一種固井用大溫差緩凝劑CRT601的室內(nèi)研究

王云慶 鄒亦瑋 田 野

（1.天津中海油服化學(xué)有限公司，天津300450；2.中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北 三河065201）

0 引言

固井是鉆井過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包含下套管和注水泥漿兩個(gè)程序，主要作用是封隔油、氣和水層、易漏失、易坍塌的地層，以及支撐套管等。為了使固井施工順利完成，防止水泥漿在地層高溫條件下提前凝固，需要在水泥漿中加入緩凝劑來延長稠化時(shí)間。性能優(yōu)良的緩凝劑應(yīng)該是稠化時(shí)間與加量成正比例關(guān)系，且稠化時(shí)間隨著溫度增加而降低，不會(huì)出現(xiàn)“稠化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象”[1]。當(dāng)進(jìn)行長封固大溫差固井作業(yè)時(shí)，主要面對(duì)的挑戰(zhàn)是水泥漿頂部的強(qiáng)度發(fā)展，這與緩凝劑的性能有較大的關(guān)系，適用于大溫差固井的緩凝劑，不但能保證井底溫度下的可泵時(shí)間，又能保證水泥漿返到頂部后的強(qiáng)度發(fā)展[2-4]。

目前緩凝劑產(chǎn)品種類較多，有些產(chǎn)品存在溫度敏感性和摻量敏感性較差的問題，導(dǎo)致在泥施工過程中出現(xiàn)事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在進(jìn)行大溫差長封固段固井時(shí)，頂部強(qiáng)度的發(fā)展影響到后續(xù)施工，因此，開發(fā)一種低溫敏和加量線性且頂部強(qiáng)度發(fā)展快速的緩凝劑是十分有必要的。本文介紹了一種由二元聚合物與有機(jī)磷酸鹽復(fù)配而成的緩凝劑CRT601，并評(píng)價(jià)了溫度敏感性和摻量敏感性以及對(duì)水泥漿頂部強(qiáng)度的發(fā)展的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

高溫高壓稠化儀；常壓稠化儀；增壓養(yǎng)護(hù)釜；常壓養(yǎng)護(hù)箱；勻加荷壓力試驗(yàn)機(jī)等。

1.2 試劑

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、衣康酸（IA）、引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、阻聚劑、氫氧化鈉、乙二胺四甲叉膦酸鈉（EDTMPS）、去離子水等。

1.3 合成過程

將2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和衣康酸（IA）按照摩爾比6:3.5溶解于去離子水中，加入鏈轉(zhuǎn)移劑，攪拌并加熱至65℃，通氮?dú)?0 min后加入引發(fā)劑，繼續(xù)反應(yīng)4 h后，加入阻聚劑，最終得到聚合產(chǎn)物（20%固含），再混入14.3%的六乙二胺四甲叉膦酸鈉（EDTMPS）溶液（50%濃度），得到最終產(chǎn)品CRT601。

1.4 水泥漿配方

配方1：G級(jí)水泥+F/W+4%C-FL82+x%CRT601+0.3%C-DF61，水泥漿密度為1.90 g/cm3。

配方2：G級(jí)水泥+F/W+15%C-SE2+13%C-P62+7%C-FL82+x%CRT601+0.3%C-DF61，水泥漿密度為1.45 g/cm3。

式中：G級(jí)水泥，山東淄博中昌水泥廠；降失水劑C-FL82、增強(qiáng)劑C-SE2、減輕劑C-P62、消泡劑CDF61，天津中海油服化學(xué)有限公司；百分?jǐn)?shù)為占水泥重量的百分比。

1.5 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照APIRP10B-2-2013Recommended Practice for Testing Well Cements。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度敏感性

一般情況下，會(huì)在井底循環(huán)溫度下進(jìn)行稠化試驗(yàn)，但探測(cè)到的井底溫度一般都會(huì)與真實(shí)值存在或多或少的差異，溫度敏感性差的緩凝劑會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓霈F(xiàn)超緩凝或者早凝的現(xiàn)象，造成氣竄、“插旗干”等事故的發(fā)生[1]。因此緩凝劑的溫度敏感性是保證固井施工安全的重要性能。溫度與稠化時(shí)間的關(guān)系如圖1所示（評(píng)價(jià)配方為密度為1.9 g/cm3的密度水泥漿）。

圖1 CRT601溫度敏感性評(píng)價(jià)

從圖1看出，在中溫段和高溫段稠化時(shí)間隨著溫度的降低而有規(guī)律的縮短，未出現(xiàn)稠化時(shí)間翻轉(zhuǎn)、突變等問題，表明該緩凝劑溫度敏感性好，滿足固井施工要求。

2.2 加量敏感性

CRT601加量與稠化時(shí)間的關(guān)系如圖2所示（評(píng)價(jià)配方為1.9 g/cm3密度水泥漿）。

圖2 CRT601摻量敏感性評(píng)價(jià)

由圖2可知，緩凝劑CRT601的加量與稠化時(shí)間呈現(xiàn)線性關(guān)系，表明摻量敏感性好。摻量敏感性規(guī)律好的緩凝劑在固井作業(yè)中稠化時(shí)間易于調(diào)整，保證了施工的安全和高效。

2.3 水泥頂部評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

在大溫差長封固固井施工中，頂部強(qiáng)度是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo)，為了評(píng)價(jià)緩凝劑CRT601對(duì)頂部強(qiáng)度的影響，與常用的緩凝劑CR21L和CR31進(jìn)行了性能對(duì)比，在135℃稠化時(shí)間相同的情況下，頂部60℃強(qiáng)度的發(fā)展結(jié)果見表1（評(píng)價(jià)配方為密度為1.5 g/cm3密度水泥漿）。

表1 頂部強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)（強(qiáng)度單位MPa）

由表1可知，在保證相同稠化時(shí)間的條件下，加有緩凝劑CRT601的水泥漿強(qiáng)度發(fā)展迅速，超過70℃的溫差條件下，一天內(nèi)開始有強(qiáng)度，兩天達(dá)到18.7MPa，而另外兩種緩凝劑兩天內(nèi)無強(qiáng)度發(fā)展，96小時(shí)后才達(dá)到14MPa以上，無法滿足固井施工要求。通過對(duì)比表明CRT601可以快速提高頂部強(qiáng)度，適用于大溫差長封固段固井作業(yè)。

3 結(jié)論

（1）緩凝劑CRT601溫度敏感性小，加量與稠化時(shí)間有較好的線性關(guān)系，稠化時(shí)間可調(diào)，滿足固井施工需求。

（2）CRT601與其他緩凝劑對(duì)比來看，能使水泥漿頂部強(qiáng)度發(fā)展迅速，適用于大溫差長封固段固井作業(yè)。