新型高温缓凝剂PCH42L的室内合成与评价

2012-11-21王清顺宋维凯冯克满

长江大学学报(自科版) 2012年19期

赵琥，田野，王清顺，宋维凯冯克满，赵军，邱超

(中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，河北燕郊 065201)

赵琥，田野，王清顺，宋维凯冯克满，赵军，邱超

(中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，河北燕郊 065201)

为解决深井和超深井固井难题，克服一般缓凝剂材料不耐高温或过敏感等问题，将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和2种不饱和羧酸单体在加入引发剂条件下进行聚合反应制得高温缓凝剂PC-H42L。研究结果表明，PC-H42L适应温度范围广，抗高温能力强；PC-H42L对水泥浆的沉降稳定性、失水性能和抗压强度无不良影响；加入PC-H42L的水泥浆稠度稳定，且具有良好的防窜性能。

高温缓凝剂；固井聚合反应；抗高温

随着石油勘探开发不断向深井及超深井方向发展，对固井过程中的水泥浆具有良好的抗温性能，特别是作为油井水泥添加剂的缓凝剂的抗高温性能尤其受到重视［1］。传统的缓凝剂在中低温情况下的作用效果良好，但并不适用于高温条件下［2-3］。上世纪90年代，研究者开发出高温缓凝剂［4］，但普遍存在一些问题，如需要和其他材料复配使用、超缓凝、过于敏感等。为此，笔者利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与2种不饱和羧酸单体的共聚物合成高温缓凝剂PC-H42L并对其进行评价。

1 试验部分

1.1试剂和仪器

1)试剂 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)；不饱和羧酸；去离子水。

2)仪器钱德乐增压稠化仪；钱德乐3500LS旋转粘度计；DFC-0722B型双釜增压养护釜；DFC-0705S型高温高压失水仪；YJ-2001型匀加荷压力试验机等。

1.2共聚物的合成

分别称取一定量的不饱和羧酸和AMPS单体配制成水溶液，加入到三口烧瓶中搅拌升温，温度升到60℃后，开始通入氮气除氧，10min后停氮气并滴加引发剂，待反应2h后冷却至室温，最终得到共聚物。

1.3试验水泥浆配方

试验使用山东G级水泥，降失水剂：PC-G80L，防窜增强剂：PC-GS12L，消泡剂：PC-CX603L(均为中海油服油田化学研究院研发产品)。试验水泥浆配方：SD水泥+35%硅粉+6% PC-G80L+6% PC-GS12L+x% PC-H42L+ 0.25% PC-CX603L，根据需要调节PC-H42L加量，水泥浆密度为1.90g/cm3，水灰比为0.44。

2 结果与讨论

2.1水泥浆稳定性能评价

水泥浆稳定性测试由自由液试验、水泥石上下密度差试验组成。结果表明，加入PC-H42L配制而成的水泥浆自由液为0，上下密度差为0.007g/cm3，明显小于文献［5］的标准(0.03g/cm3)，说明水泥浆稳定性良好。因此，PC-H42L对水泥浆的沉降稳定性无不良影响。

2.2水泥浆失水性能评价

在90℃条件下分别测试2组配方水泥浆的失水性能(见表1)。由表1可知，2组配方水泥浆的API失水量［2］相似，说明PC-H42L对水泥浆失水性能没有不利影响。

2.3水泥石抗压强度性能评价

表1 PC-H42L对水泥浆失水性能的影响

加入PC-H42L后水泥浆的抗压强度如表2所示(抗压强度数据均是在水浴中养护24h后所测得)。配方1与配方2的测试温度分别为110℃和160℃，稠化时间调整到5～6h左右，测得的抗压强度均明显大于文献［5］的标准(14MPa)，因而能够满足现场施工要求。

表2 PC-H42L对水泥浆抗压强度的影响

在固井现场施工过程中，水泥浆如果为长封固段，水泥浆柱上下温差往往很大，底部温度高，顶部温度低，而水泥浆一般按照底部温度设计稠化时间，浆柱在顶部较低温度的条件下往往强度较低，为了检验该缓凝剂是否在该类固井施工中的可行性，进行以下大温差试验：设计水泥浆柱上下温差为30℃，分别测试配方3与配方4在120℃与160℃条件下的稠化时间，并将稠化时间调节到4h左右，然后降低30℃分别测试2组配方水泥浆24h养护后的抗压强度，测得的抗压强度大于文献［5］的标准，能够满足现场施工要求(见表2)。