l l e n tf i l t r a t e r e d u c ec a p a c i t yi ns a l ts o l u t i o n , a n dh a sp e r f e c ts a l t r e s i s t i n gp e r f o r m a n c e w h e n a d d i n gas m a l la m o u n to ft h ec o p o l y m e rt o t h el a t e xc e m e n ts l u r r y , t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h el a t e xc e m e n ts l u r r yh a da ne x t r e m e l yl o wf i l t r a t i o na n df r e ef l u i d q u a n t i t y t h ec o p o l y m e ra l s o h a sa l le x c e l l e n tf i l t r a t er e d u c ec a p a c i t ya t h i g h t e m p e r a t u r eu pt o 1 5 0 ，a n dh a saf a v o r a b l ec o m p a t i b i l i t yw i t ho t h e ro i lw e l l c e m e n ts l u r r ya d d i t i v e s 5 s t u d i e dt h ep a i r - f u n c t i o n a lc e m e n ts l u r r ys y s t e mt h a ts a t i s f i e dt h ec e m e n t o p e r a t i o nr e q u i r e m e n ta th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i 曲p r e s s u r es t r a t u mi n t h es o u t h c h i n as e at h ep a i r - f i m c t i o n a lc e m e n ts l u r r ys y s t e mp r e p a r e db yt h ef i l t r a t er e d u c e r h s 3 lt h a ts y n t h e s i z e di nt h i sp a p e ra n do t h e rm a t c h e da d d i t i v e sc a r li n c r e a s et h e g a st o n 叠u er e s i s t a n c ep e r f e c t l ya n dm e a n t i m ea v o i dc e r f l e e ts t u r r yw e i g h t l e s s n e s s ，i t h a saf a v o r a b l ef u n c t i o nt or e d u c et h ec e m e n ts l u r r yf i l t r a t i o n t h ep a i r - f u n c t i o n a l g a sc h a n n e l i n gi n h i b i tc e m e n ts l u r r ys y s t e ma th i g ht e m p e r a t u r ea n dh i 曲p r e s s u r e s t r a t u md e v e l o p e db yt h ef i l t r a t er e d u c e rh s 一3 lh a sp e r f e c tp e r f o r m a n c e sa sf o i l o w s ： h i 出c e m e n ts l u r r yr e s i s t a n c ew h i l eg a sc u t t i n g ；b ea b l et od e l a yt h ec e m e n ts l u r r y w e i g h t l e s s n e s s ；t e m p e r a t u r er e s i s t i n gc a p a c i t yc o u l db eu pt o2 3 0 。c a tb o t t o mh o l e ； t h ed e n s i t yo ft h ec e m e ms l u r r yi su pt o2 3 5 9 c m 3 ：t h ef i l t r a t i o ni sl e s st h a n5 0 m l ； t h ep e n e n t a g eo ft h ef r e ef l u i di sl e s st h a n0 5 ：t h et h i c k e n i n gt i m ec o u l db e a d j u s t e d ；p e r f e c tn e o l o # c mp r o p e r t y ；f a v o r a b l ec a p a c i t yt or e s i s tt h ec e m e n ts l u r r y p o l l u t i o n ；h i g hi n t e n s i t ya n ds oo n t h es y s t e mc o u l ds a t i s f yt h ec e m e n to p e r a t i o n r e q u i r e m e n ta th i 曲t e m p e r a t u r ea n dh i g hp r e s s u r es t r a t u mo ft h ey i n g - q i o n gb a s i n i nt h es o m hc h i n as e ae n t i r e l y , a n dm e a n t i m eh a sh i 曲c o s tp e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：c o - p o l y m e r i z a t i o n ；c o p o l y m e r ；f l u i dl o s sa d d i t i v e s ；c e m e n ts l u r r y s y s t e m s ；h i g ht e i n p e r a t u r ea n dh i 曲p r e s s u r es t r a t u m ；a n t i g a st i g h r i n g v i i 蟹型查兰三堂竖圭堂垡堕兰 一一一一一 第一章绪论 1 1 课题研究背景 南海莺琼盆地的石油资源开发是我国2 1 世纪石油资源开发的重点，莺琼盆 地是世界上三大高温高压并存的地区之一。目前，国际上普遍把井底地层温度大 于1 5 0 。c 、地层压力达到6 9 m p a 或地层压力系数达到1 8 的井称为高温高压井。 与英国北海s h e a rw a t e r 地区井底温度达1 9 94 c 和墨西哥湾m o b i lb a y 地区井 底温度达2 1 5 相比，南海莺琼盆地井底温度在2 2 0 。c 以上，所要求的水泥浆 密度在2 3g e m 。以上。为了使高温超压情况下水泥浆的使用满足钻井工程的需 要，应对18 0 以上循环温度和2 3g c m 以上高密度情况下使用的水泥浆体 系及性能调控方法进行系统研究，以解决我国在高温超压固井技术方面长期依 赖国外技术的被动局面。目前，我国浅层油气储量经过多年开采已日益枯竭， 对地层深部的勘探开发工作相对较少，因此，深井、超深井的勘探开发具有更 为现实的意义。但深井、超深井的钻井技术难度大、周期长、一次性投资高。 对设备、管材及钻井液完井液等技术要求很高。并且深井钻探，经常遇到的高 压油、水、气层，及其盐、碱、石膏等地层使勘探工作具有较大的风险性。在 南海莺琼盆地，部分井位的地层压力达到了1 0 4 7 m p a ，压力系数达2 3 2 或更 高：地层温度达2 5 1 ，最高地温梯度达5 5 l l o o m ，平均地温梯度达4 。c l o o m ：并经常伴有多压力层系，使勘探工作更加复杂、困难。为了配合勘探工 作，保证地层封固质量，使油气资源得到有效开发，需要水泥浆体系除了满足 井控要求的高密度外，还必须具有良好的施工性能。 本文是中国海洋石油总公司“十五”重大科技项目( 项目编号1 5 0 6 0 1 0 3 ) “南海莺琼盆地高温超压地层固井工艺技术研究”项目中“高温超压地层固井 双作用防气窜水泥浆研究与开发”的部分内容，主要研究满足高温超压地层防 气窜固井水泥浆非渗透性降滤失剂的合成与性能及其双作用水泥浆体系。 本章概述了油井水泥降滤失剂的作用机理、分类和应用效果；为了提高高 温高压地层固井水泥浆降滤失剂的性能，对水溶性合成聚合物的磺化改性、链 刚性化改性、两性离子化改性、疏水缔合化改性这四类主要方法，以及最新的 研究成果作了综述。 第一章绪论 1 2 固井及固井水泥浆降滤失剂的作用 泊气井的固井施工就是将水泥注入井壁与套管之间的环空中的过程，固井 的主要目的是为了封隔井眼内的油、气和水层。一口油气井所能达到的采收率， 受层间封隔程度的重要影响，而水泥环的质量是影响层间封隔最重要的因素。 在油气井固井作业中，水泥浆滤液大量渗入地层不仅会影响固井质量，也会造 成产层污染。适当控制注水泥作业中所用水泥浆的滤失量，对任何产层都是十 分重要的。不加外加剂的普通油井水泥浆7 0m p a ，3 0m i n 的滤失量在1 5 0 0 2 0 0 0m l 之间，远远高于国内外固井水泥浆设计中滤失量应小于2 5 0r n l 的标准。 为降低水泥浆的滤失量，通常用的有效方法是使用降滤失剂。这是保护油层产 能，减少固井事故，提高固井质量必不可少的一种油井水泥外加剂【。近1 0 年来全国各油田、研究院所研制和开发了大量油井水泥降滤失剂，并且已有很 多品种的油井水泥降滤失剂在不同的油田得到应用( 3 】但很多降滤失剂的性能 都还不理想，有诸如副作用大、需复配的外加剂品类多，对水泥的选择性强， 水泥浆综合性能难调等缺点。 1 3 降