CN101885962B

CN101885962B - 一种油井水泥缓凝剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101885962B
Application number: CN 201010214915
Authority: CN
Inventors: 赵宝辉; 邹建龙; 刘爱萍; 谭文礼; 孙富全; 马学勤; 侯薇
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Research Institute of Engineering Technology; CNPC Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: CN101885962A

Abstract

油井水泥缓凝剂，应用于石油钻井、完井或固井技术领域。首先将20～50份多胺化合物、10～30份三氯化磷或亚磷酸和软水加入反应容器中，加热至50～90℃活化1～3小时后，向容器中滴加10～30份甲醛水溶液，待甲醛水溶液全部加完后，将温度升至100～120℃，反应1～4小时；再向容器中加入10～40份氨基磺酸基化合物，待溶解完全后，加入10～30份环氧化合物，保持温度继续反应2～4小时，制得油井水泥缓凝剂。该缓凝剂在50～180℃温度范围内能实现对水泥浆稠化时间调节，适用于低、中、高密度水泥浆体系，具有很好的耐盐性，适用于淡水、海水及盐水等；能广泛应用于浅井、深井、超深井、水平井、大位移井等复杂井况等。

Description

一种油井水泥缓凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井、完井或固井技术领域，特别涉及一种固井用的水泥缓凝剂及其制备方法。

背景技术

在油气井注水泥作业中，通过泵送将水泥浆注入井内，经替浆将水泥浆顶替到套管与井壁之间的环形空间中，待水泥浆凝固后封隔油、气及水层等，达到保护产层和支撑保护套管的目的。水泥浆在到达封固所要求位置前必须保持良好的可泵性。水泥为水硬性胶凝材料，随着水泥浆中的活性成分不断水化，水泥浆的流动性变差，当水泥浆的稠度达到一定值时，水泥浆将会失去流动性而无法泵送。为了保证施工作业安全，尤其是在深井和超深井注水泥作业时，往往在水泥浆中加入缓凝剂，以准确地控制水泥浆的稠化时间。

目前广泛应用的油井水泥缓凝剂主要有：木质素磺酸盐类、羟基羧酸盐类、糖类及其衍生物、低分子量纤维素类、硼酸及其盐类、有机磷酸及其盐类、不饱和羧酸聚合物及其共聚物类等。这些缓凝剂在应用时均存在很多局限性，比如木质素磺酸盐类，由于木质素来源不同，组成和结构差异很大，缓凝效果不易控制；且适用温度在90℃以下；糖类化合物对加量极其敏感，水泥浆稠化时间很难调整；羟基羧酸盐类仅适用于120℃以上温度范围，其对水泥浆稀释作用明显，引起水泥浆不稳定，浆体沉降和游离液量大，而且会破换某些降失水剂滤失效果。硼酸及其盐一般不单独使用，需与其他缓凝剂复合使用，且仅适用于淡水。

发明内容

本发明的目的是提供一种油井水泥缓凝剂，在50～180℃温度范围内可以实现对水泥浆稠化时间调节，水泥浆稠化时间对缓凝剂加量不敏感，能与其他水泥外加剂配伍，能应用于浅井、深井、超深井、水平井、大位移井。另一个目的是提供该油井水泥缓凝剂的制备方法。

本发明采用的技术方案是：油井水泥缓凝剂各组分重量份为：

多胺化合物 20～50份；

三氯化磷或亚磷酸 10～30份；

甲醛水溶液 10～30份；

氨基磺酸基化合物 10～40份；

环氧化合物 10～30份；

水 100份。

油井水泥缓凝剂的制备方法：首先将20～50重量份的多胺化合物、10～30重量份的三氯化磷和100重量份的水加入反应容器中，开动搅拌装置，并加热至50～90℃活化1～3小时后，向反应容器中滴加10～30重量份的甲醛水溶液，待甲醛水溶液全部加入后，将温度升至100～120℃，反应1～4小时；再向反应容器中加入10～40重量份的氨基磺酸化合物，待溶解完全后，加入10～30重量份的环氧化合物，保持温度继续反应2～4小时，制得油井水泥缓凝剂。

其中所述多胺化合物选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、乙二胺(1，2-乙二胺)、丁二胺(1，4-丁二胺)和己二胺(1，6-己二胺)中一种两种或多种。

其中所述甲醛水溶液浓度(重量比)为30～40％。

其中所述氨基磺酸基化合物选自对氨基苯磺酸及其盐、2-氨基乙磺酸及其盐、环己基氨基磺酸及其盐(环己基氨基磺酸钠、环己基氨基磺酸钙)中一种或两种或多种。

其中所述环氧化合物选自环氧氯丙烷、二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚中的一种或两种或多种。

本发明的有益效果：本发明油井水泥缓凝剂具有以下优良性能：

在50～180℃较宽温度范围内，实现对水泥浆稠化时间调节，水泥浆稠化时间对缓凝剂加量不敏感，稠化过程中无闪凝现象，稠化曲线形态好，过渡时间短。

适用于淡水、海水、盐水及高矿化度水等配制水泥浆。适用于配制低密度水泥浆、常规密度水泥浆和高密度水泥浆。

具有良好的相容性，能与其他多种油井水泥外加剂配伍，能用于API所规定的各种级别的油井水泥。

对水泥浆无明显稀释作用，不起泡，不破坏降失水剂性能，不破坏水泥石强度发展。

本发明提供的油井水泥缓凝剂可用于浅井、深井、超深井、水平井或大位移井。

具体实施方式

实施例1：各组分按重量份计。

向1000毫升反应瓶中加入软水100份，三乙烯四胺30份，三氯化磷10份，开动搅拌装置，并将反应体系加热至60℃活化1.5小时，向反应体系中滴加25份浓度为35％的甲醛水溶液，待滴加完毕后，升温至110℃，继续反应3小时；然后向反应瓶中加入2-氨基乙磺酸20份，完全溶解后，再加入环氧氯丙烷15份，维持110℃反应3小时，制得粘稠产物油井水泥缓凝剂，记作样品1。

按GB/T 19139～2003标准制备水泥浆，评定初始稠度、稠化时间、失水量、24小时抗压强度，水泥浆配方如下：

100℃及100℃以下水泥浆配方为：嘉华G级油井水泥100份+降失水剂5份+缓凝剂改变量+水改变量

100℃以上水泥浆配方为：嘉华G级油井水泥100份+硅粉35份+降失水剂5份+缓凝剂改变量+水改变量

其中降失水剂为丙烯酰胺衍生物聚合物水溶液，固含量为30％；水泥浆配方中液固比均为0.44。

缓凝剂样品1水泥浆性能，性能数据见表1。

表1样品1制备的水泥浆性能数据

配方编号	加量(份)	实验温度(℃)	实验压力(MPa)	初始稠度(Bc)	稠化时间(min)	失水量(mL)	24h抗压强度(MPa)
								1	0.1	80	50	20	180	35	15.2
2	0.2	80	50	21	215	42	18.1
								3	0.3	80	50	20	262	37	17.2
4	0.3	90	50	19	230	36	20.0
								5	0.3	100	50	20	190	37	23.5
6	1.0	130	70	19	240	43	24.7
								7	1.0	150	70	17	156	55	25.4
8	1.5	180	70	18	134	60	26.8
								9	2.0	180	70	17	240	80	25.3
10	2.5	180	70	17	367	91	23.9

实施例2：各组分按重量份计。

向1000毫升反应瓶中加入软水100份，四乙烯五胺40份，三氯化膦10份，开动搅拌装置，并将反应体系加热至80℃活化2小时，向反应体系中滴加20份浓度为35％的甲醛水溶液，待滴加完毕后，升温至110℃，继续反应2.5小时；然后向反应瓶中加入2-氨基乙磺酸15份，完全溶解后，再加入乙二醇二缩水甘油醚15份，维持110℃反应4小时，制得粘稠产物油井水泥缓凝剂，记作样品2。

按实施例1方法评价缓凝剂样品2的水泥浆性能，性能数据见表2。

表2样品2制备的水泥浆性能数据

配方编号	加量(份)	实验温度(℃)	实验压力(MPa)	初始稠度(Bc)	稠化时间(min)	失水量(mL)	24h抗压强度(MPa)
								11	1.0	110	70	19	285	40	16.3
12	1.2	110	70	18	340	45	15.1
								13	1.0	120	70	20	240	37	17.5
14	1.2	150	70	19	276	50	21.0
								15	1.2	130	70	20	200	70	19.2
16	1.5	130	70	21	241	80	18.3

注：配方15和16选用18％氯化钠水溶液配制水泥浆进行水泥浆性能测试。

实施例3：各组分按重量份计。

向1000毫升反应瓶中加入软水100份，四乙烯五胺20份，乙二胺15份，三氯化磷10份，开动搅拌装置，并将反应体系加热至80℃活化2小时，向反应体系中滴加20份浓度为35％的甲醛水溶液，待滴加完毕后，升温至110℃，继续反应2小时；然后向反应瓶中加入2-氨基乙磺酸15份，完全溶解后，再加入二缩水甘油醚10份，维持110℃反应3.5小时，制得粘稠产物油井水泥缓凝剂，记作样品3。

按实施例1方法评价缓凝剂样品3的水泥浆性能，性能数据见表3。

表3样品3制备的水泥浆性能数据

配方编号	加量(份)	实验温度(℃)	实验压力(MPa)	初始稠度(Bc)	稠化时间(min)	失水量(mL)	24h抗压强度(MPa)
								17	1.0	120	70	15	240	42	15.3
18	1.2	120	70	13	283	44	14.1
								19	1.0	130	70	14	180	40	15.5
20	1.2	150	70	15	210	50	19.0

实施例4：各组分按重量份计。

向1000毫升反应瓶中加入软水100份，多乙烯多胺10份，己二胺10份，乙二胺10份，三氯化磷20份，开动搅拌装置，并将反应体系加热至80℃活化1.5小时，向反应体系中滴加25份浓度为35％的甲醛水溶液，待滴加完毕后，升温至110℃，继续反应2小时；然后向反应瓶中加入对氨基苯磺酸钠30份，2-氨基乙磺酸10份，完全溶解后，再加入环氧氯丙烷10份，二缩水甘油醚10份，维持110℃反应4小时，制得粘稠产物油井水泥缓凝剂，记作样品4。

按实施例1方法评价缓凝剂样品4的水泥浆性能，性能数据见表4。

表4样品4制备的水泥浆性能数据

配方编号	加量(份)	实验温度(℃)	实验压力(MPa)	初始稠度(Bc)	稠化时间(min)	失水量(mL)	24h抗压强度(MPa)
								21	0.05	50	50	21	190	50	13.2
22	0.1	50	50	19	260	62	12.1
								23	0.1	80	50	18	210	47	17.2
24	1.0	150	70	17	184	59	20.4
								25	1.5	180	70	18	175	60	24.5
26	2.0	180	70	18	264	75	23.3

实施例5：各组分按重量份计。

向1000毫升反应瓶中加入软水100份，乙二胺30份，亚磷酸15份，开动搅拌装置，并将反应体系加热至75℃活化1小时，向反应体系中滴加30份浓度为40％的甲醛水溶液，待滴加完毕后，升温至110℃，继续反应2小时；然后向反应瓶中加入2-氨基乙磺酸20份，完全溶解后，再加入三羟甲基丙烷三缩水甘油醚10份，二缩水甘油醚10份，丙三醇三缩水甘油醚10份，维持110℃反应4小时，制得粘稠产物油井水泥缓凝剂，记作样品5。

按实施例1方法评价缓凝剂样品5的水泥浆性能，性能数据见表5。

表5样品5制备的水泥浆性能数据

配方编号	加量(份)	实验温度(℃)	实验压力(MPa)	初始稠度(Bc)	稠化时间(min)	失水量(mL)	24h抗压强度(MPa)
								27	0.05	70	50	20	200	42	14.8
28	0.08	70	50	18	247	51	13.7
								29	0.1	100	50	17	205	54	16.8
30	1.0	150	70	14	195	47	20.4

Claims

1.一种油井水泥缓凝剂，其特征在于：油井水泥缓凝剂各组分重量份为：

多胺化合物20～50份；

三氯化磷或亚磷酸10～30份；

甲醛水溶液10～30份；

氨基磺酸基化合物10～40份；

环氧化合物10～30份；

水100份；

油井水泥缓凝剂的制备方法：首先将20～50重量份的多胺化合物、10～30重量份的三氯化磷或亚磷酸和100重量份的水加入反应容器中，开动搅拌装置，并加热至50～90℃活化1～3小时后，向反应容器中滴加10～30重量份的甲醛水溶液，待甲醛水溶液全部加入后，将温度升至100～120℃，反应1～4小时；再向反应容器中加入10～40重量份的氨基磺酸化合物，待溶解完全后，加入10～30重量份的环氧化合物，保持温度继续反应2～4小时，制得油井水泥缓凝剂。

2.根据权利要求1所述的一种油井水泥缓凝剂，其特征在于：多胺化合物选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙二胺、丁二胺和己二胺中一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种油井水泥缓凝剂，其特征在于：甲醛水溶液浓度为30～40％。

4.根据权利要求1所述的一种油井水泥缓凝剂，其特征在于：氨基磺酸基化合物选自对氨基苯磺酸及其盐、2-氨基乙磺酸及其盐、环己基氨基磺酸及其盐中一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种油井水泥缓凝剂，其特征在于：所述环氧化合物选自环氧氯丙烷、二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚中的一种或多种。