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本论文在硅酸盐G级油井水泥水化理论和水泥缓凝剂工程应用的引导下,通过共聚物缓凝剂分子结构设计、聚合物单体选择、聚合反应引发剂确定和设计聚合反应合成工艺,进行了有关的合成实验,获得了聚合产物。对合成的聚合物分别进行红外光谱分析(IR)、核磁共振氢谱分析(H-NMR)和热重-差热分析(TG-DSC),确定为本论文所设计的缓凝剂目标产物。经水泥石抗压强度实验和稠化实验,发现了所合成共聚物缓凝剂对水泥性能的影响规律。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,研究共聚物缓凝剂对水泥石性能影响的内在原因,同时探索了共聚物缓凝剂的缓凝机理。为后续进一步研发高温油井水泥缓凝剂具有参考价值和指导意义。本论文主要的研究工作包括：(1)设计出两种体系共聚物缓凝剂,它们分别是2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸(AMPS)/苯乙烯磺酸钠(SSS)/衣康酸(LA)和2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸(AMPS)/苯乙烯磺酸钠(SSS)/马来酸酐(MAH)。对这两种体系进行聚合反应所获得的共聚物,分别在设置条件下进行正交实验,通过水泥浆的稠化时间确定它们在不同环境下的最佳配方。碱性条件下制备AMPS/SSS/IA的最佳配方为：溶液酸碱度pH=7、引发剂加量3%、反应时间5h、反应温度60℃、单体摩尔比AMPS:IA:SSS=3:2:1;酸性条件下制备AMPS/SSS/IA的最佳配方为：引发剂加量4%、溶液酸碱度pH=1、单体摩尔比AMPS:IA:SSS=3:2:2、反应温度80℃、反应时间5h。碱性条件下制备AMPS/SSS/MAH的最佳配方为：溶液酸碱度pH=11、引发剂加量4%、反应时间6h、反应温度60℃、单体摩尔比AMPS: MAH:SSS=3:2:2;酸性条件下制备AMPS/SSS/MAH的最佳配方为：反应温度70℃、引发剂加量3%、反应时间6h、溶液酸碱度pH=5、单体摩尔比AMPS:MAH:SSS=3：2：1。(2)对在酸碱性条件下制备的两种体系缓凝剂分别进行性能对比,结果表明,在碱性条件下制备的高温油井水泥缓凝剂具有更加优良的综合性能,能更好的满足固井工程需要。分别对碱性条件下制备的高温油井水泥缓凝剂AMPS/SSS/IA和AMPS/SSS/MAH进行水泥石早期抗压强度实验、常压稠化实验和高温高压稠化实验,结果表明,这两种缓凝剂都对水泥石早期抗压强度影响较小,水泥浆常压稠化时间随缓凝剂加量线性可调,具有良好的高温稠化性能。通过对比两种体系缓凝剂的各种性能,结果表明,碱性条件下制备的两种聚合物高温油井水泥缓凝剂,AMPS/SSS/IA的综合性能要略优于AMPS/SSS/MAH.(3)通过XRD和SEM对含有两种缓凝剂的水泥石进行表征分析发现,虽然这两种缓凝剂分子结构相似,但是它们的性能存在一些差异,对水泥石的结构和形貌产生了不同的影响。在碱性条件下制备的缓凝剂,AMPS/SSS/IA主要促使硅酸钙凝胶和钙矾石晶体的形成；AMPS/SSS/MAH则主要促使钙矾石的形成,硅酸钙凝胶基本没有变化。(4)利用XRD和SEM表征信息,探索了两种缓凝剂的缓凝机理。碱性条件下所制备缓凝剂AMPS/SSS/IA的缓凝机理为：共聚物AMPS/SSS/IA主要通过与水泥浆中游离的钙离子反应生成复杂的Ca2+螯合体并且这种螯合体会吸附于正在发育的Ca(OH)2晶核上,阻止Ca(OH)2晶体形成和生长；缓凝剂在一定程度上促进了C3S的初期水化,引起C3S水化时形成的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶包覆层增厚,增加了粒子在包覆层中运输的阻力,降低了水泥的水化速率,从而延长了水泥浆的稠化时间。而碱性条件下所制备缓凝剂AMPS/SSS/MAH的缓凝机理则为：共聚物AMPS/SSS/MAH主要通过吸附在C3S水化时形成的“富硅层”外面,降低“富硅层”的渗透性,以及与游离Ca2+形成复杂的Ca2+螯合体阻止Ca(OH)2晶体的形成和生长,进而延长水泥稠化时间。