新型高溫緩凝劑PCH42L的室內合成與評價

2012-11-21 11:45:52王清順宋維凱馮克滿

長江大學學報(自科版) 2012年19期

趙琥，田野，王清順，宋維凱馮克滿，趙軍，邱超

(中海油田服務股份有限公司油田化學研究院，河北燕郊 065201)

趙琥，田野，王清順，宋維凱馮克滿，趙軍，邱超

(中海油田服務股份有限公司油田化學研究院，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劑條件下進行聚合反應制得高溫緩凝劑PC-H42L。研究結果表明，PC-H42L適應溫度范圍廣，抗高溫能力強；PC-H42L對水泥漿的沉降穩定性、失水性能和抗壓強度無不良影響；加入PC-H42L的水泥漿稠度穩定，且具有良好的防竄性能。

高溫緩凝劑；固井聚合反應；抗高溫

隨著石油勘探開發不斷向深井及超深井方向發展，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90年代，研究者開發出高溫緩凝劑［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旋轉粘度計；DFC-0722B型雙釜增壓養護釜；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劑，待反應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研究院研發產品)。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，根據需要調節PC-H42L加量，水泥漿密度為1.90g/cm3，水灰比為0.44。

2 結果與討論

2.1水泥漿穩定性能評價

水泥漿穩定性測試由自由液試驗、水泥石上下密度差試驗組成。結果表明，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［5］的標準(0.03g/cm3)，說明水泥漿穩定性良好。因此，PC-H42L對水泥漿的沉降穩定性無不良影響。

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(抗壓強度數據均是在水浴中養護24h后所測得)。配方1與配方2的測試溫度分別為110℃和160℃，稠化時間調整到5～6h左右，測得的抗壓強度均明顯大于文獻［5］的標準(14MPa)，因而能夠滿足現場施工要求。

表2 PC-H42L對水泥漿抗壓強度的影響

在固井現場施工過程中，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，進行以下大溫差試驗：設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，并將稠化時間調節到4h左右，然后降低30℃分別測試2組配方水泥漿24h養護后的抗壓強度，測得的抗壓強度大于文獻［5］的標準，能夠滿足現場施工要求(見表2)。