新型油井水泥缓凝剂CR22L的室内研究.doc

新型油井水泥缓凝剂CR22L的室内研究 宋维凯1田野1汪蕾1韩冰2田宏伟2 （1.中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，河北三河065201；2.中海油田服务股份有限公司化学公司，中国天津300450） 【摘要】本文介绍了一种以马来酸酐和对苯乙烯磺酸钠为原料合成的聚合物，再向其中加入7.5%六偏磷酸钠和3.5%柠檬酸复配而制得的缓凝剂CR22L。研究结果表明：该缓凝剂有较好的缓凝效果，温度敏感性小；掺量敏感性呈现直线线性关系，且稠化曲线呈现直角稠化；与其它油井水泥外加剂配伍性良好，水泥浆性能稳定，是一种优良的油井水泥缓凝剂产品。 关键词缓凝剂；温度敏感性；稠化时间；掺量敏感性 固井工程包括下套管作业和注水泥浆作业，目的是为了封隔油、气和水层、易坍塌、易漏失的复杂地层，支撑套管等。固井过程中通过加入缓凝剂来延长水泥浆的稠化时间，使水泥浆的性能满足安全泵送要求，避免“灌香肠”、“插旗干”等事故的发生。性能优良的缓凝剂应该是稠化时间与掺量成正比例关系，且稠化时间随着温度增加而降低，不会出现“稠化反转现象”，并与各种油井水泥和水泥外加剂有良好的适应性和配伍相容性。 目前缓凝剂产品种类较多，有些产品存在温度敏感性和掺量敏感性较差的问题，导致在注水泥施工过程中出现超缓凝现象、稠化时间不可调甚至会出现提前凝固的事故，造成巨大的经济损失。因此，研选一种性能稳定、温度敏感性和掺量敏感性小的缓凝剂是十分有必要的。本文介绍了一种由聚合物与无机物、有机酸复配而成的缓凝剂CR22L，从温度敏感性和掺量敏感性对水泥浆性能影响等方面探讨了该缓凝剂的性能。 实验部分 仪器 千德乐8040型高温高压双釜稠化仪；泰格1220型常压稠化仪；千德乐3500LS自动粘度计；DFC-0705S型高温高压失水仪；泰格TG-1280A常压养护箱；YJ-xx型匀加荷压力试验机等。 新型缓凝剂CR22L的合成 将马来酸酐和对苯乙烯磺酸钠按照摩尔比2:1加热溶解于去离子水中，加热至90，通氮气驱氧30分钟后，加入1.75%的过硫酸铵引发，反应4小时后得到聚合产物，再向其中加入7.5%六偏磷酸钠和3.5%柠檬酸。 试验水泥浆配方 SDG+40%FW+4%PC-G80L+x%缓凝剂+0.25%PC-X60L，水泥浆密度为1.90g/cm3。 式中：SDG为G级水泥，山东淄博水泥厂；降失水剂PC-G80L和消泡剂PC-X60L，天津中海油服化学有限公司；百分数为占水泥重量的百分比。 试验方法 试验方法参照APIRP10B-2-xx。 结果与讨论 温度敏感性 稠化试验一般在井底循环温度的条件下进行，而探测的井底循环温度一般都会与真实值间存在偏差，温度敏感性大的缓凝剂会因为温度的变化出现超缓凝或者早凝的现象，造成气窜、“插旗干”等事故的发生。这就要求缓凝剂具有较小的温度敏感性，才能保证固井施工安全。试验温度与CR22L缓凝效果的关系如图1所示。 由图1得知，缓凝剂CR22L对稠化时间的影响随着温度的降低呈缩短趋势并无反转现象，表明温度敏感性小，满足固井施工要求。 掺量敏感性 CR22L掺量与稠化时间的关系及稠化曲线线型如图2、图3所示。 由图2可知，新型复配缓凝剂CR22L的掺量与稠化时间呈现直线线性关系，表明掺量敏感性小。掺量敏感性呈直线线性关系的缓凝剂在固井施工过程中稠化时间易于调控，属于一种理想、安全的高效缓凝剂1。 由图3得知，稠化曲线平稳，无台阶、无鼓包现象等现象，表明水泥浆性能稳定，与各种外加剂配伍性良好，而且呈直角稠化，稠化过度时间短，降低水、气窜发生率，是一种优良的油井水泥缓凝剂产品。 综合性能评价实验 为了综合评价缓凝剂CR22L，与常用的一种缓凝剂CR21L进行了性能比较，结果见表1。 在保证相同稠化时间的条件下研究缓凝剂CR22L的性能，由表1可知，水泥浆个方面性能都良好，失水可控、良好的流变性、较高的抗压强度，表明CR22L与各种固井所用外加剂配伍相容性良好。CR22L各方面性能均优于CR21L，尤其在抗压强度方面明显高于缓凝剂CR21L。 缓凝机理探讨 本试验缓凝剂属于复配缓凝剂，包含无机物质和有机物质。无机缓凝组分一般属于电解质，溶解于水泥浆中形成带电粒子，通过影响C-S-H凝胶成核、Ca(OH)2和钙矾石的形成来调控时间。有机组分一般包括羟基、羧基等基团，羟基可与溶液中的Ca2+形成不稳定的络合物，影响Ca(OH)2晶核的形成，而且可与水分子和水泥水化产物通过氢键缔合，形成包裹水泥颗粒的溶剂化水膜，以此来延缓水泥水化的进程2-4。 结论 （1）缓凝剂CR22L温度敏感性小，掺量与稠化时间有较好的线性关系，掺量敏感性小，稠化曲线呈直角稠化，过渡时间短。 （2）CR22L与各种固井所用外加剂配伍相容性良好，对水泥浆的流变、失水、游离夜、抗压强度等无不良影响，是一种优良的油井水泥缓凝剂。 参考文献 1陈馥,刘迎香,李凤霞.油井水泥缓凝剂的优选技术J.石油与天然气工,2000,29(4):203-204. 2蔡希高.缓凝外加剂缓凝作用的化学本质J.化学建材,xx,23(2):41-44. 3李高明.调凝剂对水泥水化历程的调控及作用机理研究D.武汉:武汉理工大学,xx. 4MasayoKANEKO,YasuhiroOBA,JunOBA.AnalysisofSettingRetardationMechanismofLowCementCastableswithBoricAcidJ.Journalof