CN102952530A - 一种油气井固井用缓凝剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油气井固井用缓凝剂，所述缓凝剂为聚氨基羧酸化合物及其盐类化合物，当用量为0.5gps时，在温度为100℃，压力为50Mpa条件下，水泥浆的稠化时间为286min。该缓凝剂具有高温稳定性好，对水泥、水及外加剂适应性强，对加量不敏感，低温强度快，不容易发生“鼓包”等优点。

Description

一种油气井固井用缓凝剂
技术领域
本发明属于一种延缓水泥浆稠化时间的缓凝剂，更具体涉及一种用于油气井固井水泥浆的缓凝剂。
背景技术
为了延长油气井使用寿命，需要在地层和套管之间的环空内泵注水泥浆并在“适当”时间稠化和凝固从而将地层和套管胶结牢固。为控制水泥浆从可泵送(稠度小于30Bc)到不可泵送(稠化到70Bc)的时间(稠化时间)，通常要在水泥浆中加入延缓水泥稠化的化学添加剂即缓凝剂。
目前主要有四种化学机理来达到延缓水泥水化和硬化的过程，他们是：(1)、吸附机理，即缓凝剂分子吸附于水泥颗粒表面，阻止水泥颗粒水化；(2)、沉淀机理，即缓凝剂分子与水泥浆中的离子如Ca2+或OH-反应生成沉淀而沉积于水泥颗粒表面，阻碍水泥颗粒和水分子接触；(3)、成核机理，即缓凝剂颗粒附着在水化物晶核上，阻止其长大；(4)、螯合机理，即利用缓凝剂分子将成核阳离子螯合起来防止其形成。尽管现有四种机理还不完善人们还在不断探索新的缓凝机理，但目前使用的油气井固井缓凝技术都基本来自这四种机理。
在以上四种缓凝机理基础上开发出多种油气井固井水泥浆缓凝技术，大体分为以下七种类型：(1)、木质素磺酸盐及其衍生物；(2)、低分子量纤维素及衍生物；(3)、羟基羧酸及盐类；(4)、有机膦酸及盐类；(5)、以AMPS为合成单体的聚合物及衍生物；(6)、以磺酸、有机膦酸以及羧酸官能团为基础的其它聚合物分子；(7)、以上两种或多种缓凝剂的复合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气井固井用缓凝剂，该缓凝剂具有高温稳定性好，对水泥、水及外加剂适应性强，对加量不敏感，低温强度快，不容易发生“鼓包”等优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种油气井固井用缓凝剂，所述缓凝剂为聚氨基羧酸化合物及其盐类化合物，当用量为0.5gps时，在温度为100℃，压力为50Mpa条件下，水泥浆的稠化时间为286min。
优选的，所述聚氨基羧酸化合物为NTA、EDTA、DTPA或HEDTA，所述聚氨基羧酸盐类化合物为所述聚氨基羧酸化合物的钠盐。
优选的，所述缓凝剂为聚氨基羧酸化合物及其盐类化合物用量为0.05gps-3.0gps。
采用上述技术方案后，其有益效果是：聚氨基羧酸类化合物中电负性强的氧原子和氮原子的骨架结构对多数金属阳离子有很强的螯合能力，聚氨基羧酸分子及其盐类化合物在油气井固井用水泥浆中会螯合其中的金属阳离子如Ca2+，Al3+等，防止水化晶核的形成，从而起到延缓水泥颗粒水化的目的。与传统使用的缓凝剂相比具有高温稳定性好，对水泥，水及外加剂适应性强，对加量不敏感，低温强度快，不容易发生“鼓包”等优点。
附图说明
图1至图8分别是实施例1至实施例8不同配方的水泥浆在特定测定条件下的稠化曲线图。
具体实施方式
下面举几个具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例一至八
本发明实施例一至实施例八的配方见下表：
  实施例   一   二   三   四   五   六   七   八
  水泥   776g   775g   774g   772g   774g   776g   781g   779g
  水   316g   309g   282g   249g   282g   316g   345g   311g
  KCM002   0.1gps   0.1gps   0.1gps   0.1gps   0.1gps   0.1gps   0.05gps   0.05gps
  KCM003   0.05gps   0.05gps   0.05gps   0.05gps   0.05gps   0.05gps   0.05gps   0.05gps
  KCM008   0.4gps   0.4gps   0.4gps   0.4gps   0.4gps   0.4gps
  Na2EDTA   0.5gps   1.0gps   0.5gps   0.5gps
  Na3HEDTA   0.1gps
其中，KCM002为油井水泥分散剂，KCM003为油井水泥抑泡剂，KCM008为油井水泥降失水剂，Na2EDTA质量比浓度为9％，Na3HEDTA质量比浓度为40％。
实施例九
将按照实施例一至实施例八配方得到的浆体按照API 10B的标准细节进行，具体数据和结果见下表：
 实施例  1  2  3  4  5  6  7  8
 测定温度，℃  110  110  110  110  100  100  100  100
 测定压力，MPa  55  55  55  55  50  50  50  50
 升温(压)时间，min  60  60  60  60  55  55  55  55
 稠化时间，min  112  168  173  200  286  196  71  110
 稠化曲线  附图1  附图2  附图3  附图4  附图5  附图6  附图7  附图8
采用上述技术方案后，其有益效果是：聚氨基羧酸类化合物中电负性强的氧原子和氮原子的骨架结构对多数金属阳离子有很强的螯合能力，聚氨基羧酸分子及其盐类化合物在油气井固井用水泥浆中会螯合其中的金属阳离子如Ca2+，Al3+等，防止水化晶核的形成，从而起到延缓水泥颗粒水化的目的。与传统使用的缓凝剂相比具有高温稳定性好，对水泥，水及外加剂适应性强，对加量不敏感，低温强度快，不容易发生“鼓包”等优点。
(1)实施例1和实施例2水泥浆稠化实验表明，在相同测试条件(110℃，55MPa，60min加热时间)下，空白实验(不加缓凝剂，即实施例1)缓凝时间为112分钟，加0.1gps Na3HEDTA溶液(实施例2)和0.5gps Na2EDTA溶液(实施例3)后，水泥浆稠化时间从112分钟延迟到168分钟和173分钟。
(2)实施例3和实施例4实验结果表明，随着缓凝剂(Na2EDTA溶液)加量从0.5gps增加到1.0gps，相同测试条件下(外加剂、水泥、水都相同，110℃，55MPa，60min加热时间)缓凝时间从173分钟延缓到200分钟。不仅缓凝时间随加量单调变化，而且没有很强的敏感性，适合现场施工误差的实际需要。说明了本发明中缓凝剂在抗污染敏感度方面优于羟基羧酸及盐类。
(3)图1稠化曲线显示AMPS缓凝型降失水剂的“鼓包”或“台阶”问题，但加入本发明的缓凝剂(Na2EDTA溶液或Na3HEDTA溶液)后，台阶大大减弱或消失。表明了本发明缓凝剂比AMPS类聚合物缓凝剂的优越性。
(4)实施例5和6，以及实施例7和8实验结果表明本发明中缓凝剂在条件变化(温度，压力，加热时间)后仍然有缓凝效果，而且满足常规温度越低，缓凝时间越长的单调变化规律。
(5)比较实施例5和6，以及实施例5和8的结果可以看出，KCM008(AMPS聚合物缓凝型降失水剂)和本发明中的缓凝剂有着非常显著的协同效应。AMPS聚合物缓凝型降失水剂与本发明缓凝剂共同使用可以降低缓凝剂加量，节约成本。
同时，将本发明中聚氨基羧酸化合物EDTA或HEDTA替换为NTA或DTPA，同样可以达到上述有益效果。
以上所述的仅是本发明一种油气井固井用缓凝剂的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种油气井固井用缓凝剂，其特征在于，所述缓凝剂为聚氨基羧酸化合物及其盐类化合物，当用量为0.5gps时，在温度为100℃，压力为50Mpa条件下，水泥浆的稠化时间为286min。
2.根据权利要求1所述的一种油气井固井用缓凝剂，其特征在于，所述聚氨基羧酸化合物为NTA、EDTA、DTPA或HEDTA，所述聚氨基羧酸盐类化合物为所述聚氨基羧酸化合物的钠盐。
3.根据权利要求1或2所述的一种油气井固井用缓凝剂，其特征在于，所述聚氨基羧酸化合物及其盐类化合物用量为0.05gps-3.0gps。
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