水泥漿漿體穩(wěn)定性對(duì)聚合物緩凝劑使用效果的影響

陳澤州

（中石化勝利石油工程有限公司固井技術(shù)服務(wù)中心，山東 東營(yíng) 257000）

隨著油田開(kāi)發(fā)向深層進(jìn)發(fā)，固井封固段長(zhǎng)增加，固井成本也隨之增加，在保證固井質(zhì)量的同時(shí)降低對(duì)非目的層段的固井要求是一種有效的降本增效方法。因此，在非目的層段經(jīng)常使用粉煤灰體系、原漿體系、原漿加砂體系等穩(wěn)定性較差的水泥漿體系進(jìn)行固井施工。由于這些體系的穩(wěn)定性較差，因此其在固井施工中的大溫差條件下是否穩(wěn)定，是否可以通過(guò)聚合物緩凝劑進(jìn)行稠化時(shí)間調(diào)節(jié)并應(yīng)用于深井固井施工是一個(gè)值得探討的問(wèn)題[1]。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 緩凝劑合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為使聚合物緩凝劑擁有良好緩凝效果的同時(shí)排除多種不同緩凝基團(tuán)復(fù)合作用影響對(duì)緩凝劑性能的評(píng)價(jià)。優(yōu)選AMPS 與IA 兩種單體組成二元共聚物緩凝劑SGH-1，其中AMPS作為主鏈擁有良好的水溶性且磺酸基團(tuán)能夠在堿性溶液中保證聚合物的穩(wěn)定性，IA的羧基基團(tuán)能夠與水泥漿中的鈣離子鰲合形成穩(wěn)定的五環(huán)或六環(huán)結(jié)構(gòu)，降低鈣離子濃度延緩水化產(chǎn)物核心生長(zhǎng)的同時(shí)增強(qiáng)緩凝劑分子的穩(wěn)定性[2-3]。其合成方法如下：

按照AMPS∶IA=7∶3 的比例，濃度為25%的條件將兩種溶質(zhì)溶于去離子水。使用NaOH溶液將反應(yīng)溶液pH值調(diào)至4并維持反應(yīng)溫度為70℃，加入1%的引發(fā)劑連續(xù)攪拌6h后得到緩凝劑SGH-1。

1.2 水泥漿性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 水泥漿體系設(shè)計(jì)

（1）原漿水泥漿體系：800g 中昌水泥+X%緩凝劑SGH-1+水（水灰比44%）；

（2）標(biāo)準(zhǔn)水泥漿體系：600g 中昌水泥+120g 石英砂+1.25%降失水劑+1.25%分散劑+X%緩凝劑SGH-1+2g消泡劑+水（水灰比44%）。

1.2.2 水泥漿復(fù)配試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水泥試驗(yàn)方法參照GB/T191392012《油井水泥試驗(yàn)方法》，分別測(cè)量?jī)煞N水泥漿體系在不同緩凝劑加量下的流動(dòng)度、流變性能、游離液、漿體穩(wěn)定性、稠化性能等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。以此分析在水泥漿漿體穩(wěn)定性不同的情況下，緩凝劑的使用效果。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

2.1 水泥漿流動(dòng)度評(píng)價(jià)

根據(jù)表1流動(dòng)性測(cè)試結(jié)果可知：在室溫與90℃溫度條件下，緩凝劑可以增大原漿體系與標(biāo)準(zhǔn)漿體系的流動(dòng)度，原漿體系隨著溫度的升高，水泥漿流動(dòng)度降低，而標(biāo)準(zhǔn)體系隨著溫度的升高流動(dòng)度升高，標(biāo)準(zhǔn)體系流動(dòng)度相較于原漿體系流動(dòng)度更低。

表1 水泥漿流動(dòng)性對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 水泥漿穩(wěn)定性能評(píng)價(jià)

根據(jù)表2水泥漿穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：原漿體系在室溫條件下的游離液析出量超過(guò)了7%，隨著溫度的升高游離液析出量減少，室溫沉降穩(wěn)定性為0.10g/cm3。標(biāo)準(zhǔn)體系在室溫條件和90℃條件下均沒(méi)有游離液析出，沉降穩(wěn)定性為0.03g/cm3，兩種漿體在加入聚合物緩凝劑后，水泥漿室溫沉降穩(wěn)定性分別升高0.22g/cm3和0.02g/cm3，綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)體系比原漿體系有更好的穩(wěn)定性，且聚合物緩凝劑會(huì)降低水泥漿的穩(wěn)定性。

表2 水泥漿穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.3 水泥漿流變性能評(píng)價(jià)

根據(jù)表3水泥漿流變性試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在常溫條件下，標(biāo)準(zhǔn)體系比原漿體系的稠度系數(shù)高，動(dòng)切力與塑性粘度大。原漿體系隨著溫度的升高，原漿體系的動(dòng)切力與稠度系數(shù)增加，塑性粘度與流性指數(shù)降低，流變性隨溫度變化明顯。而標(biāo)準(zhǔn)體系隨著溫度的升高，流性指數(shù)與塑性粘度升高，動(dòng)切力與稠度系數(shù)下降，流變性隨溫度變化較小。在原漿體系與標(biāo)準(zhǔn)體系中加入1%的聚合物緩凝劑SGH-1，流性指數(shù)明顯升高，稠度系數(shù)與塑性粘度下降。說(shuō)明在水泥漿中加入聚合物緩凝劑可以改善水泥漿漿體的流變性。

表3 水泥漿流變性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4 水泥漿稠化性能評(píng)價(jià)

根據(jù)表4水泥漿稠化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：標(biāo)準(zhǔn)體系水泥漿的稠化時(shí)間要長(zhǎng)于原漿水泥漿的稠化時(shí)間，在1%緩凝劑加量的條件下，標(biāo)準(zhǔn)體系的緩凝劑加量敏感性要高于原漿體系的加量敏感性，聚合物緩凝劑的使用效果更加明顯。

表4 水泥漿稠化性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)圖1、圖2稠化曲線(xiàn)圖可以看出，原漿體系與標(biāo)準(zhǔn)漿體系在110℃×70MPa條件下，標(biāo)準(zhǔn)體系稠化時(shí)間比原漿體系稠化時(shí)間要長(zhǎng)，并且原漿體系在80℃～100℃條件下稠化曲線(xiàn)有一定的鼓包現(xiàn)象，拆開(kāi)稠化漿杯，可以發(fā)現(xiàn)水泥塊軟硬不一，部分水泥漿體未充分水化。

圖1 110℃×70MPa×60min原漿配方稠化曲線(xiàn)圖

圖2 110℃×70MPa×60min標(biāo)準(zhǔn)配方稠化曲線(xiàn)圖

3 結(jié)論

（1）聚合物緩凝劑會(huì)降低水泥漿漿體的穩(wěn)定性，對(duì)水泥漿有一定的分散作用。

（2）原漿水泥漿體系加入一定比例的聚合物緩凝劑，由于其漿體穩(wěn)定性較低，聚合物緩凝劑中的羧基基團(tuán)無(wú)法均勻地分布在水泥漿漿體中與Ca2+鰲合，因此稠化曲線(xiàn)在80℃～100℃出現(xiàn)鼓包，影響固井施工安全。

（3）標(biāo)準(zhǔn)水泥漿體系加入一定比例聚合物緩凝劑相較于原漿水泥漿體系，漿體穩(wěn)定性更高，水泥漿稠化時(shí)間增加量更長(zhǎng)，并且稠化曲線(xiàn)平穩(wěn)、直角稠化，適合固井現(xiàn)場(chǎng)施工。