固井用高溫緩凝劑RT300L的研究

雷 霆

（中海油田服務股份有限公司油田化學事業(yè)部，河北三河 065201）

固井施工時，水泥漿在注入深井過程中，要面對高溫的考驗，隨著溫度的升高，水泥漿的稠化時間會縮短，為了延長稠化時間，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、有機磷酸鹽，或者是復配物，主要存在敏感性強、耐溫性能差等缺點，有時甚至會導致超緩凝，對固井施工產(chǎn)生危險[3，4]。對此，國內(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、影響水泥漿失水、流變等問題，不能滿足現(xiàn)場施工條件。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，并進行了一系列評價實驗。

1 實驗部分

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)護釜、旋轉(zhuǎn)黏度計、壓力實驗機等。

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和攪拌器的三口燒瓶中攪拌升溫，并通入氮氣，當溫度升至55℃穩(wěn)定20 min后開始滴加引發(fā)劑，待反應2 h后，加入阻聚劑，冷卻至室溫后得到共聚物。

1.3 緩凝劑性能評價

實驗水泥漿配方：山東中昌G級水泥+35%硅粉+8%降失水劑+x%RT300L+0.25%消泡劑+1%高溫穩(wěn)定劑+自來水，降失水劑和消泡劑均來自天津中海油服化學有限公司；加量為BWOC（占水泥的質(zhì)量比）。緩凝劑評價實驗均用此配方配制，根據(jù)溫度的高低來調(diào)節(jié)緩凝劑RT300L加量及水的加量，水泥漿實驗方法參照GB/T 19139規(guī)定的方法進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 RT300L加量敏感性

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

圖1 RT300L摻量對稠化時間的影響

圖2 實驗溫度對RT300L緩凝效果影響

2.2 RT300L溫度敏感性

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

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

緩凝劑在175℃時的稠化曲線（見圖3），可以看到加入該緩凝劑的水泥漿稠化曲線過渡時間快，無稠度突變等異?，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 抗壓強度評價

表2 水泥漿流變性和失水評價

2.3 抗壓強度評價

高溫緩凝劑除了能夠延長水泥漿的稠化時間外，對水泥的強度發(fā)展也有影響，大部分的緩凝劑會使強度降低，因此進行了緩凝劑RT300L對24 h水泥漿抗壓強度的影響評價，結(jié)果（見表1）。將5個不同緩凝劑加量的水泥漿配方在溫度分別為150℃～190℃進行24 h養(yǎng)護實驗，水泥漿的稠化時間同為5 h左右。水泥模塊抗壓強度隨著溫度的升高而增大，未出現(xiàn)強度降低或無強度等問題，抗壓強度滿足固井施工要求。綜上所述，RT300L對水泥抗壓強度無不良影響。

2.4 RT300L對水泥漿流變性、失水性能的影響

緩凝劑對水泥漿的流變性能和API失水都會有一定的影響，性能差的緩凝劑會有較大的分散性導致水泥漿不穩(wěn)定，以及會破壞降失水劑的效果，導致失水變大。因此，進行了相關(guān)評價實驗，RT300L對水泥漿流變性與失水性能的影響（見表2）。在88℃條件下，測試5個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對水泥漿的流變性與失水無不利影響。

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180℃以上，緩凝效果好，且稠化過渡時間短，稠度曲線穩(wěn)定無異常，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對水泥漿的抗壓強度、流變性及失水等性能無不良影響。

［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用進展［J］．油田化學，2004，21（3）：294-295.

［2］彭志剛，許遵見，馮茜，等.高溫緩凝劑WHJ在深井固井中的應用［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（12）：41-44.

［3］田宏偉，汪蕾，耿國偉，等.油井水泥高溫緩凝劑CHR40的合成與評價［J］.石油化工應用，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)合成與評價［J］．長江大學學報（自科版），2012，9（7）：73-74.