固井用高溫緩凝劑RT300L的研究

雷 霆

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，河北三河 065201）

固井施工時(shí)，水泥漿在注入深井過(guò)程中，要面對(duì)高溫的考驗(yàn)，隨著溫度的升高，水泥漿的稠化時(shí)間會(huì)縮短，為了延長(zhǎng)稠化時(shí)間，保證施工安全，需要在水泥漿中加入抗高溫緩凝劑，目前高溫緩凝劑是固井添加劑中最重要的產(chǎn)品之一[1，2]。傳統(tǒng)的緩凝劑多為木質(zhì)素磺酸鹽及其衍生物、有機(jī)磷酸鹽，或者是復(fù)配物，主要存在敏感性強(qiáng)、耐溫性能差等缺點(diǎn)，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致超緩凝，對(duì)固井施工產(chǎn)生危險(xiǎn)[3，4]。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外開始研究合成聚合物類高溫緩凝劑，但普遍存在規(guī)律性不強(qiáng)、影響水泥漿失水、流變等問(wèn)題，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工條件。因此，開發(fā)了一種以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）為單體的四元共聚物RT300L，并進(jìn)行了一系列評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試劑 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）、引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、阻聚劑、氫氧化鈉、去離子水等。

1.1.2 儀器 高溫高壓稠化儀、恒速攪拌器、高溫高壓失水儀、增壓養(yǎng)護(hù)釜、旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)等。

1.2 共聚物的合成

將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）按摩爾比 1:0.23:0.44:0.08配制成水溶液，用NaOH調(diào)節(jié)pH值，加入鏈轉(zhuǎn)移劑后，將母液加入裝有溫度計(jì)和攪拌器的三口燒瓶中攪拌升溫，并通入氮?dú)?，?dāng)溫度升至55℃穩(wěn)定20 min后開始滴加引發(fā)劑，待反應(yīng)2 h后，加入阻聚劑，冷卻至室溫后得到共聚物。

1.3 緩凝劑性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)水泥漿配方：山東中昌G級(jí)水泥+35%硅粉+8%降失水劑+x%RT300L+0.25%消泡劑+1%高溫穩(wěn)定劑+自來(lái)水，降失水劑和消泡劑均來(lái)自天津中海油服化學(xué)有限公司；加量為BWOC（占水泥的質(zhì)量比）。緩凝劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)均用此配方配制，根據(jù)溫度的高低來(lái)調(diào)節(jié)緩凝劑RT300L加量及水的加量，水泥漿實(shí)驗(yàn)方法參照GB/T 19139規(guī)定的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 RT300L加量敏感性

不同RT300L摻量對(duì)水泥漿稠化時(shí)間作用規(guī)律（見(jiàn)圖1）。由圖1可知，四元聚合物高溫緩凝劑RT300L的加量與稠化時(shí)間幾乎呈線性關(guān)系，即隨著加量的增大，稠化時(shí)間相應(yīng)的延長(zhǎng)，并未出現(xiàn)“倒掛”現(xiàn)象。加量敏感性是緩凝劑的一個(gè)重要性能參數(shù)，加量敏感性呈線性關(guān)系，說(shuō)明該緩凝劑在固井施工過(guò)程中稠化時(shí)間易于調(diào)控，屬于一種使用方便、安全的高溫緩凝劑。

圖1 RT300L摻量對(duì)稠化時(shí)間的影響

圖2 實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)RT300L緩凝效果影響

2.2 RT300L溫度敏感性

水泥漿的稠化時(shí)間一般隨著溫度的升高而縮短，但有的緩凝劑會(huì)出現(xiàn)超緩凝現(xiàn)象，或者稠化時(shí)間隨著溫度的升高而延長(zhǎng)，影響固井施工質(zhì)量。溫度敏感性是評(píng)價(jià)緩凝劑優(yōu)劣的一個(gè)重要的參數(shù)，RT300L溫度敏感性關(guān)系（見(jiàn)圖2）。

由圖2可知，RT300L具有很好的溫度規(guī)律性，稠化時(shí)間隨著溫度的升高呈縮短趨勢(shì)，并無(wú)反轉(zhuǎn)、無(wú)超緩凝現(xiàn)象，溫度敏感性小，稠化時(shí)間易調(diào)節(jié)，抗高溫能力強(qiáng)，抗溫可高達(dá)180℃，滿足固井施工要求。

緩凝劑在175℃時(shí)的稠化曲線（見(jiàn)圖3），可以看到加入該緩凝劑的水泥漿稠化曲線過(guò)渡時(shí)間快，無(wú)稠度突變等異?，F(xiàn)象，且未出現(xiàn)稠度降低現(xiàn)象，具有優(yōu)良的防竄性能和穩(wěn)定性。

圖3 175℃稠化曲線圖

表1 抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)

表2 水泥漿流變性和失水評(píng)價(jià)

2.3 抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)

高溫緩凝劑除了能夠延長(zhǎng)水泥漿的稠化時(shí)間外，對(duì)水泥的強(qiáng)度發(fā)展也有影響，大部分的緩凝劑會(huì)使強(qiáng)度降低，因此進(jìn)行了緩凝劑RT300L對(duì)24 h水泥漿抗壓強(qiáng)度的影響評(píng)價(jià)，結(jié)果（見(jiàn)表1）。將5個(gè)不同緩凝劑加量的水泥漿配方在溫度分別為150℃～190℃進(jìn)行24 h養(yǎng)護(hù)實(shí)驗(yàn)，水泥漿的稠化時(shí)間同為5 h左右。水泥模塊抗壓強(qiáng)度隨著溫度的升高而增大，未出現(xiàn)強(qiáng)度降低或無(wú)強(qiáng)度等問(wèn)題，抗壓強(qiáng)度滿足固井施工要求。綜上所述，RT300L對(duì)水泥抗壓強(qiáng)度無(wú)不良影響。

2.4 RT300L對(duì)水泥漿流變性、失水性能的影響

緩凝劑對(duì)水泥漿的流變性能和API失水都會(huì)有一定的影響，性能差的緩凝劑會(huì)有較大的分散性導(dǎo)致水泥漿不穩(wěn)定，以及會(huì)破壞降失水劑的效果，導(dǎo)致失水變大。因此，進(jìn)行了相關(guān)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，RT300L對(duì)水泥漿流變性與失水性能的影響（見(jiàn)表2）。在88℃條件下，測(cè)試5個(gè)不同緩凝劑加量的水泥漿配方流變性和失水性能，從表2中可知，加入不同加量緩凝劑后，水泥漿性能差別不大，流變性與失水均未出現(xiàn)異常情況，由此可知，緩凝劑RT300L對(duì)水泥漿的流變性與失水無(wú)不利影響。

3 結(jié)論

（1）四元聚合物RT300L溫度敏感性和加量敏感性小，抗高溫能力可達(dá)180℃以上，緩凝效果好，且稠化過(guò)渡時(shí)間短，稠度曲線穩(wěn)定無(wú)異常，易于調(diào)節(jié)，是一種性能優(yōu)良的高溫緩凝劑。

（2）高溫緩凝劑RT300L對(duì)水泥漿的抗壓強(qiáng)度、流變性及失水等性能無(wú)不良影響。

［1］楊小華，王中華.國(guó)內(nèi)近15年來(lái)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］彭志剛，許遵見(jiàn)，馮茜，等.高溫緩凝劑WHJ在深井固井中的應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（12）：41-44.

［3］田宏偉，汪蕾，耿國(guó)偉，等.油井水泥高溫緩凝劑CHR40的合成與評(píng)價(jià)［J］.石油化工應(yīng)用，2016，35（11）：17-20.

［4］趙琥，田野，王清順，等．新型高溫緩凝劑PC-H42L的室內(nèi)合成與評(píng)價(jià)［J］．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2012，9（7）：73-74.