CN101597487A - 一种油井水泥高温缓凝剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油田钻井完井技术领域所用的油井水泥高温缓凝剂。其特征在于：由1重量份水、0.005～0.030重量份羟基羧酸及其盐类、0.005～0.010重量份纤维素衍生物和0.0001～0.0010重量份磺酸盐组成。该高温缓凝剂适用温度范围广，可应用于各种密度的水泥浆体系，与多种外加剂体系配伍性强，不影响水泥浆性能。用此缓凝剂配制的水泥浆浆体稳定，稠化过渡时间短，稠化时间可调；水泥石抗压强度发展快，适用于固井工程的需要。
Description
技术领域
本发明涉及油田完井技术固井领域所用的水泥外加剂，属于高温缓凝剂。
背景技术
本发明所述的高温缓凝剂是用于油气井完井领域注水泥作业的水泥外加剂。注水泥作业的目的主要是阻止地层流体相互窜流，封隔严重漏失层或其他坍塌等复杂地层，形成胶结支撑套管，此外，也可以防止地下流体对套管的腐蚀。
稠化时间是注水泥作业的重要指标之一。适当的稠化时间可以保证水泥浆在泵送顶替过程中一直保持液体可泵状态，避免水泥浆在泵送过程中发生桥堵，保证固井施工的安全作业。
随着油田勘探开发技术的不断深入和钻井技术的发展，许多油气井的井深增加，井底温度增高。随着温度的升高，水泥的水化速度也随之加快，这就要求缓凝剂在高温下能够减缓水泥浆的水化速度，延长稠化时间，同时又不会对水泥浆的综合性能产生影响，保证固井施工充足的时间和良好的固井质量。
现在普遍使用的缓凝剂主要有：木质素磺酸盐、糖类化合物、有机磷酸盐、无机酸等，但这些缓凝剂均存在一定缺陷：有的缓凝剂适用温度范围窄；有的缓凝剂虽然适用温度范围广，但对水泥浆的失水，浆体稳定性以及强度发展等性能有一定的影响；有的缓凝剂缓凝作用不稳定，其配制水泥浆的稠化时间随温度的升高出现非线性的变化，稠化时间不易调控。
因此，本发明的高温缓凝剂解决了这一问题，它的适用温度范围广，缓凝剂配制水泥浆的稠化时间随温度的升高呈单调变化，同一温度条件下稠化时间随着缓凝剂掺量的增减而增减，稠化时间容易调节，且缓凝剂对水泥浆的失水、浆体稳定性和强度发展等性能没有影响，可以保证固井施工的安全和质量。
发明内容
本发明的目的是：提供一种油井水泥高温缓凝剂，该水泥缓凝剂适用温度范围在105～200℃；能与多种外加剂体系配伍，具有良好的相容性；对水泥浆的综合性能没有影响。
本发明的技术方案是：一种油井水泥高温缓凝剂，由1重量份水、0.005～0.030重量份羟基羧酸和/或羟基羧酸盐类、0.005～0.010重量份纤维素衍生物和0.0001～0.0010重量份磺酸盐组成。
水选自淡水或海水；羟基羧酸或羟基羧酸对应盐类的分子结构中含有HO-C-COO或HO-C-C-COO基团，羟基羧酸选自柠檬酸、葡庚酸、葡萄糖酸、酒石酸，羟基羧酸对应盐类选自酒石酸钾钠、葡庚酸钠或柠檬酸钾，羟基羧酸或羟基羧酸对应盐类中选用一种或两种；纤维素衍生物是分子结构中含有以下基团的聚合物，
纤维素衍生物选自羧甲基羟乙基纤维素或羟乙基纤维素；磺酸盐为甲醛、丙酮、苯和氨基磺酸盐共同反应的生成物，其分子结构中含-CH3、-NH2、-C6H5和-SO3H；具体讲磺酸盐采用的是苯乙烯磺酸盐、脂肪酸甲酯磺酸盐或甲代烯丙基磺酸盐。
因此该外加剂的有益效果是：
1.适用温度范围广，可达105～200℃，能满足日益发展的钻井完井工程的需要。
2.可适用于各种密度水泥浆体系，与多种外加剂配伍，具有良好的相容性。
3.缓凝剂化学性能稳定，对水泥浆失水、浆体稳定性、强度发展等综合性能没有影响。
4.缓凝剂配制的水泥浆其稠化时间在同一温度下随缓凝剂掺量的增加而逐渐增加，随缓凝剂加量的减少而逐渐缩短；同一掺量缓凝剂配制的水泥浆其稠化时间在不同温度下随温度的增加而逐渐缩短，随温度的降低而逐渐增加，具有良好的规律性和可操作性，稠化过渡时间短，稠化时间容易调节。
下面对本发明的原理和有益效果作进一步的说明
上述羟基羧酸及其盐类的缓凝作用主要依靠分子中α羟基羧酸基团(HO-C-COO)或β羟基羧酸基团(HO-C-C-COO)，这些基团对阳离子有很强的螯合作用，可以形成高度稳定的五元环或六元环结构，部分吸附于水泥颗粒表面“毒化”水化产物成核中心阻碍核的生长，达到抑制水化，延长水泥浆稠化时间的作用。柠檬酸、葡庚酸、葡萄糖酸、酒石酸或其对应盐类均具有这种结构，且这些化合物化学性能稳定，在调整水泥浆稠化时间的同时，不会对水泥浆的性能产生影响。
纤维素衍生物分子结构含有的以下基团，可以吸附于水泥颗粒
表面抑制水化，延缓水化速度；同时羧甲基羟乙基纤维素或羟乙基纤维素还对水泥浆失水具有一定的控制作用，可以帮助控制水泥浆的失水，满足固井施工作业的要求，保证良好的固井质量。
磺酸盐为甲醛、丙酮、苯和氨基磺酸盐共同反应的生成物，其分子结构中含-CH3、-NH2、-C6H5和-SO3H，可以保证配制的水泥浆具有良好的流变性能，同时保证水泥浆具有优良的综合性能。
具体实施方式
实施例1～4
在500ml烧杯中加入1重量份海水，然后加入葡萄糖酸、酒石酸钾钠、羧甲基羟乙基纤维素和苯乙烯磺酸盐，各组分的加入重量份，如表1所示，在搅拌速度为4000rpm下搅拌60秒，配得油井水泥高温缓凝剂，该缓凝剂配制的1.90g/cm3水泥浆性能见表1。
表1油井水泥高温缓凝剂组分及其配制1.90g/cm3水泥浆性能
注：BWOC为占水泥质量的百分数。
实施例5～8
在500ml烧杯中加入1重量份淡水，然后加入柠檬酸、葡庚酸钠、羟乙基纤维素和脂肪酸甲酯磺酸盐，各组分的加入重量份，如表2所示，在搅拌速度为4000rpm下搅拌60秒，配得油井水泥高温缓凝剂，该缓凝剂配制的1.40g/cm3水泥浆性能见表2。
表2油井水泥高温缓凝剂组分及其配制1.40g/cm3水泥浆性能
实施例9～12
在500ml烧杯中加入1重量淡水，然后加入葡庚酸、柠檬酸钾、羧甲基羟乙基纤维素和甲代丙烯基磺酸盐，各组分的加入重量份，如表3所示，在搅拌速度为4000rpm下搅拌60秒，配得油井水泥高温缓凝剂，该缓凝剂配制的2.30g/cm3水泥浆性能见表3。
表3油井水泥高温缓凝剂组分及其配制2.30g/cm3水泥浆性能
由表1、表2和表3所示的各成分配方及产生的效果可见，该高温缓凝剂配制的水泥浆与以往高温固井水泥浆相比，其适用温度更加宽泛，固井井底循环温度达到200℃，静止温度可达250℃，可以满足日益发展的钻完井工程的实际需要；该高温缓凝剂可适用于常规密度、低密度和高密度水泥浆体系，与各种密度水泥浆体系中的外加剂具有良好的配伍性，且缓凝剂化学性能稳定，对水泥浆失水、浆体稳定性、强度发展等综合性能没有影响；此外，该高温缓凝剂在同一温度下和不同温度下其掺量均呈单调变化，具有良好的可控性，过渡时间短，稠化时间容易调节。
Claims (9)
1、一种油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：由1重量份水、0.005～0.030重量份羟基羧酸和/或羟基羧酸盐类、0.005～0.010重量份纤维素衍生物和0.0001～0.0010重量份磺酸盐组成。
2、根据权利要求1所述的油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：水选自淡水、海水或饱和盐水。
3、根据权利要求1所述的油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：所述的羟基羧酸或羟基羧酸盐类，其分子结构中含有HO-C-COO或HO-C-C-COO基团。
4、根据权利要求1或3所述的油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：羟基羧酸选自柠檬酸、葡庚酸、葡萄糖酸或酒石酸。
5、根据权利要求1或3所述的油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：羟基羧酸盐选自酒石酸钾钠、葡庚酸钠或柠檬酸钾。
6、根据权利要求1所述的油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：纤维素衍生物是分子结构中含有以下基团的聚合物
7、根据权利要求1或6所述的油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：纤维素衍生物选自羧甲基羟乙基纤维素或羟乙基纤维素。
8、根据权利要求1所述的油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：磺酸盐为甲醛、丙酮、苯和氨基磺酸盐共同反应的生成物，其分子结构中含-CH3、-NH2、-C6H5和-SO3H。
9、根据权利要求1所述的油井水泥高温缓凝剂，其特征在于：磺酸盐是苯乙烯磺酸盐、脂肪酸甲酯磺酸盐或甲代烯丙基磺酸盐。
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