專利名稱：一種防倒掛寬溫帶油井水泥緩凝劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種油田固井用防倒掛寬溫帯油井水泥緩凝劑，屬于油田化學(xué)及油氣井固井領(lǐng)域。采用該方法制備的緩凝劑用于石油、天然氣井的固井過(guò)程中改善水泥漿稠化性能。
背景技術(shù)：
油氣井鉆井完成后，需要下入套管并泵入水泥漿來(lái)封固套管與地層之間的環(huán)形空間。通常情況下，水泥漿是通過(guò)套管泵達(dá)井底，然后從環(huán)形空間上返到井口或預(yù)定位置，待其凝固后起到封隔油氣水層和保護(hù)套管的作用。水泥漿在被泵送的過(guò)程中需要保持良好的可泵性，但是隨著水泥漿中活性成分水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥漿的稠度會(huì)逐漸増大，待水泥漿 稠度達(dá)到一定值時(shí)，水泥漿會(huì)失去流動(dòng)性而無(wú)法被泵送。為了延長(zhǎng)水泥漿保持良好流動(dòng)性的時(shí)間，進(jìn)而滿足固井施工要求，往往需要在水泥漿中加入緩凝劑。目前使用較為普遍的油井水泥緩凝劑主要有木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羧酸鹽、糖類及其衍生物、硼酸及其鹽類、有機(jī)膦酸鹽、丙烯酰胺類聚合物等。但是這些緩凝劑中的低分子緩凝劑均存在適應(yīng)大溫差能力差的問(wèn)題，且加有以上大部分緩凝劑的水泥漿會(huì)存在“倒桂”的問(wèn)題，即同一配方情況下溫度越高凝結(jié)時(shí)間反而越長(zhǎng)，倒掛現(xiàn)象一般出現(xiàn)在50°C 850C，75°C與85°C的倒掛現(xiàn)象最為明顯。聚合物類緩凝劑適應(yīng)大溫差能力較好，但是仍存在倒掛的問(wèn)題。凝結(jié)時(shí)間“倒桂”現(xiàn)象使得水泥漿候凝期間上部水泥先凝固而下部水泥后凝固，有時(shí)會(huì)有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間差，這就造成其候凝過(guò)程中的水泥漿失重，容易發(fā)生“氣竄”，不利于封固油氣層。對(duì)于長(zhǎng)封固井段來(lái)說(shuō)，水泥漿柱的底部與頂部溫差較大，且隨著封固段長(zhǎng)度的増加，兩者的差別増大。為了滿足固井施工安全的需要，在固井工程設(shè)計(jì)時(shí)是以井底循環(huán)溫度作為水泥漿稠化時(shí)間的測(cè)試溫度，如果緩凝劑適應(yīng)大溫差的能力較差，加有緩凝劑的水泥漿就容易在其頂部溫度下候凝時(shí)間較長(zhǎng)，甚至發(fā)生超緩凝現(xiàn)象，大大延長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)候凝時(shí)間增加鉆井成本，更增加了固井的不安全因素。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種油井水泥緩凝劑，其含有兩種組分，ー種是含有羧酸基團(tuán)的ニ元共聚物，另ー種是酒石酸。該緩凝劑適用溫度寬，適應(yīng)大溫差能力強(qiáng)，加有該緩凝劑的水泥漿無(wú)倒掛問(wèn)題，可廣泛應(yīng)用于各種淺井、中深井、深井及超深井中。本發(fā)明的水泥緩凝劑，它包含以下組分a) ー種含有羧酸基團(tuán)的ニ元共聚物，重量份數(shù)為50-70 ；b)酒石酸，重量份數(shù)為30-50。其中所述的含有羧酸基團(tuán)的ニ元共聚物平均相對(duì)分子質(zhì)量為2，000-2，0000，優(yōu)選4，000-8, 000，該共聚物為ニ元共聚物，共聚單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與衣康酸。該ニ元共聚物可選用各種熟知的聚合方法制備，通常可采用水溶液聚合方法。一個(gè)典型的聚合方法為將70 80重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、20 30重量份的衣康酸、占單體總質(zhì)量400%的去離子水加入到反應(yīng)容器中，將反應(yīng)器放入60°C恒溫水浴中，向反應(yīng)器內(nèi)通入30min的氮?dú)庖耘懦鯕猓磻?yīng)器內(nèi)水溶液溫度達(dá)到60°C后，加入占單體質(zhì)量總和0. 2% 3%的過(guò)硫酸鉀以引發(fā)反應(yīng)，使反應(yīng)持續(xù)4h-5h，制得ニ元共聚物溶液。ニ元共聚物溶液可以進(jìn)一歩干燥制得粉劑，也可以直接使用共聚物溶液，其有效含量按単體總質(zhì)量占共聚物溶液總質(zhì)量百分比計(jì)。其中所述緩凝劑組分的重量份數(shù)均指純組分的重量份數(shù)，若緩凝劑組分為水溶液，則指其有效含量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)(I)與普通的低分子量緩凝劑相比，利用本發(fā)明緩凝劑所配制的高溫水泥漿在中低溫條件下能快速凝固； (2)與現(xiàn)有的大溫差緩凝劑相比，利用本發(fā)明緩凝劑所配制的水泥漿不存在倒掛問(wèn)題。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先制備ニ元共聚物。將24. 81g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、5. 19g衣康酸加入到120g去離子水中，溶解好后加入到三ロ燒瓶,將三ロ燒瓶放入600C的恒溫水浴中，開始攪拌，并向三ロ燒瓶中通入30min的氮?dú)庖耘懦鯕猓頍績(jī)?nèi)水溶液的溫度達(dá)到60°C以后，加入30g濃度為2wt%的過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑溶液，使反應(yīng)持續(xù)4h，制得ニ元共聚物溶液。該溶液有效含量為16. 67%。然后，取21. 5g酒石酸加入180g ニ元共聚物溶液混合均勻得到201. 5g緩凝劑樣品I。樣品I中二元共聚物的重量份數(shù)為58. 33，而酒石酸的重量份數(shù)為41. 67。按GB/T19139-2003標(biāo)準(zhǔn)制備水泥漿，評(píng)定稠化時(shí)間、24h抗壓強(qiáng)度，75°C與85°C凝結(jié)時(shí)間。水泥漿配方為嘉華G級(jí)水泥+1%降失水劑(粉體)+緩凝劑(液體)+水，水灰比0. 44，配方中樣品加量均以水泥為基準(zhǔn)。其中降失水劑為丙烯酰胺衍生物類聚合物，起到控制濾失與穩(wěn)定漿體的作用，緩凝劑為樣品I與本發(fā)明中的ニ元共聚物。表I水泥漿性能表
權(quán)利要求
1.一種防倒掛寬溫帶油井水泥緩凝劑，其特征在于它包含以下組分和含量 a)含有羧酸基團(tuán)的二元共聚物，重量份數(shù)為50-70 ;b)酒石酸，重量份數(shù)為30-50 ;含有羧酸基團(tuán)的二元共聚物平均相對(duì)分子質(zhì)量為2，000-2，0000。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防倒掛寬溫帶油井水泥緩凝劑，其特征在于其中所述的二元共聚物，共聚單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與衣康酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防倒掛寬溫帶油井水泥緩凝劑，其特征在于2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的重量份為70 80、衣康酸的重量份為20 30。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于石油固井作業(yè)的水泥漿緩凝劑，其含有兩種組分，一種是含有羧酸基團(tuán)的二元共聚物，重量份數(shù)為50-70，另一種是酒石酸，重量份數(shù)為30-50，含有羧酸基團(tuán)的二元共聚物平均相對(duì)分子質(zhì)量為2,000-2,0000。該緩凝劑適用溫度寬，適應(yīng)大溫差能力強(qiáng)，加有該緩凝劑的水泥漿無(wú)倒掛問(wèn)題，可廣泛應(yīng)用于各種淺井、中深井、深井及超深井中。
文檔編號(hào)C09K8/467GK103013481SQ201310021650
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者郭勝來(lái), 步玉環(huán), 柳華杰, 郭辛陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)