CN101935181A - 一种油井水泥中温缓凝剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油井水泥中温缓凝剂；由1重量份水、0.01～0.10重量份有机磷酸或其盐类、0.01～0.10重量份羟基羧酸或其盐类、0.02～0.05重量份硼酸、0.01～0.02重量份烷撑膦酸或盐组成；该种温缓凝剂适用温度为90℃～140℃，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，适用于中深井固井工程的需要。

Description

一种油井水泥中温缓凝剂
技术领域
本发明涉及一种油井水泥中温缓凝剂。
背景技术
目前在市场上可以买到的缓凝剂包含木质磺酸盐、烃乙基纤维素、羟甲基羟乙基纤维素和弱有机酸。最常用的水泥缓凝剂是木质磺酸钠或木质磺酸钙。作为缓凝剂在循环约90℃的温度下能够很好地发挥作用。其缺点之一是不一致性。取决于来源是硬木还是软木，甚至可能树木砍伐的时间不同都能够观察到它们的差别。由于性能不稳定和存在杂质，使用木质磺酸盐需要做大量的试验来确定稠化时间。木质磺酸盐能够使用的最大温度约为115℃，通过掺入有机酸或水溶性硼酸盐之类的缓凝增强剂可以使最大温度高达200℃以上。通常使用的有机酸为酒石酸或葡萄糖酸，但是有机酸往往会破坏某些降失水剂的效果。
Brothcrs等人，利用一种2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)共聚物做缓凝剂，这种聚合物是一种很有效的缓凝剂，但是在淡水中温度上限约为120℃。象木质磺酸盐一样在更高的温度下需要某种缓凝增强剂。这种缓凝剂确确实实提供可重现的结果并产生一种稠化时间随浓度增大而延长的线性关系。
含有羧基的聚合物有助于延缓水泥的凝结。象丙烯酰胺共聚物那样，在水泥浆的pH值环境中经历水解作用的聚合物可能就地产生羧基。如果共聚物中存在明显数量的丙烯酰胺，在接近50℃以上的温度下，丙烯酰胺将会水解，将会使水泥严重缓凝。人们可能利用这个性能使水解产物产生缓凝作用。但在实践中这将是极其困难的。因此人们宁可利用不会水解成羧基或具有抗这种水解作用的单体。作为缓凝剂的一种明显选择是一种丙烯酸的共聚物，象AMPS(中文)/丙烯酸那样的共聚物。丙烯酸是含羧基的市场上能够买到的最简单单体。而且，AMPS单体具有很高的抗水解性，作为水泥的聚合物外加剂已证明是很有用的。例如，丙烯酸均聚合物会使水泥缓凝，但也会严重地使水泥浆胶凝。一种AMPS/丙烯酸共聚物也会使水泥缓凝，但几乎没有胶凝作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种油井水泥中温缓凝剂，该水泥缓凝剂适用温度范围较广，应用温度范围90℃～140℃；可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。
本发明所述的一种油井水泥中温缓凝剂，由1重量份水、0.01～0.10重量份有机磷酸及其盐类、0.01～0.10重量份羟基羧酸或其盐类、0.02～0.05重量份硼酸、0.01～0.02重量份烷撑膦酸或盐组成。
该中温缓凝剂中含有羟基羧酸或其盐类其分子结构中含有HO-C-COO或HO-C-C-COO基团，羟基羧酸或其盐类选自柠檬酸、葡庚酸、葡萄糖酸、酒石酸或其对应盐类的一种或两种。
有机磷酸盐分子结构中含有以下基团：
Figure BSA00000226916300031
有机磷酸盐可以是羟基乙叉二膦酸钠或羟基乙叉二膦酸钾。
所述的油井水泥中温缓凝剂，在碱性条件下水解后，有些组分即转化为含有α-羟羰基(H3C-CO-)葡萄糖酸或其盐类，它将被强烈地吸附在C-S-H凝胶表面上，使其凝胶成核中心被吸附于表面上的阴离子“毒化”，从而起到抑制水泥水化的作用。
该缓凝剂的有益结果是：
1.适用温度范围较广(90℃～140℃)，可以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。
具体实施方式
实施例1：
按以下重量份称取各种样品：
水∶羟基乙叉二膦酸钠∶柠檬酸∶硼酸∶烷撑膦酸＝1∶0.02∶0.02∶0.05∶0.01
在搅拌杯中依次加入上述材料，打开搅拌器，搅拌速度为4000r/min，搅拌时间为5min，制成中温缓凝剂。用R01作为该缓凝剂代号。
表1不同试验条件下掺该缓凝剂的水泥浆性能
Figure BSA00000226916300041
实施例2：
按以下比例称取各种样品：
水∶羟基乙叉二膦酸钠∶葡庚酸∶硼酸∶烷撑膦酸＝1∶0.01∶0.03∶0.08∶0.01
在搅拌杯中依次加入上述材料，打开搅拌器，搅拌速度为4000r/min，搅拌时间为5min，制成中温缓凝剂。用R02作为该缓凝剂代号。
表2不同试验条件下掺该缓凝剂的水泥浆性能
Figure BSA00000226916300051
实施例3：
按以下比例称取各种样品：
水∶羟基乙叉二膦酸钠∶葡萄糖酸∶硼酸∶烷撑膦酸＝1∶0.05∶0.02∶0.10∶0.02
在搅拌杯中依次加入上述材料，打开搅拌器，搅拌速度为4000r/min，搅拌时间为5min，制成中温缓凝剂。用R02作为该缓凝剂代号。
表2不同试验条件下掺该缓凝剂的水泥浆性能
Figure BSA00000226916300052

Claims (4)

1.一种油井水泥中温缓凝剂，其特征在于：由1重量份水、0.01～0.10重量份有机磷酸或其盐类、0.01～0.10重量份羟基羧酸或其盐类、0.02～0.05重量份硼酸、0.01～0.02重量份烷撑膦酸或盐组成。
2.根据权利要求1所述的油井水泥中温缓凝剂，其特征在于：羟基羧酸或其盐类，其分子结构中含有HO-C-COO或HO-C-C-COO基团。
3.根据权利要求1所述的油井水泥中温缓凝剂，其特征在于：羟羟基羧酸或其盐类选自柠檬酸、葡庚酸、葡萄糖酸、酒石酸或其对应盐类的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的油井水泥中温缓凝剂，其特征在于：有机磷酸盐分子结构中含有以下基团：
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