固井用高温缓凝剂RT300L的研究

2018-06-15雷霆

石油化工应用 2018年5期

雷霆

（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，河北三河 065201）

固井施工时，水泥浆在注入深井过程中，要面对高温的考验，随着温度的升高，水泥浆的稠化时间会缩短，为了延长稠化时间，保证施工安全，需要在水泥浆中加入抗高温缓凝剂，目前高温缓凝剂是固井添加剂中最重要的产品之一[1，2]。传统的缓凝剂多为木质素磺酸盐及其衍生物、有机磷酸盐，或者是复配物，主要存在敏感性强、耐温性能差等缺点，有时甚至会导致超缓凝，对固井施工产生危险[3，4]。对此，国内外开始研究合成聚合物类高温缓凝剂，但普遍存在规律性不强、影响水泥浆失水、流变等问题，不能满足现场施工条件。因此，开发了一种以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、衣康酸（IA）和丙烯酸（AA）为单体的四元共聚物RT300L，并进行了一系列评价实验。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

1.1.1 试剂 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、衣康酸（IA）、丙烯酸（AA）、引发剂、链转移剂、阻聚剂、氢氧化钠、去离子水等。

1.1.2 仪器高温高压稠化仪、恒速搅拌器、高温高压失水仪、增压养护釜、旋转黏度计、压力实验机等。

1.2 共聚物的合成

将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、衣康酸（IA）、丙烯酸（AA）按摩尔比 1:0.23:0.44:0.08配制成水溶液，用NaOH调节pH值，加入链转移剂后，将母液加入装有温度计和搅拌器的三口烧瓶中搅拌升温，并通入氮气，当温度升至55℃稳定20 min后开始滴加引发剂，待反应2 h后，加入阻聚剂，冷却至室温后得到共聚物。

1.3 缓凝剂性能评价

实验水泥浆配方：山东中昌G级水泥+35%硅粉+8%降失水剂+x%RT300L+0.25%消泡剂+1%高温稳定剂+自来水，降失水剂和消泡剂均来自天津中海油服化学有限公司；加量为BWOC（占水泥的质量比）。缓凝剂评价实验均用此配方配制，根据温度的高低来调节缓凝剂RT300L加量及水的加量，水泥浆实验方法参照GB/T 19139规定的方法进行。

2 结果与讨论

2.1 RT300L加量敏感性

不同RT300L掺量对水泥浆稠化时间作用规律（见图1）。由图1可知，四元聚合物高温缓凝剂RT300L的加量与稠化时间几乎呈线性关系，即随着加量的增大，稠化时间相应的延长，并未出现“倒挂”现象。加量敏感性是缓凝剂的一个重要性能参数，加量敏感性呈线性关系，说明该缓凝剂在固井施工过程中稠化时间易于调控，属于一种使用方便、安全的高温缓凝剂。

图1 RT300L掺量对稠化时间的影响

图2 实验温度对RT300L缓凝效果影响

2.2 RT300L温度敏感性

水泥浆的稠化时间一般随着温度的升高而缩短，但有的缓凝剂会出现超缓凝现象，或者稠化时间随着温度的升高而延长，影响固井施工质量。温度敏感性是评价缓凝剂优劣的一个重要的参数，RT300L温度敏感性关系（见图2）。

由图2可知，RT300L具有很好的温度规律性，稠化时间随着温度的升高呈缩短趋势，并无反转、无超缓凝现象，温度敏感性小，稠化时间易调节，抗高温能力强，抗温可高达180℃，满足固井施工要求。

缓凝剂在175℃时的稠化曲线（见图3），可以看到加入该缓凝剂的水泥浆稠化曲线过渡时间快，无稠度突变等异常现象，且未出现稠度降低现象，具有优良的防窜性能和稳定性。

图3 175℃稠化曲线图

表1 抗压强度评价

表2 水泥浆流变性和失水评价

2.3 抗压强度评价

高温缓凝剂除了能够延长水泥浆的稠化时间外，对水泥的强度发展也有影响，大部分的缓凝剂会使强度降低，因此进行了缓凝剂RT300L对24 h水泥浆抗压强度的影响评价，结果（见表1）。将5个不同缓凝剂加量的水泥浆配方在温度分别为150℃～190℃进行24 h养护实验，水泥浆的稠化时间同为5 h左右。水泥模块抗压强度随着温度的升高而增大，未出现强度降低或无强度等问题，抗压强度满足固井施工要求。综上所述，RT300L对水泥抗压强度无不良影响。

2.4 RT300L对水泥浆流变性、失水性能的影响

缓凝剂对水泥浆的流变性能和API失水都会有一定的影响，性能差的缓凝剂会有较大的分散性导致水泥浆不稳定，以及会破坏降失水剂的效果，导致失水变大。因此，进行了相关评价实验，RT300L对水泥浆流变性与失水性能的影响（见表2）。在88℃条件下，测试5个不同缓凝剂加量的水泥浆配方流变性和失水性能，从表2中可知，加入不同加量缓凝剂后，水泥浆性能差别不大，流变性与失水均未出现异常情况，由此可知，缓凝剂RT300L对水泥浆的流变性与失水无不利影响。