專利名稱：一種油井水泥緩凝劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及石油鉆井、完井或固井技術領域，特別涉及一種固井用的水泥緩凝劑 及其制備方法。
背景技術：
在油氣井注水泥作業中，通過泵送將水泥漿注入井內，經替漿將水泥漿頂替到套 管與井壁之間的環形空間中，待水泥漿凝固后封隔油、氣及水層等，達到保護產層和支撐保 護套管的目的。水泥漿在到達封固所要求位置前必須保持良好的可泵性。水泥為水硬性膠 凝材料，隨著水泥漿中的活性成分不斷水化，水泥漿的流動性變差，當水泥漿的稠度達到一 定值時，水泥漿將會失去流動性而無法泵送。為了保證施工作業安全，尤其是在深井和超深 井注水泥作業時，往往在水泥漿中加入緩凝劑，以準確地控制水泥漿的稠化時間。目前廣泛應用的油井水泥緩凝劑主要有木質素磺酸鹽類、羥基羧酸鹽類、糖類及 其衍生物、低分子量纖維素類、硼酸及其鹽類、有機磷酸及其鹽類、不飽和羧酸聚合物及其 共聚物類等。這些緩凝劑在應用時均存在很多局限性，比如木質素磺酸鹽類，由于木質素來 源不同，組成和結構差異很大，緩凝效果不易控制；且適用溫度在90°C以下；糖類化合物對 加量極其敏感，水泥漿稠化時間很難調整；羥基羧酸鹽類僅適用于120°C以上溫度范圍，其 對水泥漿稀釋作用明顯，引起水泥漿不穩定，漿體沉降和游離液量大，而且會破換某些降失 水劑濾失效果。硼酸及其鹽一般不單獨使用，需與其他緩凝劑復合使用，且僅適用于淡水。
發明內容
本發明的目的是提供一種油井水泥緩凝劑，在50 180°C溫度范圍內可以實現對 水泥漿稠化時間調節，水泥漿稠化時間對緩凝劑加量不敏感，能與其他水泥外加劑配伍，能 應用于淺井、深井、超深井、水平井、大位移井。另一個目的是提供該油井水泥緩凝劑的制備 方法。本發明采用的技術方案是油井水泥緩凝劑各組分重量份為多胺化合物 20 50份；三氯化磷或亞磷酸 10 30份；甲醛水溶液 10 30份；氨基磺酸基化合物 10 40份；環氧化合物 10 30份；水100 份。油井水泥緩凝劑的制備方法首先將20 50重量份的多胺化合物、10 30重量 份的三氯化磷和100重量份的水加入反應容器中，開動攪拌裝置，并加熱至50 90°C活化 1 3小時后，向反應容器中滴加10 30重量份的甲醛水溶液，待甲醛水溶液全部加入后， 將溫度升至100 120°C，反應1 4小時；再向反應容器中加入10 40重量份的氨基磺 酸化合物，待溶解完全后，加入10 30重量份的環氧化合物，保持溫度繼續反應2 4小時，制得油井水泥緩凝劑。其中所述多胺化合物選自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、乙 二胺(1，2_乙二胺)、丁二胺(1，4_ 丁二胺)和己二胺(1，6_己二胺)中一種兩種或多種。其中所述甲醛水溶液濃度(重量比)為30 40%。其中所述氨基磺酸基化合物選自對氨基苯磺酸及其鹽、2-氨基乙磺酸及其鹽、環 己基氨基磺酸及其鹽(環己基氨基磺酸鈉、環己基氨基磺酸鈣)中一種或兩種或多種。其中所述環氧化合物選自環氧氯丙烷、二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、丙 三醇三縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、丁二醇二縮水甘油醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油 醚、環己二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇縮水甘油醚中的一種或兩種或多種。本發明的有益效果本發明油井水泥緩凝劑具有以下優良性能在50 180°C較寬溫度范圍內，實現對水泥漿稠化時間調節，水泥漿稠化時間對 緩凝劑加量不敏感，稠化過程中無閃凝現象，稠化曲線形態好，過渡時間短。適用于淡水、海水、鹽水及高礦化度水等配制水泥漿。適用于配制低密度水泥漿、 常規密度水泥漿和高密度水泥漿。具有良好的相容性，能與其他多種油井水泥外加劑配伍，能用于API所規定的各 種級別的油井水泥。對水泥漿無明顯稀釋作用，不起泡，不破壞降失水劑性能，不破壞水泥石強度發展。本發明提供的油井水泥緩凝劑可用于淺井、深井、超深井、水平井或大位移井。
具體實施例方式實施例1 各組分按重量份計。向1000毫升反應瓶中加入軟水100份，三乙烯四胺30份，三氯化磷10份，開動攪 拌裝置，并將反應體系加熱至60°C活化1. 5小時，向反應體系中滴加25份濃度為35%的甲 醛水溶液，待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續反應3小時；然后向反應瓶中加入2-氨基乙 磺酸20份，完全溶解后，再加入環氧氯丙烷15份，維持110°C反應3小時，制得粘稠產物油 井水泥緩凝劑，記作樣品1。按GB/T 19139 2003標準制備水泥漿，評定初始稠度、稠化時間、失水量、24小時 抗壓強度，水泥漿配方如下100°C及100°C以下水泥漿配方為嘉華G級油井水泥100份+降失水劑5份+緩
凝劑改變量+水改變量100°C以上水泥漿配方為嘉華G級油井水泥100份+硅粉35份+降失水劑5份
+緩凝劑改變量+水改變量其中降失水劑為丙烯酰胺衍生物聚合物水溶液，固含量為30% ；水泥漿配方中液 固比均為0. 44。緩凝劑樣品1水泥漿性能，性能數據見表1。表1樣品1制備的水泥漿性能數據 實施例2 各組分按重量份計。向1000毫升反應瓶中加入軟水100份，四乙烯五胺40份，三氯化膦10份，開動攪 拌裝置，并將反應體系加熱至80°C活化2小時，向反應體系中滴加20份濃度為35%的甲醛 水溶液，待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續反應2. 5小時；然后向反應瓶中加入2-氨基乙 磺酸15份，完全溶解后，再加入乙二醇二縮水甘油醚15份，維持110°C反應4小時，制得粘 稠產物油井水泥緩凝劑，記作樣品2。按實施例1方法評價緩凝劑樣品2的水泥漿性能，性能數據見表2。表2樣品2制備的水泥漿性能數據 注配方15和16選用18%氯化鈉水溶液配制水泥漿進行水泥漿性能測試。實施例3 各組分按重量份計。向1000毫升反應瓶中加入軟水100份，四乙烯五胺20份，乙二胺15份，三氯化磷 10份，開動攪拌裝置，并將反應體系加熱至80°C活化2小時，向反應體系中滴加20份濃度 為35%的甲醛水溶液，待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續反應2小時；然后向反應瓶中加入 2-氨基乙磺酸15份，完全溶解后，再加入二縮水甘油醚10份，維持110°C反應3. 5小時，制 得粘稠產物油井水泥緩凝劑，記作樣品3。按實施例1方法評價緩凝劑樣品3的水泥漿性能，性能數據見表3。表3樣品3制備的水泥漿性能數據 實施例4 各組分按重量份計。向1000毫升反應瓶中加入軟水100份，多乙烯多胺10份，己二胺10份，乙二胺10 份，三氯化磷20份，開動攪拌裝置，并將反應體系加熱至80°C活化1. 5小時，向反應體系中 滴加25份濃度為35%的甲醛水溶液，待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續反應2小時；然后 向反應瓶中加入對氨基苯磺酸鈉30份，2-氨基乙磺酸10份，完全溶解后，再加入環氧氯丙 烷10份，二縮水甘油醚10份，維持110°C反應4小時，制得粘稠產物油井水泥緩凝劑，記作 樣品4。按實施例1方法評價緩凝劑樣品4的水泥漿性能，性能數據見表4。表4樣品4制備的水泥漿性能數據 實施例5 各組分按重量份計。向1000毫升反應瓶中加入軟水100份，乙二胺30份，亞磷酸15份，開動攪拌裝置， 并將反應體系加熱至75°C活化1小時，向反應體系中滴加30份濃度為40%的甲醛水溶液， 待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續反應2小時；然后向反應瓶中加入2-氨基乙磺酸20份， 完全溶解后，再加入三羥甲基丙烷三縮水甘油醚10份，二縮水甘油醚10份，丙三醇三縮水 甘油醚10份，維持110°C反應4小時，制得粘稠產物油井水泥緩凝劑，記作樣品5。按實施例1方法評價緩凝劑樣品5的水泥漿性能，性能數據見表5。表5樣品5制備的水泥漿性能數據
權利要求
一種油井水泥緩凝劑，其特征在于油井水泥緩凝劑各組分重量份為多胺化合物20～50份；三氯化磷或亞磷酸10～30份；甲醛水溶液10～30份；氨基磺酸基化合物10～40份；環氧化合物10～30份水100份。
2.根據權利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特征在于多胺化合物選自二乙烯 三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、乙二胺、丁二胺和己二胺中一種或兩種或多 種。
3.根據權利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特征在于甲醛水溶液濃度為30 40%。
4.根據權利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特征在于氨基磺酸基化合物選自 對氨基苯磺酸及其鹽、2-氨基乙磺酸及其鹽、環己基氨基磺酸及其鹽中一種或兩種或多種。
5.根據權利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特征在于所述環氧化合物選自環 氧氯丙烷、二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、丙三醇三縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘 油醚、丁二醇二縮水甘油醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、環己二醇二縮水甘油醚、聚乙二 醇縮水甘油醚中的一種或兩種或多種。
6.一種油井水泥緩凝劑制備方法，其特征在于首先將20 50重量份的多胺化合物、 10 30重量份的三氯化磷或亞磷酸和100重量份的水加入反應容器中，開動攪拌裝置，并 加熱至50 90°C活化1 3小時后，向反應容器中滴加10 30重量份的甲醛水溶液，待 甲醛水溶液全部加入后，將溫度升至100 120°C，反應1 4小時；再向反應容器中加入 10 40重量份的氨基磺酸化合物，待溶解完全后，加入10 30重量份的環氧化合物，保持 溫度繼續反應2 4小時，制得油井水泥緩凝劑。
全文摘要
油井水泥緩凝劑，應用于石油鉆井、完井或固井技術領域。首先將20～50份多胺化合物、10～30份三氯化磷或亞磷酸和軟水加入反應容器中，加熱至50～90℃活化1～3小時后，向容器中滴加10～30份甲醛水溶液，待甲醛水溶液全部加完后，將溫度升至100～120℃，反應1～4小時；再向容器中加入10～40份氨基磺酸基化合物，待溶解完全后，加入10～30份環氧化合物，保持溫度繼續反應2～4小時，制得油井水泥緩凝劑。該緩凝劑在50～180℃溫度范圍內能實現對水泥漿稠化時間調節，適用于低、中、高密度水泥漿體系，具有很好的耐鹽性，適用于淡水、海水及鹽水等；能廣泛應用于淺井、深井、超深井、水平井、大位移井等復雜井況等。
文檔編號C09K8/467GK101885962SQ20101021491
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月21日 優先權日2010年6月21日
發明者侯薇, 劉愛萍, 孫富全, 譚文禮, 趙寶輝, 鄒建龍, 馬學勤 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團工程技術研究院