【摘 要】
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深层已经发展成为我国油气资源勘探与规模增储的重要研究领域,但深层所处的高温环境使油井水泥的沉降失稳问题变得更加突出,这将严重危及油气井生产和安全,因此调控高温下水泥浆的沉降稳定性至关重要。针对目前油井水泥沉降稳定剂普遍存在的“低温增黏,高温失效”缺陷,本研究根据现有热增黏聚合物的特点,研发出一种新型沉降稳定剂用于深井/超深井固井水泥浆,使其主动适应井下温度变化以及固井水泥浆的应用环境,以实现耐高温
【基金项目】
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国家自然科学基金联合基金重点项目“超深井安全高效井筒工作液构建及调控方法基础研究”（项目编号U1762212）； 山东省自然科学基金面上项目“高温高密度水泥浆恒稳调控方法及其作用机理研究”（项目编号 ZR2017MEE056）；
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深层已经发展成为我国油气资源勘探与规模增储的重要研究领域,但深层所处的高温环境使油井水泥的沉降失稳问题变得更加突出,这将严重危及油气井生产和安全,因此调控高温下水泥浆的沉降稳定性至关重要。针对目前油井水泥沉降稳定剂普遍存在的“低温增黏,高温失效”缺陷,本研究根据现有热增黏聚合物的特点,研发出一种新型沉降稳定剂用于深井/超深井固井水泥浆,使其主动适应井下温度变化以及固井水泥浆的应用环境,以实现耐高温目标。本研究在传统AM/AMPS共聚物的基础上引入刚性耐温单体（DMAA）和具有憎水作用的功能性单体（HW-18）,利用水溶液自由基聚合法合成出适用于高温固井的新型沉降稳定剂TV-1。通过质谱分析对TV-1的分子结构进行了表征,并有针对性的评价TV-1的流变性、抗盐及热稳定性。同时,测试了TV-1对水泥浆流变性能、沉降稳定性能、失水性能、稠化时间以及水泥石力学性能的影响。通过对测试结果的分析、比较,探讨TV-1作为油井水泥外加剂（沉降稳定剂）的可行性。最后,从化学角度,对TV-1进行微观层次的表征,探究TV-1在水溶液中的形态,TV-1溶液在升温过程中的热量变化和水力半径变化情况,以及TV-1在水泥颗粒表面的吸附能力,揭示并阐明了TV-1的作用机理。研究结果表明,所合成的沉降稳定剂TV-1耐温、抗盐性能优异,热稳定性高达252.7℃,在20-150℃温度范围内,表观黏度随温度的升高显著增加。TV-1加入水泥浆后与降失水剂协同增效,在一定加量范围内对水泥浆的流变性能、稠化时间以及水泥石的抗压强度无不利影响,并且通过“热增黏机理”和“吸附机理”有效调控高温固井水泥浆的沉降稳定性能,实现了深井、超深井高温条件下固井水泥浆的沉降稳定性要求,为深层油气资源的开采开发提供支持。
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