一種固井用大溫差緩凝劑CRT601的室內研究

王云慶 鄒亦瑋 田 野

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

0 引言

固井是鉆井過程中的關鍵環節，包含下套管和注水泥漿兩個程序，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間。性能優良的緩凝劑應該是稠化時間與加量成正比例關系，且稠化時間隨著溫度增加而降低，不會出現“稠化反轉現象”[1]。當進行長封固大溫差固井作業時，主要面對的挑戰是水泥漿頂部的強度發展，這與緩凝劑的性能有較大的關系，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間，又能保證水泥漿返到頂部后的強度發展[2-4]。

目前緩凝劑產品種類較多，有些產品存在溫度敏感性和摻量敏感性較差的問題，導致在泥施工過程中出現事故，造成巨大的經濟損失。在進行大溫差長封固段固井時，頂部強度的發展影響到后續施工，因此，開發一種低溫敏和加量線性且頂部強度發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磷酸鹽復配而成的緩凝劑CRT601，并評價了溫度敏感性和摻量敏感性以及對水泥漿頂部強度的發展的影響。

1 實驗部分

1.1 儀器

高溫高壓稠化儀；常壓稠化儀；增壓養護釜；常壓養護箱；勻加荷壓力試驗機等。

1.2 試劑

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、衣康酸（IA）、引發劑、鏈轉移劑、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，加入鏈轉移劑，攪拌并加熱至65℃，通氮氣30 min后加入引發劑，繼續反應4 h后，加入阻聚劑，最終得到聚合產物（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），得到最終產品CRT601。

1.4 水泥漿配方

配方1：G級水泥+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級水泥，山東淄博中昌水泥廠；降失水劑C-FL82、增強劑C-SE2、減輕劑C-P62、消泡劑CDF61，天津中海油服化學有限公司；百分數為占水泥重量的百分比。

1.5 試驗方法

試驗方法參照APIRP10B-2-2013Recommended Practice for Testing Well Cements。

2 結果與討論

2.1 溫度敏感性

一般情況下，會在井底循環溫度下進行稠化試驗，但探測到的井底溫度一般都會與真實值存在或多或少的差異，溫度敏感性差的緩凝劑會因為溫度的變化出現超緩凝或者早凝的現象，造成氣竄、“插旗干”等事故的發生[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。溫度與稠化時間的關系如圖1所示（評價配方為密度為1.9 g/cm3的密度水泥漿）。

圖1 CRT601溫度敏感性評價

從圖1看出，在中溫段和高溫段稠化時間隨著溫度的降低而有規律的縮短，未出現稠化時間翻轉、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加量與稠化時間的關系如圖2所示（評價配方為1.9 g/cm3密度水泥漿）。

圖2 CRT601摻量敏感性評價

由圖2可知，緩凝劑CRT601的加量與稠化時間呈現線性關系，表明摻量敏感性好。摻量敏感性規律好的緩凝劑在固井作業中稠化時間易于調整，保證了施工的安全和高效。

2.3 水泥頂部評價實驗

在大溫差長封固固井施工中，頂部強度是一個關鍵的性能指標，為了評價緩凝劑CRT601對頂部強度的影響，與常用的緩凝劑CR21L和CR31進行了性能對比，在135℃稠化時間相同的情況下，頂部60℃強度的發展結果見表1（評價配方為密度為1.5 g/cm3密度水泥漿）。

表1 頂部強度對比實驗（強度單位MPa）

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

3 結論

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

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