一種油井水泥緩凝劑的製作方法
2023-10-11 01:23:29
專利名稱：：一種油井水泥緩凝劑的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用於石油鑽井、完井或固井作業的水泥漿的緩凝劑。
背景技術：
：本發明所述的水泥緩凝劑是水泥外加劑中的一種，通常用於油、氣井注水泥作業所使用的水泥漿中。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。水泥漿在送至所要求的位置以前應具有良好的可泵性。隨著水泥漿中水泥活性成分水化反應的進行，水泥漿的稠度將會增大，當稠度達到一定值時，水泥漿就會失去流動性而無法泵送。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。為了準確地控制水泥漿的稠化時間，擴大油井水泥的使用範圍，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、硼酸及其鹽類等。但這些緩凝劑均存在一定的缺陷，例如木質素磺酸鹽類只適合在中低溫(《90°C)下使用；羥基羧酸鹽類只適合在較高溫度(》120°C)下使用；糖類化合物加量非常敏感；纖維素類影響水泥石的強度發展；硼酸通常需和其它緩凝劑複合使用。
發明內容本發明的目的是提供一種油井水泥緩凝劑，其含有兩種類型的組分，一種是含有羧酸基團的多元共聚物，另一種是有機膦酸及其鹽類。該水泥緩凝劑適用溫度範圍寬，而且可與多種外加劑配伍，具有良好的相容性，適用於各種級別的油井水泥，適用於淡水、鹽水、海水等多種水質，可廣泛應用於各種淺井、中深井、深井及超深井中。本發明的水泥緩凝劑，它包含以下組分a)至少一種含有羧酸基團的多元共聚物，重量份數為60—90;b)至少一種有機膦酸及其鹽類，重量份數為10—40。其中所述的含有羧酸基團的多元共聚物平均相對分子質量為2,000—20,000，優選4,000—8,000，該共聚物為二元、三元或四元共聚物，共聚單體選自A類化合物中的l一2種和B類化合物中的l一2種。A類化合物為一元或二元不飽和羧酸及其酸酐或鹽類，具體如丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸、檸康酸或中康酸。B類化合物包括乙烯磺酸鹽、丙烯磺酸鹽、苯乙烯磺酸鹽、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯膦酸、丙烯醯胺、N，N-二甲基丙烯醯胺、丙烯腈或N-乙烯基吡咯烷酮。該多元共聚物可選用各種熟知的聚合方法製備，通常可採用水溶液聚合方法。一個典型的聚合方法為將所有單體溶解在去離子水中，加入到反應器內，將反應器放入6(TC恆溫水浴中，向反應器內通入30min的氮氣以排除氧氣，待反應器內水溶液溫度達到60'C後，加入少量的過硫酸鉀溶液以引發反應，使反應持續3h—4h，製得多元共聚物溶液。共聚物溶液可以進一步乾燥製得粉劑，也可直接使用共聚物溶液，其有效含量按單體總質量佔共聚物溶液總質量百分比計。其中所述的有機膦酸及其鹽類可選自垸基膦酸及其鹽類，具體如氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、丙二胺四甲叉膦酸、尿素四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、2—甲叉膦酸丁烷三羧酸和2—羥基乙烷二甲叉膦酸。其中所述緩凝劑組分的重量份數均指純組分的重量份數，若緩凝劑組分為水溶液，則指其有效含量。本發明的水泥緩凝劑具有以下優良性能(1)適用溫度範圍寬，可以達到30。C一23(TC。.(2)適用於淡水、海水、欠飽和鹽水、飽和鹽水、高礦化度水。(3)具有良好的相容性，適用於各種級別的API水泥，並與多種外加劑配伍。(4)性能穩定，加量沒有敏感點，稠化曲線形態好，過渡時間短。(5)可改善水泥槳的流變性能，提高了注水泥頂替效率。(6)對水泥漿其它性能無不利影響，不破壞水泥石強度發展。本發明的水泥緩凝劑可廣泛應用於各種淺井、中深井、深井及超深井中。具體實施方式實施例1首先製備多元共聚物。將35g衣康酸、100g2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸加入到500g去離子水中，溶解好後加入到反應器內，將反應器放入6CTC恆溫水浴中，向反應器內通入30min的氮氣以排除氧氣，待反應器內水溶液溫度達到6(TC後，在30min內分批加入27gl0。/。濃度的過硫酸鉀引發劑溶液，使反應持續3h—4h，製得多元共聚物溶液。該溶液有效含量為20%。然後，取600g聚合物溶液(聚合物質量為120g)和80g羥基乙叉二膦酸溶液(有效含量50%，羥基乙叉二膦酸質量為40g)，將二者混合均勻得到680g緩凝劑樣品1。樣品1中，多元共聚物的重量份數為75，而羥基乙叉二膦酸的重量份數為25。按GB/T19139-2003標準製備水泥槳，評定初始稠度、稠化時間、失水量、24h抗壓強度。水泥漿配方為嘉華G級水泥+35。/。矽粉+1%降濾失劑(粉體)+緩凝劑(液體)+水，水灰比為0.44，配方中樣品加量均以水泥為基準。其中降濾失劑為丙烯醯胺衍生物類聚合物，起到控制濾失的作用，緩凝劑為樣品l。tableseeoriginaldocumentpage7由上表可知，緩凝劑的適用溫度範圍很廣，加量沒有敏感性，易於保證施工的安全，對水泥漿的失水及強度無不良影響。另外，在配方9和配方10的配漿水為半飽和鹽水時，該緩凝劑也無超緩凝、影響失水或強度等副作用。實施例2首先製備多元共聚物。將30g丙烯酸、20g衣康酸、100g2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸加入到570g去離子水中，溶解好後加入到反應器內，將反應器放入6(TC恆溫水浴中，向反應器內通入30min的氮氣以排除氧氣，待反應器內水溶液溫度達到6(TC後，在30min內分批加入30g10%濃度的過硫酸鉀引發劑溶液，使反應持續3h一4h，製得多元共聚物溶液。該溶液有效含量為20%。然後，取630g聚合物溶液(聚合物質量為126g)和28g氨基三甲叉膦酸溶液(有效含量50%,氨基三甲叉膦酸質量為14g)，將二者混合均勻得到658g緩凝劑樣品2。樣品2中，多元共聚物的重量份數為90，而氨基三甲叉膦酸的重量份數為10。按實施例1方法評價緩凝劑樣品2的性能，結果如下表所示。tableseeoriginaldocumentpage8實施例3首先製備多元共聚物。將20g衣康酸、10g馬來酸酐、20g丙烯醯胺、100g2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸加入到570g去離子水中，溶解好後加入到反應器內，將反應器放入6(TC恆溫水浴中，向反應器內通入30min的氮氣以排除氧氣，待反應器內水溶液溫度達到60。C後，在30min內分批加入30g10%濃度的過硫酸鉀引發劑溶液，使反應持續3h—4h，製得多元共聚物溶液。該溶液有效含量為20%。然後，取600g聚合物溶液(聚合物質量為120g)和160g羥基乙叉二膦酸溶液(有效含量50%，羥基乙叉二膦酸質量為80g)，將二者混合均勻得到760g緩凝劑樣品3。樣品3中，多元共聚物的重量份數為60，而羥基乙叉二膦酸的重量份數為40。按實施例1方法評價緩凝劑樣品3的性能，結果如下表所示。tableseeoriginaldocumentpage9權利要求1.一種油井水泥緩凝劑，其特徵在於它包含以下組分和含量a)至少一種含有羧酸基團的多元共聚物，重量份數為60—90；b)至少一種含有機膦酸及其鹽類，重量份數為10—40；含有羧酸基團的多元共聚物平均相對分子質量為2,000—20,000。2、根據權利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特徵在於其中所述的多元共聚物為二元、三元或四元共聚物，共聚單體選自A類化合物中的1一2種和B類化合物中的1一2種；A類化合物為一元或二元不飽和羧酸及其酸酐或鹽類；B類化合物為乙烯磺酸鹽、丙烯磺酸鹽、苯乙烯磺酸鹽、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯膦酸、丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、丙烯腈或N-乙烯基吡咯烷酮。3、根據權利要求2所述的一種油井水泥緩凝劑，其特徵在於所述的不飽和羧酸選自丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸、檸康酸或中康酸。4、根據權利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特徵在於其中所述的含有羧酸基團的多元共聚物平均相對分子質量為4,000—8,000。5、根據權利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特徵在於所述的有機膦酸選自氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、丙二胺四甲叉膦酸、尿素四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、2—甲叉膦酸丁垸三羧酸或2—羥基乙垸二甲叉膦酸。全文摘要本發明涉及一種用於石油鑽井、完井或固井作業的水泥漿的緩凝劑，其含有兩種組分，一種是含有羧酸基團的多元共聚物，按重量份數為60-90，另一種是有機膦酸及其鹽類，按重量份數為10-40，羧酸基團的多元共聚物平均相對分子質量為2,000-20,000；該水泥緩凝劑適用溫度範圍寬，它在高溫和中低溫下均可應用，適用溫度可達到30℃-230℃；而且可與多種外加劑配伍，具有良好的相容性，適用於各種級別的油井水泥，具有良好的抗鹽性能，適用於淡水、鹽水、海水，高礦化度水等多種水質；可廣泛應用於各種淺井、中深井、深井及超深井中，在鹽水、海水、緩凝劑的加量沒有敏感性，保證施工安全；對水泥石的強度發展沒有不良影響。文檔編號C09K8/42GK101368091SQ20071012034公開日2009年2月18日申請日期2007年8月16日優先權日2007年8月16日發明者孫富全,屈建省,張清玉,朱海金,譚文禮,鄒建龍,高永會申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團工程技術研究院