新型高溫緩凝劑PCH42L的室內(nèi)合成與評價

趙 琥，田 野，王清順，宋維凱 馮克滿，趙 軍，邱 超

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北 燕郊 065201)

趙 琥，田 野，王清順，宋維凱 馮克滿，趙 軍，邱 超

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北 燕郊 065201)

為解決深井和超深井固井難題，克服一般緩凝劑材料不耐高溫或過敏感等問題，將2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和2種不飽和羧酸單體在加入引發(fā)劑條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)制得高溫緩凝劑PC-H42L。研究結(jié)果表明，PC-H42L適應(yīng)溫度范圍廣，抗高溫能力強；PC-H42L對水泥漿的沉降穩(wěn)定性、失水性能和抗壓強度無不良影響；加入PC-H42L的水泥漿稠度穩(wěn)定，且具有良好的防竄性能。

高溫緩凝劑；固井聚合反應(yīng)；抗高溫

隨著石油勘探開發(fā)不斷向深井及超深井方向發(fā)展，對固井過程中的水泥漿具有良好的抗溫性能，特別是作為油井水泥添加劑的緩凝劑的抗高溫性能尤其受到重視［1］。傳統(tǒng)的緩凝劑在中低溫情況下的作用效果良好，但并不適用于高溫條件下［2-3］。上世紀(jì)90年代，研究者開發(fā)出高溫緩凝劑［4］，但普遍存在一些問題，如需要和其他材料復(fù)配使用、超緩凝、過于敏感等。為此，筆者利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)與2種不飽和羧酸單體的共聚物合成高溫緩凝劑PC-H42L并對其進(jìn)行評價。

1 試驗部分

1.1試劑和儀器

1)試劑 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)；不飽和羧酸；去離子水。

2)儀器 錢德樂增壓稠化儀；錢德樂3500LS旋轉(zhuǎn)粘度計；DFC-0722B型雙釜增壓養(yǎng)護(hù)釜；DFC-0705S型高溫高壓失水儀；YJ-2001型勻加荷壓力試驗機等。

1.2共聚物的合成

分別稱取一定量的不飽和羧酸和AMPS單體配制成水溶液，加入到三口燒瓶中攪拌升溫，溫度升到60℃后，開始通入氮氣除氧，10min后停氮氣并滴加引發(fā)劑，待反應(yīng)2h后冷卻至室溫，最終得到共聚物。

1.3試驗水泥漿配方

試驗使用山東G級水泥，降失水劑：PC-G80L，防竄增強劑：PC-GS12L，消泡劑：PC-CX603L(均為中海油服油田化學(xué)研究院研發(fā)產(chǎn)品)。試驗水泥漿配方：SD水泥+35%硅粉+6% PC-G80L+6% PC-GS12L+x% PC-H42L+ 0.25% PC-CX603L，根據(jù)需要調(diào)節(jié)PC-H42L加量，水泥漿密度為1.90g/cm3，水灰比為0.44。

2 結(jié)果與討論

2.1水泥漿穩(wěn)定性能評價

水泥漿穩(wěn)定性測試由自由液試驗、水泥石上下密度差試驗組成。結(jié)果表明，加入PC-H42L配制而成的水泥漿自由液為0，上下密度差為0.007g/cm3，明顯小于文獻(xiàn)［5］的標(biāo)準(zhǔn)(0.03g/cm3)，說明水泥漿穩(wěn)定性良好。因此，PC-H42L對水泥漿的沉降穩(wěn)定性無不良影響。

2.2水泥漿失水性能評價

在90℃條件下分別測試2組配方水泥漿的失水性能(見表1)。由表1可知，2組配方水泥漿的API失水量［2］相似，說明PC-H42L對水泥漿失水性能沒有不利影響。

2.3水泥石抗壓強度性能評價

表1 PC-H42L對水泥漿失水性能的影響

加入PC-H42L后水泥漿的抗壓強度如表2所示(抗壓強度數(shù)據(jù)均是在水浴中養(yǎng)護(hù)24h后所測得)。配方1與配方2的測試溫度分別為110℃和160℃，稠化時間調(diào)整到5～6h左右，測得的抗壓強度均明顯大于文獻(xiàn)［5］的標(biāo)準(zhǔn)(14MPa)，因而能夠滿足現(xiàn)場施工要求。

表2 PC-H42L對水泥漿抗壓強度的影響

在固井現(xiàn)場施工過程中，水泥漿如果為長封固段，水泥漿柱上下溫差往往很大，底部溫度高，頂部溫度低，而水泥漿一般按照底部溫度設(shè)計稠化時間，漿柱在頂部較低溫度的條件下往往強度較低，為了檢驗該緩凝劑是否在該類固井施工中的可行性，進(jìn)行以下大溫差試驗：設(shè)計水泥漿柱上下溫差為30℃，分別測試配方3與配方4在120℃與160℃條件下的稠化時間，并將稠化時間調(diào)節(jié)到4h左右，然后降低30℃分別測試2組配方水泥漿24h養(yǎng)護(hù)后的抗壓強度，測得的抗壓強度大于文獻(xiàn)［5］的標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足現(xiàn)場施工要求(見表2)。

表3 PC-H42L對水泥漿稠化性能的影響

2.4水泥漿稠化性能評價

PC-H42L對水泥漿稠化性能的影響如表 3所示。

圖1 120℃、60MPa條件下的稠化曲線圖

從表3可以看出，在60～210℃的溫度范圍內(nèi)，能夠通過對PC-H42L加量的調(diào)節(jié)將稠化時間控制在4～5h，說明PC-H42L適應(yīng)溫度范圍廣，稠化時間易于控制。在溫度高達(dá)210℃的條件下加入6%的PC-H42L，其稠化時間達(dá)到285min，說明PC-H42L具有良好的抗高溫性能。

圖1所示為120℃、60MPa條件下的稠化曲線圖。從圖1可以看出，在0～4h內(nèi)，水泥漿稠度十分穩(wěn)定,沒有稠度突然升高或降低現(xiàn)象。此外，出現(xiàn)直角稠化現(xiàn)象，說明稠化過渡時間很短，表明水泥漿具有良好的防竄性能。

3 結(jié) 論

1)PC-H42L適應(yīng)溫度范圍廣，抗高溫能力強。

2)PC-H42L對水泥漿的沉降穩(wěn)定性、失水性能和抗壓強度無不良影響。

3)加入PC-H42L的水泥漿稠度穩(wěn)定，且具有良好的防竄性能。

［1］楊小華，王中華．國內(nèi)近15年來油井水泥外加劑研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］.油田化學(xué)，2004，21(3)：294-295.

［2］齊志剛，王瑞和，徐依吉，等.衣康酸/AMPS共聚物作為油井水泥漿緩凝劑的研究［J］.北京化工大學(xué)學(xué)報，2007(34)：33-35.

［3］齊至剛，徐依吉，王槐平，等.油井水泥緩凝劑SDH-2的性能研究與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2005，22(5)：24-25.

［4］陳馥，劉迎香，李鳳霞.油井水泥緩凝劑的優(yōu)選技術(shù)［J］.石油與天然氣化工，2000，29(4)：203-204.

［5］ SY/T 6544-2010，油井水泥漿性能要求［S］.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.024

TE256.6

A

1673-1409(2012)07-N073-02

2012-04-25

趙琥(1977-)，男，2000年大學(xué)畢業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事固井方面的研究工作。

［編輯］ 李啟棟