專利名稱：油井水泥緩凝劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水泥緩凝劑，特別是一種用于石油鉆井、完井或固井作業中水泥漿的緩凝劑。
背景技術：
本發明所述的水泥緩凝劑是一種水泥的外加劑，通常用于油、氣井注水泥作業所使用的水泥漿中。眾所周知，在油氣井注水泥作業中，通過泵送將水泥漿泵入井內，經替漿將水泥漿頂替到套管與井眼之間的環形空間，達到封隔油、氣、水層保護生產層和支撐保護套管的目的。水泥在送至所要求的位置以前應具有良好的可泵性。隨著水泥中水化反應的進行，當內聚力達到一定時，水泥就會失去流動性而無法進行施工作業。因此水泥漿的稠化時間是控制固井作業、保證施工安全和固井質量的關鍵參數。為了更準確的控制水泥漿的稠化時間，擴大油井水泥的使用范圍，必須在水泥漿中加入緩凝劑以延緩水泥和水之間的反應速率，調節稠化時間。
現在普遍使用的水泥緩凝劑主要有聚羥基有機酸、糖類及其衍生物、葡萄糖酸鈉或葡萄糖酸鈣、木質素類、酒石酸等，但這些緩凝劑均存在一定的缺陷，例如①有的緩凝劑只能適用于中低溫(≤90℃)溫度范圍；②有的緩凝劑只能適用于較高溫度范圍，因此使用溫度范圍均存在一定的局限性；③而有的緩凝劑雖然高低溫都能使用，但存在易發泡、加量過于敏感等缺陷；④有的緩凝劑還影響水泥石的強度發展；⑤一般的緩凝劑抗鹽能力差，也不適用高礦化度水質。
因此，非常需要提供一種具有比較寬廣的溫度適應范圍的水泥緩凝劑。本發明的水泥緩凝劑則解決了這一問題，它在高溫和中低溫下均可應用；緩凝劑的加量沒有敏感點，施工安全；對水泥石的強度發展沒有不良影響；具有良好的抗鹽性能，在高礦化度水中也可使用。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種油井水泥緩凝劑，其含有葡萄糖酸鹽類、有機膦酸及其鹽類和有機酸的反應產物，該水泥緩凝劑適用溫度范圍較寬，而且可與多種外加劑配伍，具有良好的相容性，適用于各種級別的油井水泥，因此可廣泛應用于各種淺井、中深井和深井中。
本發明的水泥緩凝劑，它包含以下組分的反應產物a)至少一種含有環羥基的碳化物或其衍生物，重量份數為60-75；b)至少一種有機磷酸及其鹽類，重量份數為25-35；c)至少一種有機酸，重量份數為10-15。
其中所述的含有環羥基的羧酸及其衍生物選自戊糖和已糖及其鹽類、次丁醛酸及其鹽類的一種或幾種。戊糖可選自木糖和阿戊糖；已糖可選自甘露糖、葡萄糖、果糖和鼠李糖等；次丁醛酸選自木糖酸和葡萄糖酸等。優選為葡萄糖酸鹽類，具體如葡萄糖酸鈉、葡萄糖酸鈣。
其中所述的有機磷酸及其鹽類可選自烷基磷酸及其鹽類，具體如氨基三甲叉膦酸、二乙撐三胺五甲叉膦酸、丙二胺四甲叉膦酸、二乙胺醚四甲叉膦酸、尿素四甲叉磷酸、羥乙基叉二膦酸、2-甲叉膦酸丁烷三羧酸和2-羥基乙烷二甲叉膦酸及其鹽類。
其中所述的有機酸為檸檬酸。
優選地，本發明所述的水泥緩凝劑可采用下述方法制備(1)在60～80℃左右溫度下將組分(a)在水溶劑中活化反應一段時間；(2)逐步加入組分(b)后，再逐步加入組分(c)，在70-85℃溫度下反應1-3小時；(3)在55-65℃逐步加入組分(c)，恒溫攪拌反應0.5-2小時，過濾后得到產品。
本發明的水泥緩凝劑具有以下優良性能(1)適用溫度范圍較寬，一般為30℃-150℃左右，若與其它外加劑復合使用，使用溫度可更高，(2)可與多種外加劑配伍，具有良好的相容性，適用于API所規定的各種級別的水泥、水凝水泥、石膏灰漿等中。
(3)在水泥中的加入量一般為0.02-1.2重量％，加量較小，節約了生產成本；(4)緩凝劑的化學性能穩定，加量沒有敏感性，稠化曲線形態好；(5)對水泥漿的其他性能無不利影響，不破壞水泥石強度的形成和發展；(6)可改善水泥漿的流變性能，提高了注水泥頂替效率本發明的水泥緩凝劑適用于淡水、鹽水、海水、高礦化水質，因此可廣泛應用于各種淺井、中深井和深井中。
具體實施例方式
實施例1在反應瓶中，將62g葡萄糖酸鉀鈉、28g羥乙基叉二膦酸(HEDP)以及12g檸檬酸共同反應。以200ml水作為中間溶劑，首先將葡萄糖酸鉀鈉在65±3℃溫度下的水中活化反應30min左右，然后逐步加入HEDP，在75±2℃恒溫反應兩小時后即得一定濃度的中間產品，之后在60±3℃左右再加入檸檬酸，恒溫攪拌一小時，過濾之后即可得緩凝劑成品。
實施例2在反應瓶中，將68g重量的葡萄糖酸鈉、23g的2-甲叉膦酸丁烷三羧酸以及14g檸檬酸共同反應。以210ml水作為中間溶劑，首先將葡萄糖酸鈉在65±3℃溫度下的水中活化反應30min左右，然后逐步加入2-甲叉膦酸丁烷三羧酸，在78±2℃恒溫反應兩小時后即得一定濃度的中間產品，之后在60±3℃左右再加入檸檬酸，恒溫攪拌一小時，過濾之后即可得緩凝劑成品。
實施例3使用嘉華G級水泥，按API標準(API Spec 10A，1986)配置水灰比為0.44的水泥漿，用樣品1作緩凝劑，進行水泥漿性能測定，結果見下表。
由上表可知，緩凝劑的加量較小，適用的溫度范圍很廣，而且加量沒有敏感性，易于保證施工的安全。同時，緩凝劑對水泥石的強度沒有不良影響。另外，在配方11和12的配漿水為半飽和鹽水時，該緩凝劑也無超緩凝、起泡等副作用。
權利要求
1.一種水泥緩凝劑，它包含以下組分的反應產物a)至少一種含有環羥基的羧酸及其衍生物，重量份數為60-75；b)至少一種有機磷酸及其鹽類，重量份數為25-35；c)至少一種有機酸，重量份數為10-15。
2.根據權利要求1所述的水泥緩凝劑，其中所述的含有環羥基的羧酸及其衍生物選自戊糖和已糖及其鹽類、次丁醛酸及其鹽類的一種或幾種。
3.根據權利要求2所述的的水泥緩凝劑，其中所述的戊糖選自木糖和阿戊糖。
4.根據權利要求2所述的的水泥緩凝劑，其中所述的已糖選自甘露糖、葡萄糖、果糖和鼠李糖等。
5.根據權利要求2所述的的水泥緩凝劑，其中所述的次丁醛酸選自木糖酸和葡萄糖酸。
6.根據權利要求1所述的水泥緩凝劑，其中所述的有機磷酸及其鹽類選自烷基磷酸及其鹽類。
7.根據權利要求1所述的水泥緩凝劑，其中所述的有機磷酸選自氨基三甲叉膦酸、二乙撐三胺五甲叉膦酸、丙二胺四甲叉膦酸、羥乙基叉二膦酸、和2-羥基乙烷二甲叉膦酸。
8.根據權利要求1所述的水泥緩凝劑，其中所述的有機酸為檸檬酸。
全文摘要
本發明提供了一種油井水泥緩凝劑，其含有葡萄糖酸鹽類、有機膦酸及其鹽類和有機酸的反應產物，該水泥緩凝劑適用溫度范圍較寬，而且可與多種外加劑配伍，具有良好的相容性，適用于各種級別的油井水泥，因此可廣泛應用于各種淺井、中深井和深井中。
文檔編號C04B24/04GK1513797SQ02160130
公開日2004年7月21日 申請日期2002年12月31日 優先權日2002年12月31日
發明者桑來玉, 王其春, 趙艷, 丁士東, 周仕明 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院