CN109321219A - 一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和固井水泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油与天然气固井工程领域，具体涉及一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和固井水泥浆。该油井水泥沉降稳定剂含有式(I)结构单元A、式(II)结构单元B、式(III)结构单元C和式(IV)结构单元D；A、B、C和D的摩尔比为x：y：z：q＝1：(0.09‑0.34)：(0.28‑0.36)：(0.03‑0.05)；R1、R2、R3和R8各自独立地为H或者C1‑C4的取代或未取代的烷基；m为15、17、19或21。该油井水泥沉降稳定剂能够实现“低温不增稠，高温增稠”的目标，有效解决深井、超深井固井水泥浆沉降失稳的难题。

Description

一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂及其制备 方法和固井水泥浆
技术领域
本发明属于石油与天然气固井工程领域，具体涉及一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂，一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂的制备方法，一种包括该油井水泥沉降稳定剂的固井水泥浆。
背景技术
我国油气资源的勘探与开发已经向着海洋、深部地层以及非常规油气的方向发展，深井、超深井等结构特殊的复杂油气井被广泛使用，这也对油气井的固井技术提出了更高要求。在高温环境下，固井水泥浆的沉降失稳问题会变得更加突出，这将严重影响固井质量并威胁施工安全。
水泥沉降稳定性是评估水泥浆性能的重要指标之一，也是关系到固井质量的重要因素之一。水泥浆的沉降稳定性差主要有两方面的原因：原因之一是水泥外掺料和外加剂自身的高温变稀和高温分散作用；原因之二是高温下水泥浆颗粒中分子的布朗运动加剧，破坏了浆体内部的粘滞力，使浆体变稀。其中，水泥浆高温敏感性强导致的浆体变稀是水泥浆沉降稳定性差的主要原因。一旦水泥浆沉降失稳，固相颗粒发生沉降，析出自由水，易造成桥堵或形成油、气、水的窜流通道，形成的水泥石不均匀性也更为突出，最终导致固井质量下降或失败。
为缓解高温固井水泥浆的沉降失稳问题，可以采取适当降低油井水泥浆的水灰比，外加剂颗粒深加工处理，水泥颗粒优化级配等方法。虽然这些方法可在一定程度上解决水泥浆沉降失稳问题，但是仍存在以下几点不足：(1)可能会使浆体的初始稠度过大，导致浆体泵送的困难增加；(2)加工成本高，工艺复杂；(3)较低温度固井环境下能够提高水泥浆的稳定性，但其在深井、超深井等高温环境下的效果并不理想。所以目前广泛采用沉降稳定剂来缓解沉降失稳问题，沉降稳定剂包括无机材料以及高分子聚合物，具有成本低，工艺简单，增稠效果优良等优点。其中无机材料沉降稳定剂对温度敏感性较小，具备高温不降解、不稀释的优点，但增稠副作用明显，浆体初始稠度较大、导致下灰和泵送困难，增加了固井作业的难度；天然高分子聚合物沉降稳定剂具有高粘度、来源广、成本低的特点，但随温度升高会发生严重降解，粘度明显降低，体系防沉降能力大幅下降；合成高分子聚合物类沉降稳定剂性能稳定而且易于调控，能有效提高浆体的粘度，可显著提高水泥浆的沉降稳定性，但对温度依赖性较大，高温下存在水解和剪切变稀的缺点，造成浆体稠度明显下降、防沉降作用大幅降低。
CN105176505A公开了一种固井用水泥浆稳定剂，该水泥稳定剂包括54～89重量份的石英砂、2～20重量份的温伦胶、1～8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，该稳定剂不仅可提高水泥浆的稳定性，而且在使用过程中对水泥浆的其他性能无不良影响，另外该稳定剂有益于水泥石的抗压强度，但由于该水泥稳定剂不具备热增黏效果，存在高温稀释的现象，因此不能很好的应用于高温固井。
CN107162512A公开了一种超深井抗高温水泥浆体系，包括水泥、高温降失水剂、硅砂、高温缓凝剂、高温稳定剂和分散剂，通过添加抗高温的外加剂，解决了水泥浆高温下性能不稳定的问题，但由于浆体的初始稠度过大，导致浆体泵送的困难增加。
CN107892514A公开了一种高温稳定防沉降的水泥浆，其特征在于，在加入一系列高温外加剂后，又加入了气相二氧化硅和光伏硅，具有稠化时间可调节，防高温衰退效果更佳的优点，但水泥石的抗压强度受到一定影响，影响固井质量。
由于现有增稠剂和稳定剂存在普遍不足，如低温环境下初始浆体的稠度过高，导致浆体的泵送难度加大；水泥浆高温变稀，导致固井质量下降等。因此，急需合成新型聚合物来实现高温固井水泥浆防沉降的目标，该新型聚合物应当具备低温不增粘，随着井底温度的升高而粘度增加的特点。目前，N-烷基取代丙烯酰胺类聚合物作为发现最早的传统温敏聚合物，其应用也较为广泛。通过发明表明，传统温敏聚合物N-烷基取代丙烯酰胺类聚合物通过引入两亲温敏单体来实现温敏增粘，当温度低于最低临界温度(LSCT)，即浊点时，N-烷基取代丙烯酰胺类聚合物主要表现为亲水性，可均匀溶解于水中，此时，水溶液的表观粘度较低；当温度超过最低临界温度(LSCT)时，随着温度的升高，N-烷基取代丙烯酰胺类聚合物的疏水性增强，分子链中的酰胺基团和水分子之间的氢键断裂，分子链上的疏水基团开始收缩聚集，聚合物分子开始从液相中聚集沉淀，使溶液的粘度显著增加。但由于N-烷基取代丙烯酰胺类温敏聚合物的疏水性较弱，增粘温度区间20～50℃，无法满足高温固井的需求，因此也不适合做高温固井水泥浆沉降稳定剂。
针对高温固井水泥浆的沉降失稳问题，目前仍没有一个较好的解决方式，尤其随着地层温度的升高，油井水泥浆的沉降失稳会变得更加突出。因此，合成出一种新型油井水泥沉降稳定剂还有待于进一步发明和开发。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的油气井高温固井水泥浆的沉降失稳问题，而提供一种适用于高温固井的油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和固井水泥浆。本发明提供的油井水泥沉降稳定剂能够实现“低温不增稠，高温增稠”的目标，从而有效解决水泥浆的沉降失稳难题，保障油气开发安全并提升整体固井质量。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂，其中，该油井水泥沉降稳定剂含有式(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)所示的结构单元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的摩尔比为x：y：z：q＝1：(0.09-0.34)：(0.28-0.36)：(0.03-0.05)；
其中，R1、R2、R3和R8相同或不同，各自独立地为H，或者，C1-C4的取代或未取代的烷基；
其中，m为15、17、19或21。
本发明第二方面提供了一种前述所述的油井水泥沉降稳定剂的制备方法，其中，该方法包括在引发剂存在下，将单体A、单体B、单体C、单体D和去离子水混合后进行共聚反应；
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，R4、R5、R6和R7相同或不同，各自独立地为H，或者，C1-C4的取代或未取代的烷基；
其中，m为15、17、19或21；
单体A、单体B、单体C和单体D的用量的重量比为(1-30)：(1-10)：(1-10)：(1-10)，优选为(4-20)：(1-6)：(2-10)：(2-5)。
本发明第三方面提供了一种固井水泥浆，其中，该固井水泥浆包括前述所述的油井水泥沉降稳定剂或者前述所述的方法制得的油井水泥沉降稳定剂；优选地，以该固井水泥浆的总重量为基准，所述油井水泥沉降稳定剂的用量可以为0.4-0.8重量％。
通过上述技术方案，本发明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，以实现“低温不增稠，高温增稠”的目标，能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，有效改善固井水泥浆的沉降稳定性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1本发明的实施例1所述的不同浓度的油井水泥沉降稳定剂的流变曲线图；
图2本发明的实施例1所述的3重量％的油井水泥沉降稳定剂的流变曲线图；
图3相同含量不同种类的油井水泥沉降稳定剂的流变曲线图；
图4本发明的实施例1所述的油井水泥沉降稳定剂的热重曲线和差热曲线。
附图标记说明
1、0.6重量％油井水泥沉降稳定剂
2、0.4重量％油井水泥沉降稳定剂
3、0.2重量％油井水泥沉降稳定剂
4、0.6重量％油井水泥沉降稳定剂
5、0.6重量％羟乙基纤维素
6、0.6重量％黄原胶
7、0.6重量％羟丙基瓜尔胶
8、热重曲线
9、差热曲线
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种适用于油气井高温固井的油井水泥沉降稳定剂，其中，该油井水泥沉降稳定剂含有式(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)所示的结构单元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的摩尔比为x：y：z：q＝1：(0.09-0.34)：(0.28-0.36)：(0.03-0.05)；
其中，R1、R2、R3和R8相同或不同，各自独立地为H，或者，C1-C4的取代或未取代的烷基；
其中，m为15、17、19或21。
其中，在本发明中，需要说明的是：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的摩尔比为x：y：z：q＝1：(0.09-0.34)：(0.28-0.36)：(0.03-0.05)，其中，x为所述结构单元A的摩尔数，y为所述结构单元B的摩尔数，z为所述结构单元C的摩尔数，q为所述结构单元D的摩尔数。
根据本发明，优选情况下，R1、R2、R3和R8相同或不同，各自独立地为H、甲基、乙基，正丙基，异丙基或丁基，更优选地为H；m为17。另外，在本发明中，当R1、R2、R3和R8各自独立地为H时，结构单元A为丙烯基酰胺基团，结构单元B为2-丙烯基酰胺基-2-甲基丙磺酸基团，结构单元C为N,N-二甲基丙烯基酰胺，结构单元D为刚性的憎水单体基团。
根据本发明，所述油井水泥沉降稳定剂的重均分子量为420万-550万，优选为450万-530万。在本发明中，将所述油井水泥沉降稳定剂限定为具有上述所述组分以及具有上述所述的重均分子量，能够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，有效改善固井水泥浆的沉降稳定性。
本发明第二方面提供了一种前述所述的油井水泥沉降稳定剂的制备方法，其中，该方法包括在引发剂存在下，将单体A、单体B、单体C、单体D和去离子水混合后进行共聚反应；
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，R4、R5、R6和R7相同或不同，各自独立地为H，或者，C1-C4的取代或未取代的烷基；
其中，m为15、17、19或21；
单体A、单体B、单体C和单体D的用量的重量比为(1-30)：(1-10)：(1-10)：(1-10)，优选为(4-20)：(1-6)：(2-10)：(2-5)。
根据本发明，单体A、单体B、单体C和单体D的用量使得该油井水泥沉降稳定剂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和所述结构单元D摩尔比为x：y：z：q＝1：(0.09-0.34)：(0.28-0.36)：(0.03-0.05)；
其中，R4、R5、R6和R7相同或不同，各自独立地为H，或者，C1-C4的取代或未取代的烷基；
其中，m为15、17、19或21；
优选地，单体A、单体B、单体C和单体D的总用量为所述去离子水的用量的30-40重量％；
优选地，单体A、单体B、单体C、单体D和去离子水混合后的混合液的pH为6-8。
根据本发明，优选情况下，R4、R5、R6和R7相同或不同，各自独立地为H、甲基、乙基，正丙基，异丙基或丁基，更优选地为H；m为17、19或21。另外，在本发明中，当R4、R5、R6和R7各自独立地为H时，单体A为丙烯酰胺，单体B为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，单体C为N,N-二甲基丙烯酰胺，单体D为刚性的憎水单体。
根据本发明，丙烯酰胺(AM)作为反应单体之一，其优势在于丙烯酰胺具有极佳的水溶性并且价格低廉，以丙烯酰胺为主要单体合成的聚合物的主链结构为C-C，具备优良的化学稳定性，使聚合物具有一定的耐温耐盐能力，另外丙烯酰胺中的酰胺基团具有极佳的水溶性，不会对水泥浆产生缓凝、闪凝等不利影响。在本发明中，丙烯酰胺(AM)可以通过商购获得，例如，可以购自国药集团化学试剂有限公司，化学纯。
根据本发明，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)作为反应单体之一，其优势在于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸分子内空间位阻使其热稳定性良好，不易水解并且分子中含有磺酸根基团(-SO3-)，使其对外界的酸、碱和盐离子干扰不敏感，从而进一步提高了水泥浆沉降稳定剂的耐温耐盐能力，使其更好地应用于高温固井。在本发明中，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)可以通过商购获得，例如，可以购自广东翁江化学试剂有限公司，分析纯。
根据本发明，N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)作为反应单体之一，其优势在于可进一步改善分子的耐温和抗盐能力，并能够提高降失水性能。在本发明中，N,N-二甲基丙烯酰胺可以通过商购获得，例如，可以购自山东丰源化工有限公司，分析纯。
根据本发明，所述刚性的憎水单体可以通过实验手段自行合成。
在本发明中，通过提升单体中烷基链的长度，开发出一种刚性的憎水单体，所述刚性的憎水单体为刚性憎水的长链烷基含季铵盐型单体，可以赋予所合成聚合物热增黏能力，因此本发明利用氯丙烯和N,N-二甲基长链烷基叔胺(长链烷基数为14-20的偶数)合成一种刚性憎水的长链烷基含季铵盐型单体作为刚性的憎水单体，具体合成方法为：
(1)将脂肪醇和适量催化剂加入的反应釜内，加热反应釜，在温度为130℃时将一甲胺在35kg/h-50kg/h的流量下通入反应釜75-85min，最终反应釜保持反应温度在180-200℃，反应时间5-7h，从而合成出N,N-二甲基长链烷基叔胺(长链烷基数为14-20的偶数)；
(2)叔胺的季胺化是通过把季胺化剂(C3H5Cl)通入一个装有叔胺、少许碱液(Na2CO3)、醇溶剂(异丙醇)的封闭容器，在反应温度为75-90℃，反应压力为3.0×9.8×104Pa至3.5×9.8×104Pa的条件下合成的。
反应式如下：
其中，随着长链烷基链长的增加(m值增大)，所述刚性的憎水单体的憎水性将会增强，进一步优选m＝15、17、19或21的N,N-二甲基长链烷基叔胺来制得刚性的憎水单体。
另外，在本发明中，目前传统的温敏单体(如N-异丙基丙烯酰胺)的疏水性较弱，使所合成的聚合物只能在较低的温度下(20-50℃)具有热增黏特性。为实现高温增稠，低温不增稠的目标，本发明将采用憎水性更强的含长链烷基的刚性的憎水单体来合成油井水泥沉降稳定剂。
在本发明中，氯丙烯和N,N-二甲基长链烷基叔胺均可以通过商购获得，例如，氯丙烯可以购自济南仁源化工有限公司，化学纯；N,N-二甲基长链烷基叔胺可以购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，化学纯。
在本发明中，所述刚性的憎水单体，尤其是，优选情况下，本发明选用m＝15、17、19或21的N,N-二甲基长链烷基季胺盐作为反应单体之一，其优势在于刚性的憎水单体是一种强憎水性的N,N-二甲基长链烷基季胺盐，在低温下表现强憎水性，对水泥浆的稠度无不利影响，随着温度的升高，分子链上的疏水基团开始收缩聚集，聚合物分子开始从液相中聚集沉淀，使溶液的粘度显著增加，可以赋予所合成聚合物高温增粘的能力，解决传统温敏聚合物温度适应范围较低的问题，使油井水泥沉降稳定剂在高温环境下仍能充分发挥其沉降稳定的性能，真正达到“低温不增稠，高温增稠”的目的。
在本发明中，传统的AM-AMPS共聚物具备良好的抗高温、抗盐性能，合成工艺简便、成本低廉，因此被广泛应用于水泥浆外加剂和油田化学剂中，但传统的AM-AMPS共聚物的增粘效果较差，因此本发明在该传统共聚物的基础上，引入刚性的憎水单体，使所合成的聚合物具有随温度升高而粘度增加的热增黏能力。
根据本发明，优选情况下，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、刚性的憎水单体和去离子水混合后的混合液的pH为6-8；
优选地，所述共聚反应的条件包括：在温度为40-60℃条件下，在静置条件下，反应6-8h；在本发明中，可以采用质量分数为10％的NaOH溶液调节反应体系至pH。
根据本发明，该方法在引发剂存在的条件下进行，所述引发剂可以为亚硫酸氢钠和/或过硫酸铵；所述亚硫酸氢钠与所述过硫酸铵的用量的摩尔比为1：(1.2-1.5)，优选为1：1.2；更优选地，所述亚硫酸氢钠与所述过硫酸铵的总用量为单体A、单体B、单体C和单体D的总用量的0.5-1重量％；更优选地，所述亚硫酸氢钠与所述过硫酸铵的总用量为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和所述刚性的憎水单体的总用量的0.5-1重量％。
根据本发明，将单体A、单体B、单体C和单体D(例如，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和所述刚性的憎水单体)全部溶于去离子水，搅拌均匀后形成混合液，调节pH，然后可以将调好pH值的混合液置于三口烧瓶中，排出三口烧瓶中的氧气并将三口烧瓶置于50-60℃，优选为50℃的水浴箱中以100-200r/min，优选100r/min恒速搅拌，待反应溶液温度升至50-60℃，优选为50℃时，将所述引发剂以0.5-1.0ml/min的滴加速率滴加至2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、所述刚性的憎水单体和所述去离子水混合后的混合液中，于30min后反应体系开始增粘停止搅拌，静置反应6-8h，优选8h即得到乳白色的聚合物，经提纯、干燥得到油井水泥沉降稳定剂。
其中，所述的排除反应容器中的氧气可以为向反应容器中充入氮气。
其中，可以采用无水乙醇进行提纯1-6次。
其中，所述的干燥可以采用恒温干燥箱干燥，干燥的时间没有具体限定，只要将其干燥即可，例如，可以为6-8h，优选为8h。
本发明第三方面提供了一种固井水泥浆，其中，该固井水泥浆包括前述所述的油井水泥沉降稳定剂或者前述所述的方法制得的油井水泥沉降稳定剂。
优选情况下，以该固井水泥浆的总重量为基准，所述油井水泥沉降稳定剂的用量可以为0.4-0.8重量％。
在本发明中，该固井水泥浆的配方没有具体限定，可以为本领域技术人员的常规选择，例如，测试例所使用的高温高密度固井水泥浆的配方为G级油井水泥+33％硅粉+140％钛铁矿+5％高温降失水剂+0.5％THIX-558消泡剂+1.1％高温缓凝剂+68％水，水泥浆密度为2.50g/cm3。
本发明的第四方面提供了一种前述所述的油井水泥沉降稳定剂或者前述所述的方法制得的油井水泥沉降稳定剂或者前述所述的固井水泥浆在石油与天然气固井工程领域中的应用。
优选情况下，所述固井可以为高温深井、超深井、大斜度井和水平井中的一种或多种。
通过上述技术方案，本发明的优点在于：
(1)本发明的油井水泥沉降稳定剂不影响水泥的正常水化反应，可以提高水泥石的抗压强度并降低水泥浆的API失水量和游离液，改善水泥浆体系的综合性能。
(2)本发明的油井水泥沉降稳定剂油井水泥沉降稳定剂具有良好的可操作性，可与水泥直接干混使用，也可直接加入水中湿混使用，与其他外加剂配伍性好，适应性强。
(3)本发明的油井水泥沉降稳定剂油井水泥沉降稳定剂在较低温度下，由于自身的憎水性，其分子链会相互缠绕纠结，不会完全发挥其增粘能力，随着温度上升，油井水泥沉降稳定剂油井水泥沉降稳定剂的分子链会进一步溶解伸展，形成更加紧密的空间网状结构，从而使溶液的粘度显著提高，达到“低温不增稠，高温增稠”的目的，既保证了水泥浆在低温下的正常泵送，又保证了高温条件下水泥浆的沉降稳定性，适用于石油与天然气勘探开发过程的高温固井作业中。
(4)工艺操作简便，聚合反应易控制，产率较高。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中：
按标准GB/T 19139-2003“油井水泥试验方法”，并参考标准SY/T 6544-2003“油井水泥浆性能要求”、SY/T 6466-2000“油井水泥石抗高温性能评价方法”测试水泥浆体系的性能。
实施例和对比例中所用的原料均为常规市购产品，且为该技术领域的技术人员熟知的产品。
实施例1
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的油井水泥沉降稳定剂。
称取3重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(单体B)，8重量份丙烯酰胺(单体A)，4重量份N,N-二甲基丙烯酰胺(单体C)，2重量份刚性的憎水单体(单体D)；
其中，所述刚性的憎水单体具有式(VIII)所示的结构，并且，R6为H，m为21；
将四种单体全部溶于70份去离子水，搅拌均匀形成混合液，在室温条件下，加入适量的氢氧化钠溶液，调节混合液pH为6.5，将调好pH值的混合液置于反应容器中，将反应容器置于55℃恒温水浴中，向反应容器中通入氮气以排除反应容器中的氧气，并用搅拌器搅拌至反应容器内混合液的温度达到恒温55℃，缓慢滴加质量分数为1.0％的引发剂溶液，其中含有1份的亚硫酸氢钠和1.2份的过硫酸铵，恒温反应6h后，得到粘稠液体，用无水乙醇提纯4次，经恒温干燥箱干燥10h后研磨得到粉末状沉降稳定剂，标记为S1。
其中，该油井水泥沉降稳定剂S1含有的结构为：
[CH2CM1H]x-[CM2HCH2]y-[C5H9NO]z-[CH2CM3HCl-]q；其中，M1为-CONH2，M2为-CONHC(CH3)2CH2SO3H，M3为-[NCH2(CH3)2(CH2)mCH3]+；
其中，x：y：z：q＝1：0.13：0.36：0.04；以及
该油井水泥沉降稳定剂S1的重均分子量为457万。
实施例2
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的油井水泥沉降稳定剂。
称取6重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，20重量份丙烯酰胺，10重量份N,N-二甲基丙烯酰胺，5重量份刚性的憎水单体；
将四种单体全部溶于65重量份去离子水，搅拌均匀形成混合液，在室温条件下，加入适量的氢氧化钠溶液，调节混合液pH为6.5，将调好pH值的混合液置于反应容器中，将反应容器置于60℃恒温水浴中，向反应容器中通入氮气以排除反应容器中的氧气，并用搅拌器搅拌至反应容器内混合液的温度达到恒温60℃，缓慢滴加质量分数为1.0％的引发剂溶液，其中含有1重量份的亚硫酸氢钠和1.2重量份的过硫酸铵，恒温反应6h后，得到粘稠液体，用无水乙醇提纯4次，经恒温干燥箱干燥12h后研磨得到粉末状沉降稳定剂，标记为S2。
其中，该油井水泥沉降稳定剂S2含有的结构为：
[CH2CM1H]x-[CM2HCH2]y-[C5H9NO]z-[CH2CM3HCl-]q；其中，M1为-CONH2，M2为-CONHC(CH3)2CH2SO3H，M3为-[NCH2(CH3)2(CH2)mCH3]+；
其中，x：y：z：q＝1：0.1：0.36：0.04；以及
该油井水泥沉降稳定剂S2的重均分子量为525万。
实施例3
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的油井水泥沉降稳定剂。
称取4重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，15重量份丙烯酰胺，7重量份N,N-二甲基丙烯酰胺，3.5重量份刚性的憎水单体；
将四种单体全部溶于70重量份去离子水，搅拌均匀形成混合液，在室温条件下，加入适量的氢氧化钠溶液，调节混合液pH为6.5，将调好pH值的混合液置于反应容器中，将反应容器置于55℃恒温水浴中，向反应容器中通入氮气以排除反应容器中的氧气，并用搅拌器搅拌至反应容器内混合液的温度达到恒温55℃，缓慢滴加质量分数为0.5％的引发剂溶液，其中含有1重量份的亚硫酸氢钠和1.2重量份的过硫酸铵，恒温反应6h后，得到粘稠液体，用无水乙醇提纯4次，经恒温干燥箱干燥11h后研磨得到粉末状沉降稳定剂，标记为S3。
其中，该油井水泥沉降稳定剂S3含有的结构为：
[CH2CM1H]x-[CM2HCH2]y-[C5H9NO]z-[CH2CM3HCl-]q；其中，M1为-CONH2，M2为-CONHC(CH3)2CH2SO3H，M3为-[NCH2(CH3)2(CH2)mCH3]+；
其中，x：y：z：q＝1：0.09：0.34：0.04；以及
该油井水泥沉降稳定剂S3的重均分子量为486万。
实施例4
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的油井水泥沉降稳定剂。
称取10重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，10重量份丙烯酰胺，5重量份N,N-二甲基丙烯酰胺，2重量份刚性的憎水单体；
将四种单体全部溶于70重量份去离子水，搅拌均匀形成混合液，在室温条件下，加入适量的氢氧化钠溶液，调节混合液pH为7，将调好pH值的混合液置于反应容器中，将反应容器置于55℃恒温水浴中，向反应容器中通入氮气以排除反应容器中的氧气，并用搅拌器搅拌至反应容器内混合液的温度达到恒温55℃，缓慢滴加质量分数为1.0％的引发剂溶液，其中含有1重量份的亚硫酸氢钠和1.2重量份的过硫酸铵，恒温反应6h后，得到粘稠液体，用无水乙醇提纯4次，经恒温干燥箱干燥12h后研磨得到粉末状沉降稳定剂，标记为S4。
其中，该油井水泥沉降稳定剂S4含有的结构为：
[CH2CM1H]x-[CM2HCH2]y-[C5H9NO]z-[CH2CM3HCl-]q；其中，M1为-CONH2，M2为-CONHC(CH3)2CH2SO3H，M3为-[NCH2(CH3)2(CH2)mCH3]+；
其中，x：y：z：q＝1：0.34：0.36：0.03；以及
该油井水泥沉降稳定剂S4的重均分子量为440万。
实施例5
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的油井水泥沉降稳定剂。
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：所述刚性的憎水单体具有式(VIII)所示的结构，并且，R6为H，m为15。
结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为S5；
其中，该油井水泥沉降稳定剂S5含有的结构为：
[CH2CM1H]x-[CM2HCH2]y-[C5H9NO]z-[CH2CM3HCl-]q；其中，M1为-CONH2，M2为-CONHC(CH3)2CH2SO3H，M3为-[NCH2(CH3)2(CH2)mCH3]+；
其中，x：y：z：q＝1：0.13：0.36：0.05；以及
该油井水泥沉降稳定剂S5的重均分子量为422万。
实施例6
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的油井水泥沉降稳定剂。
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：所述刚性的憎水单体具有式(VIII)所示的结构，并且，R6为H，m为17。
结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为S6；
其中，该油井水泥沉降稳定剂S6含有的结构为：
[CH2CM1H]x-[CM2HCH2]y-[C5H9NO]z-[CH2CM3HCl-]q；其中，M1为-CONH2，M2为-CONHC(CH3)2CH2SO3H，M3为-[NCH2(CH3)2(CH2)mCH3]+；
其中，x：y：z：q＝1：0.13：0.36：0.047；以及
该油井水泥沉降稳定剂S6的重均分子量为431万。
实施例7
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的油井水泥沉降稳定剂。
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：所述刚性的憎水单体具有式(VIII)所示的结构，并且，R6为H，m为19。
结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为S7；
其中，该油井水泥沉降稳定剂S7含有的结构为：
[CH2CM1H]x-[CM2HCH2]y-[C5H9NO]z-[CH2CM3HCl-]q；其中，M1为-CONH2，M2为-CONHC(CH3)2CH2SO3H，M3为-[NCH2(CH3)2(CH2)mCH3]+；
其中，x：y：z：q＝1：0.13：0.36：0.044；以及
该油井水泥沉降稳定剂S7的重均分子量为438万。
实施例8
本实施例在于说明采用本发明的方法制备的油井水泥沉降稳定剂。
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：pH为8以及相应调整各个单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和刚性的憎水单体的用量。
结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为S8；
其中，该油井水泥沉降稳定剂S8含有的结构为：
[CH2CM1H]x-[CM2HCH2]y-[C5H9NO]z-[CH2CM3HCl-]q；其中，M1为-CONH2，M2为-CONHC(CH3)2CH2SO3H，M3为-[NCH2(CH3)2(CH2)mCH3]+；
其中，x：y：z：q＝1：0.11：0.28：0.04；以及
该油井水泥沉降稳定剂S8的重均分子量为403万。
对比例1
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：采用羟乙基纤维素作为沉降稳定剂。将结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为DS1。
对比例2
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：采用黄原胶作为沉降稳定剂。将结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为DS2。
对比例3
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：采用羟丙基瓜尔胶作为沉降稳定剂。将结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为DS3。
对比例4
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和所述刚性的憎水单体的用量的重量比为1：5：5：3。
将结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为DS4。
对比例5
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和所述刚性的憎水单体的用量使得所制备的油井水泥沉降稳定剂的重均分子量为175万。
将结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为DS5。
对比例6
按照与实施例1相同的方法制备油井水泥沉降稳定剂，所不同之处在于：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和所述刚性的憎水单体的用量使得所制备得油井水泥沉降稳定剂的重均分子量为145万。
将结果制备得到的油井水泥沉降稳定剂，标记为DS6。
测试例1
配制不同浓度(0.6重量％、0.4重量％和0.2重量％)的实施例1所述的油井水泥沉降稳定剂，用六速旋转粘度计(青岛海通达专用仪器有限公司)分别测定其表观粘度，剪切速率170.3s-1，控温方式为水浴控温，控制温升为1℃，结果如图1所示。
由图1可以看出，实施例1的0.6重量％和0.4重量％浓度的油井水泥沉降稳定剂具备热增黏特性，且随着油井水泥沉降稳定剂浓度的增加，增粘效果更加显著。而浓度为0.2重量％的油井水泥沉降稳定剂高温流变曲线非常平滑，其表观粘度基本不随温度升高而改变。本试验例只测试到82℃，从0.6重量％浓度的油井水泥沉降稳定剂表观粘度随温度变化曲线的趋势来看，该油井水泥沉降稳定剂的增粘效果要大于82℃。
测试例2
配制浓度为3重量％的实施例1所述的油井水泥沉降稳定剂，利用高温流变仪测定其表观粘度，剪切速率732.4s-1，控温方式为水浴控温，温度区间为室温至260℃，控制升温速度为2℃/min，结果如图2所示。
由图2可以看出，在剪切速率为732.4s-1条件下，浓度为3重量％的实施例1油井水泥沉降稳定剂在低温条件下增粘不明显，随着温度的升高，表观粘度逐渐增大，最大温度范围在165～200℃之间，在此温度范围内油井水泥沉降稳定剂始终保持在较高的粘度范围，较高粘度范围在220～230mPa·s之间，说明本发明的油井水泥沉降稳定剂具有良好的耐温性，耐温高达200℃，适用于深井以及超深井的固井作业。
测试例3
向高温高密度固井水泥浆体系中分别加入质量分数为0～0.8％实施例1所述的油井水泥沉降稳定剂，所使用的高温降失水剂和高温缓凝剂均由中石化胜利固井公司提供。按标准GB/T 19139-2003“油井水泥试验方法”，并参考标准SY/T 6544-2003“油井水泥浆性能要求”、SY/T 6466-2000“油井水泥石抗高温性能评价方法”测试水泥浆体系的性能，测试水泥浆的初始稠度、稠化时间、API失水量、游离液量、抗压强度和水泥浆的上下密度差，养护温度为150℃，养护时间为24h。其中水泥浆上下密度差的评价方法是：将高温高密度水泥浆在150℃下在稠化仪中搅拌20min，并在90℃条件下养护2.5h后，测试其上下密度从而计算出密度差，当上下密度差小于等于0.03g/cm3时，说明沉降稳定性良好。结果如表1油井水泥沉降稳定剂加量对水泥浆性能影响所示。
表1
根据表1中的实验结果可知，本发明的油井水泥沉降稳定剂对高温固井水泥浆的初始稠度增大影响较小，并且对稠化时间没有较明显的影响，同时高温高密度固井水泥浆的API失水量和游离液量均有明显的降低，说明油井水泥沉降稳定剂具备一定的降失水能力。另外，本发明的油井水泥沉降稳定剂在加量为0.4％-0.8％时提高了水泥石的抗压强度，降低了水泥浆上下密度差，提高了水泥浆的综合性能。
测试例4
分别配制质量分数为0.6重量％实施例1的沉降稳定剂溶液、0.6重量％对比例1羟乙基纤维素溶液、0.6重量％对比例2黄原胶溶液和0.6重量％对比例3羟丙基瓜尔胶溶液，用六速旋转粘度计(青岛海通达专用仪器有限公司)分别测定其表观粘度，剪切速率732.4s-1，控温方式为水浴控温，控制温升为5℃，结果如图3所示。
由图3可以看出，油井水泥沉降稳定剂溶液具有热增黏特性，在常温下(20～50℃)具有最低的表观粘度，达到一定温度之后，该溶液的粘度会随着温度的提高而逐渐上升；羟乙基纤维素溶液、黄原胶溶液以及羟丙基瓜尔胶溶液在常温条件下表现为高粘度，但是随着温度的升高，其粘度迅速下降；在常温下(25℃)的表观粘度大小为：0.6重量％羟丙基瓜尔胶溶液<0.6重量％黄原胶溶液<0.6重量％油井水泥沉降稳定剂溶液<0.6重量％羟乙基纤维素溶液；在高温下(80℃)的表观粘度大小为：0.6重量％羟乙基纤维素溶液<0.6重量％黄原胶溶液<0.6重量％羟丙基瓜尔胶溶液<0.6重量％油井水泥沉降稳定剂溶液。
综上所述，羟乙基纤维素、黄原胶和羟丙基瓜尔胶在常温条件下能有效提高液相的表观粘度，而在高温下几乎没有增粘作用，而本发明的油井水泥沉降稳定剂能够实现热增黏的效果。
测试例5
将实施例1所述的油井水泥沉降稳定剂研磨成粉，利用热重分析仪TG209F3(德国耐驰仪器制造有限公司)测量质量损失以及热电势差随温度的变化曲线，结果如图4所示。
由图4可以看出，油井水泥沉降稳定剂的热重曲线和差热曲线可以分为4个阶段：第一阶段为25℃至230℃，此阶段热重曲线和差热曲线的变化都很平稳缓慢，聚合物的重量损失约为7.3重量％，这主要是由于水分受热蒸发导致的重量损失；第二阶段为230℃至336℃，此阶段聚合物重量下降明显，重量损失约为26.3重量％，且差热曲线上出现一个明显的吸热峰，这主要由于油井水泥沉降稳定剂所含有的酰胺、磺酸等含氧基团开始受热分解，导致较明显的重量损失；第三阶段为336℃至438℃，此阶段的重量损失进一步加剧，损失约为39.4重量％，且差热曲线也随温度的升高而明显下降，说明油井水泥沉降稳定剂的主链已经开始发生断裂，聚合物分子开始彻底分解；第四阶段为438℃以上，油井水泥沉降稳定剂粉末的重量已经趋于平稳，说明其已经分解完全，只剩下碳质残余物重量约27.5重量％。因此，本发明所合成的油井水泥沉降稳定剂具有优异的热稳定性，其在230℃以下能保证分子结构的完整。
测试例6
按照配方配制高温高密度固井水泥浆，所使用的高温降失水剂和高温缓凝剂由中石化胜利固井公司提供。其中未加入沉降稳定剂的记为水泥浆A，将实施例1，对比例1～3中所述的沉降稳定剂直接与粉末材料干混后制备的水泥浆分别记为水泥浆S1、DS1、DS2、DS3。根据标准GB/T 19139-2003“油井水泥试验方法”，并参考标准SY/T 6544-2003“油井水泥浆性能要求”、SY/T 6466-2000“油井水泥石抗高温性能评价方法”，测试水泥浆的稠度、稠化时间、API失水量、游离液量、抗压强度和水泥浆的上下密度差，以评价不同沉降稳定剂对水泥浆性能的影响。其中水泥浆上下密度差的评价方法是：30℃时，将高温高密度水泥浆在30℃下在稠化仪中搅拌20min，并在室温条件下养护2.5h后，测试其上下密度从而计算出密度差；100℃、150℃和200℃时，将高温高密度水泥浆分别在100℃、150℃和200℃下在稠化仪中搅拌20min，并在90℃条件下养护2.5h后，测试其上下密度从而计算出密度差，当上下密度差小于等于0.03g/cm3时，说明沉降稳定性良好。结果如表2不同沉降稳定剂对水泥浆性能的影响所示。
表2
根据表2的实验结果可知：
(1)本发明的油井水泥沉降稳定剂在常温下，例如，温度为30℃时，不会增加水泥浆初始稠度，在高温下，例如，温度为100℃、150℃、200℃时，则会起到增稠的效果，使水泥浆的稠度保持在合理的范围内，有利于防止水泥浆沉降。而羟乙基纤维素、羟丙基瓜尔胶、黄原胶在常温下，例如，温度为30℃时，会增加水泥浆的初始稠度，降低水泥浆的流变性能，不利于水泥浆的泵送，在高温下，例如，温度为100℃、150℃、200℃时，则稠度则会明显降低，起不到明显增稠的作用，难以达到理想的提高沉降稳定性的效果。
(2)另外加入油井水泥沉降稳定剂和羟乙基纤维素的水泥的稠化时间随着温度的提高并无明显变化，而羟丙基瓜尔胶和黄原胶明显延长了水泥的稠化时间，影响水泥的正常水化反应。因此，本发明所述的油井水泥沉降稳定剂能够实现“低温不增稠，高温增稠”的目标，有效提高固井水泥浆的沉降稳定性。
(3)本发明的油井水泥沉降稳定剂、羟乙基纤维素、羟丙基瓜尔胶和黄原胶四种沉降稳定剂均可降低API失水量和游离液量，但从效果来看，油井水泥沉降稳定剂>羟乙基纤维素>羟丙基瓜尔胶>黄原胶。因此，该实验结果说明本发明的油井水泥沉降稳定剂具备较为优异的降失水性能，能够有效提高固井水泥浆的综合性能。
(4)无论是否添加油井水泥沉降稳定剂，100℃以上时水泥石的抗压强度均随着温度的升高而降低。在同一温度下，本发明的油井水泥沉降稳定剂和羟乙基纤维素可以稍微提高水泥石的抗压强度，而羟丙基瓜尔胶和黄原胶会明显降低水泥石的抗压强度，不适用于深井高温高压的环境。
(5)在常温条件下，例如，温度为30℃时，则本发明的油井水泥沉降稳定剂、羟乙基纤维素、羟丙基瓜尔胶和黄原胶四种沉降稳定剂均可降低水泥浆上下密度差，而在高温条件下，例如，温度为100℃、150℃、200℃时，则只有发明的油井水泥沉降稳定剂既能够明显降低水泥浆的上下密度差又达到沉降稳定标准。因此，本发明的油井水泥沉降稳定剂可在常温和高温下起到沉降稳定作用，温度范围广，具有良好的耐温性能，耐温高达200℃。
综上所述，从使用效果来看，本发明的油井水泥沉降稳定剂S1对水泥浆的综合性能无不利影响，并且可以提高水泥浆的高温稳定性能和降失水性能，确保固井质量。本发明提供的油井水泥沉降稳定剂在高温深井、大斜度井和水平井等特殊固井作业中，具有良好的应用前景。
测试例7
按照与测试例6相同的方法进行测试，其中未加入油井水泥沉降稳定剂的记为水泥浆A，所不同之处在于：将实施例2-8，对比例4-6中所述的油井水泥沉降稳定剂直接与粉末材料干混后制备的水泥浆分别记为水泥浆S2-S8，以及DS4-DS6。结果如表3不同油井水泥沉降稳定剂对水泥浆性能的影响所示。
表3
根据表3的实验结果可知：
(1)在稠度方面，本发明的油井水泥沉降稳定剂S2-S8在常温下，例如，温度为30℃时，不会增加水泥浆初始稠度，在高温下，例如，温度为100℃、150℃、200℃时，则会起到增稠的效果，使水泥浆稠度保持在合理的范围内。而对比例4-6在常温下，例如，温度为30℃时，会增加水泥浆的初始稠度，降低水泥浆的流变性能，不利于水泥浆的泵送，在高温下，例如，温度为100℃、150℃、200℃时，则稠度则会明显降低，起不到明显增稠的作用，难以达到理想的提高沉降稳定性的效果。
(2)在稠化时间方面，加入油井水泥沉降稳定剂S2-S8的稠化时间随着温度的提高并无明显变化，而对比例4-6明显延长了水泥的稠化时间，影响水泥的正常水化反应。因此，本发明所述的油井水泥沉降稳定剂能够实现“低温不增稠，高温增稠”的目标，有效提高固井水泥浆的沉降稳定性。
(3)无论是否添加油井水泥沉降稳定剂，100℃以上时水泥石的抗压强度均随着温度的升高而降低。在同一温度下，本发明的油井水泥沉降稳定剂可以稍微提高水泥石的抗压强度，而对比例4-6会明显降低水泥石的抗压强度，不适用于深井高温高压的环境。
(4)在常温条件下，例如，温度为30℃时，则本发明的油井水泥沉降稳定剂S2-S8和对比例4-6均可降低水泥浆上下密度差，而在高温条件下，例如，温度为100℃、150℃、200℃时，则只有发明的油井水泥沉降稳定剂S2-S8既能够明显降低水泥浆的上下密度差又达到沉降稳定标准。因此，本发明的油井水泥沉降稳定剂可在常温和高温下起到沉降稳定作用，温度范围广，具有良好的耐温性能，耐温高达200℃。
综上所述，从使用效果来看，本发明的油井水泥沉降稳定剂S2-S8对水泥浆的综合性能无不利影响，并且可以提高水泥浆的高温稳定性能，确保固井质量。本发明提供的油井水泥沉降稳定剂在高温深井、大斜度井和水平井等特殊固井作业中，具有良好的应用前景。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油井水泥沉降稳定剂，其特征在于，该油井水泥沉降稳定剂含有式(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)所示的结构单元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的摩尔比为x：y：z：q＝1：(0.09-0.34)：(0.28-0.36)：(0.03-0.05)；
其中，R1、R2、R3和R8相同或不同，各自独立地为H，或者，C1-C4的取代或未取代的烷基；
其中，m为15、17、19或21。
2.根据权利要求1所述的油井水泥沉降稳定剂，其中，R1、R2、R3和R8相同或不同，各自独立地为H、甲基、乙基，正丙基，异丙基或丁基，更优选地为H；m为17、19或21。
3.根据权利要求1或2所述的油井水泥沉降稳定剂，其中，所述油井水泥沉降稳定剂的重均分子量为420万-550万，优选为450万-530万。
4.权利要求1-3中任意一项所述的油井水泥沉降稳定剂的制备方法，其特征在于，该方法包括在引发剂存在下，将单体A、单体B、单体C、单体D和去离子水混合后进行共聚反应；
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，R4、R5、R6和R7相同或不同，各自独立地为H，或者，C1-C4的取代或未取代的烷基；
其中，m为15、17、19或21；
单体A、单体B、单体C和单体D的用量的重量比为(1-30)：(1-10)：(1-10)：1，优选为(4-20)：(1-6)：(2-10)：1。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，单体A、单体B、单体C和单体D的用量使得该油井水泥沉降稳定剂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和所述结构单元D摩尔比为x：y：z：q＝1：(0.09-0.34)：(0.28-0.36)：(0.03-0.05)；
其中，R4、R5、R6和R7相同或不同，各自独立地为H，或者，C1-C4的取代或未取代的烷基；
其中，m为15、17、19或21；
优选地，单体A、单体B、单体C和单体D的总用量为所述去离子水的用量的30-40重量％；
优选地，单体A、单体B、单体C、单体D和去离子水混合后的混合液的pH为6-8。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述引发剂为亚硫酸氢钠和/或过硫酸铵；
优选地，所述亚硫酸氢钠与所述过硫酸铵的用量的摩尔比为1：(1.2-1.5)；
优选地，所述亚硫酸氢钠与所述过硫酸铵的总用量为单体A、单体B、单体C和单体D的总用量的0.5-1重量％。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，所述共聚反应的条件包括：在温度为40-60℃条件下，在静置条件下，反应6-8h。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述引发剂在搅拌速率为100-200r/min恒速搅拌下，以0.5-1.0ml/min的滴加速率滴加至单体A、单体B、单体C、单体D和所述去离子水混合后的混合液中。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括将经所述共聚反应后的反应产物进行提纯和干燥处理，以及采用无水乙醇进行提纯1-6次。
10.一种固井水泥浆，其特征在于，该固井水泥浆包括权利要求1-3中任意一项所述的油井水泥沉降稳定剂或者权利要求4-9中任意一项所述的方法制得的油井水泥沉降稳定剂；优选地，以该固井水泥浆的总重量为基准，所述油井水泥沉降稳定剂的用量可以为0.4-0.8重量％。
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