CN111662409A - 一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂及制备方法 - Google Patents

一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂及制备方法，制备方法包括：(1)将2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、不饱和羧酸单体溶于去离子水中，搅拌均匀，调节pH至5‑6；(2)取空间位阻类功能单体和阳离子功能单体加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至55‑65℃；(3)取引发剂溶于去离子水中配成溶液，加入在搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在55‑65℃保温20‑40min，升温至70‑85℃恒温反应2‑4h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。本发明的缓凝剂可抑制水泥浆在120～150℃温度区间内发生“鼓包”与“包心”现象，且不影响水泥石的强度发展，水泥浆综合性能良好。

Description

一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂及制备方法
技术领域
本发明涉及一种石油开采固井所用高温油井水泥缓凝剂及制备方法与应用，特别是涉及一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂及制备方法与应用。
背景技术
在油气井注水泥作业时，水泥浆需要通过套管中空被泵送入井底，然后从套管与井壁之间的狭小环形区域上返至井口或指定位置。为了在这段泵送时间内持续保持水泥浆良好的流动性，常常需要在水泥浆中加入缓凝剂以延长其凝固时间。因此，缓凝剂作为油井水泥的主要外加剂之一担任着精确控制水泥浆稠化时间、既能在规定时间内保证浆体的可泵送性又不能影响水泥石综合性能的重要职责，对保证固井安全和改善固井施工时间起着至关重要的作用和现实意义。然而，目前随着国内对油气资源的开采逐渐向深井、超深井和非常规储气层的方向发展，井底循环温度与压力的升高给固井水泥外加剂的研发带来了挑战。
目前应用于油田固井的缓凝剂主要以木质素磺酸盐类、羟基羧酸类、有机酸及其衍生物类及AMPS(2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸)聚合物类为主，其中AMPS聚合物类缓凝剂因其耐温抗盐性好，能够在高温高压下保持良好的缓凝性而受到广泛关注与研究。然而在一段特殊的温度区间内(120～150℃)，AMPS型聚羧酸类缓凝剂常常会导致“鼓包”、“包心”、“倒挂”等异常问题而限制了其应用，此类异常问题亟待完善解决。例如中国专利《油井水泥用中高温缓凝剂及其制备方法》(申请公布号CN105061661A)公开了一种2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、衣康酸、N,N-二甲基丙烯酰胺四元共聚物缓凝剂，其使用温度范围只适用于80～120℃，在120℃以上会出现“包心”现象而限制了其应用。
出现上述异常问题的原因是由于在120℃以上油井水泥的水化反应开始出现差异，水化产物无定形的C-S-H凝胶不再稳定存在，其中一部分无定形的C-S-H凝胶开始向晶体型α-C2SH转变，而晶体型α-C2SH可能更容易与羧酸基团发生络合反应，这将导致AMPS型聚羧酸类缓凝剂产品在120℃以上与水泥组分反应过于强烈而异常胶凝，出现“鼓包”、“包心”等现象，此现象反应在实际固井过程中表现为在120℃以上水泥浆会异常胶凝而堵塞井眼，造成泵压升高甚至憋泵，危害固井作业。综上所述，现有的AMPS型聚羧酸类油井水泥缓凝剂在水泥水化反应出现差异的120～150℃中高温区间内大多存在一定缺陷或不足，不利于固井施工安全及油气资源的开发利用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的AMPS型聚羧酸类缓凝剂会导致高温下水泥浆的异常胶凝现象，“鼓包”、“包心”等稠化曲线异常问题，提供一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
本发明的第二个目的是提供一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的应用。
本发明的技术方案概述如下：
一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量将21-23份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、6-8份不饱和羧酸单体溶于50-60份去离子水中，搅拌均匀，调节pH至5-6；
(2)按质量称取3-4份空间位阻类功能单体和1.5-2.25份阳离子功能单体加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至55-65℃；
(3)按质量称取0.5-0.9份引发剂溶于8-12份去离子水中配成溶液，加入在搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在55-65℃保温20-40min，升温至70-85℃恒温反应2-4h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
步骤(1)为：按质量将22.75份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、7份不饱和羧酸单体溶于55份去离子水中，搅拌均匀，调节pH至5.5。
步骤(2)为：按质量称取3.5份空间位阻类功能单体和1.75份阳离子功能单体加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至60℃。
步骤(3)为：按质量称取0.7份引发剂溶于9.3份去离子水中配成溶液，加入在转速为180-250r/min搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在60℃保温30min，升温至80℃恒温反应3h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
优选地，不饱和羧酸单体为衣康酸、富马酸、中康酸或马来酸酐。
优选地，空间位阻类功能单体为N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺或2-乙烯基吗啉。
优选地，阳离子功能单体为甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
优选地，引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。
上述的任意一项方法制备的一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
上述一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂在抑制油井水泥浆高温下异常胶凝的应用。
本发明的优点：
(1)本发明原料易得，制备工艺简单，产品性能稳定且成本低，易实现工业化生产。
(2)本发明的缓凝剂能够保证水泥浆在“110～150℃”区间内浆体流态正常，稠化曲线无“鼓包”、“包心”等异常胶凝问题，并且不会出现随温度升高而稠化时间“倒挂”的不利现象；不会影响水泥石强度发展，综合性能良好，满足高温深井、复杂井的实际施工需要。
(3)本发明的缓凝剂与多种外加剂配伍性及相容性好；其调凝性能随着用量的增加，稠化时间逐渐延长，不会出现加量“倒挂”的异常问题。
(4)本发明的缓凝剂额外具有一定的分散性，可以改善水泥浆的稠度与流变性，保证水泥浆在固井过程中的可泵送性能良好。
(5)本发明从分子结构设计角度，引入含季铵基团的阳离子功能单体作为共聚单体，利用阴阳离子之间的相互作用提高对水泥颗粒的自匹配吸附性而防止水泥颗粒高温沉降，提高水泥浆高温稳定性；引入多元环类可聚合单体，利用其空间位阻作用对分子链中的-COO-起到一定程度的隔离与屏蔽作用，防止其在高温下与水泥颗粒中的Ca2+、Al3+等阳离子剧烈螯合而“包心”。
附图说明
图1是实施例1制备的可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的傅里叶变换红外光谱图；
图2是实施例1制备的可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的核磁共振氢谱图；
图3是110℃×70MPa下实施例1制备的缓凝剂加量为2％时水泥浆的稠化曲线图；
图4是120℃×70MPa下实施例1制备的缓凝剂加量为2％时水泥浆的稠化曲线图；
图5是130℃×70MPa下实施例1制备的缓凝剂加量为1％时水泥浆的稠化曲线图；
图6是130℃×70MPa下实施例1制备的缓凝剂加量为1.5％时水泥浆的稠化曲线图；
图7是130℃×70MPa下实施例1制备的缓凝剂加量为2％时水泥浆的稠化曲线图；
图8是130℃×70MPa下实施例1制备的缓凝剂加量为2.5％时水泥浆的稠化曲线图；
图9是140℃×70MPa下实施例1制备的缓凝剂加量为2％时水泥浆的稠化曲线图；
图10是150℃×70MPa下实施例1制备的缓凝剂加量为2.7％时水泥浆的稠化曲线图；
图11是140℃×70MPa下对比例1制备的缓凝剂加量为2％时水泥浆的稠化曲线图；
图12是150℃×70MPa下对比例2制备的缓凝剂加量为2.5％时水泥浆的稠化曲线图；
图13是60℃下实施例1制备的缓凝剂在不同加量下的幂律模式拟合流变曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例中所述的质量份数可以是克、千克、吨或其它质量单位。
实施例1
一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将22.75g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与7g衣康酸溶于55g去离子水中，搅拌均匀，用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.5；
(2)分别称取3.5gN-乙烯基己内酰胺与3.5g(50wt％水溶液)甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至60℃；
(3)称取0.7g过硫酸铵溶于9.3g去离子水中配成溶液，加入在转速为215r/min搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在60℃保温30min，升温至80℃恒温反应3h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
实施例2
一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将23g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与6g马来酸酐溶于50g去离子水中，搅拌均匀，用0.5mol/L氢氧化钾溶液调节pH至6；
(2)分别称取4g N-乙烯基吡咯烷酮与2g(75wt％水溶液)甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至55℃；
(3)称取0.9g过硫酸钾溶于12g去离子水中配成溶液，加入在转速为180r/min搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在55℃保温20min，升温至70℃恒温反应2h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
实施例3
一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将21g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与8g中康酸溶于60g去离子水中，搅拌均匀，用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5；
(2)分别称取3g 2-乙烯基吗啉与4.5g(50wt％水溶液)甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至65℃；
(3)称取0.5g偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐溶于8g去离子水中配成溶液，加入在转速为250r/min搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在65℃保温40min，升温至85℃恒温反应4h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
实施例4
一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将22.75g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与7g富马酸溶于53.25g去离子水中，搅拌均匀，用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.5；
(2)分别称取3.5gN-乙烯基吡咯烷酮与2.33g(75wt％水溶液)甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至60℃；
(3)称取0.7g过硫酸铵溶于9.3g去离子水中配成溶液，加入在转速为200r/min搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在60℃保温30min，升温至80℃恒温反应3h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
对比例1
一种AMPS/IA二元共聚物高温油井水泥缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将28.35g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与6.65g衣康酸(AMPS与IA的摩尔比为73:27)溶于55g去离子水中，搅拌均匀，用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至5.5，之后升温至60℃；
(2)称取0.7g过硫酸铵溶于9.3g去离子水中配成溶液，加入在转速为200r/min搅拌下的步骤(1)获得的溶液内，在60℃保温30min，升温至80℃恒温反应3h得到该二元共聚物高温油井水泥缓凝剂。
对比例2
一种AMPS/DMAA/IA/DMDAAC四元共聚物高温油井水泥缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)24.5g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与7g衣康酸溶于55g去离子水中，搅拌均匀；
(2)分别称取1.75gN,N-二甲基丙烯酰胺与1.75g二甲基二烯丙基氯化铵加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至60℃；
(3)称取0.7g过硫酸铵溶于9.3g去离子水中配成溶液，并在30min内滴入在转速为200r/min搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在60℃恒温反应3h得到该四元共聚物高温油井水泥缓凝剂。
根据石油天然气行业标准(SY/T5504.1-2013《油井水泥外加剂评价方法第1部分：缓凝剂》)中的要求对实施例1制备的缓凝剂进行基本性能评价，其结果如表1所示。
表1缓凝剂基本性能评价
Figure BDA0002563773610000061
注：水泥浆配方为600g四川嘉华G级油井水泥+35％(BWOC，下同)硅粉+2％缓凝剂+3％降失水剂(G33S)+0.3％分散剂(SXY-2)+0.1％消泡剂(DF-T)+54％水，水泥浆密度为1.90g/cm3。降失水剂G33S与消泡剂DF-T购自卫辉市化工有限公司；分散剂SXY-2购自成都川锋化学工程有限责任公司。
由表1可知，本发明所制备的缓凝剂在基本性能的各方面综合评价均满足标准要求。水泥浆初始稠度低，表明该缓凝剂低温时不会导致增稠，能够保持水泥浆的正常流态；其稠化过渡时间短，表明水泥浆在完成固井的灌注过程后，候凝时间短、强度发展快；其稠化线形突变值小于3Bc，表明水泥浆没有发生“鼓包”、“包心”现象；其加量与温度敏感度均在标准范围内，不会影响缓凝剂的正常使用；此外，该缓凝剂中阳离子功能单体的使用目的是与水泥颗粒表面的负电荷发生静电吸引作用，防止水泥颗粒高温下大量沉降，能够有效提高水泥浆的高温稳定性，其游离液测试结果基本为0；尤其重要的是，本发明所制备的缓凝剂对水泥石的强度发展不会造成严重影响，其24h抗压强度均在14MPa以上，符合国家标准。
在全部代表性温度点下，按照中华人民共和国国家标准(GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》)中的要求对实施例1制备的缓凝剂进行稠化实验测试，其结果如表2所示。
表2缓凝剂稠化性能评价
Figure BDA0002563773610000071
注：水泥浆配方为600g四川嘉华G级油井水泥+35％硅粉+x％缓凝剂+3％降失水剂(G33S)+0.3％分散剂(SXY-2)+0.1％消泡剂(DF-T)+(56-x)％水，水泥浆密度为1.90g/cm3。
由表2可知，本发明所制备的缓凝剂在容易发生稠化异常的110～150℃温度范围内均具有良好的缓凝性能，加量少且缓凝效果明显。实验1,2,5,7与6,8,9分别为缓凝剂在相同加量不同温度下的稠化时间对比，表明该缓凝剂在110～150℃温度区间内不会发生“倒挂”现象；实验3～6为缓凝剂在相同温度不同加量下的稠化时间对比，表明该缓凝剂具有良好的调凝性能。由于在缓凝剂的分子结构设计中引入了空间位阻类功能单体与阳离子功能单体，其在易发生“鼓包”、“包心”的120～150℃温度段内实验结果正常，水泥浆达到BHCT而未稠时流态正常，保证了水泥浆向井底的成功泵送与上返作业过程，能够成功克服与抑制常规AMPS型聚羧酸类缓凝剂所引起的异常胶凝问题。
对实施例1制备的一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂进行分子结构测试。
图1为实施例1制备的可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的红外光谱图。图中波数为3440cm-1处的强吸收峰为AMPS中-NH的伸缩振动吸收峰；1658cm-1为AMPS的酰胺基中的C＝O与多元环类单体上与氮原子相连的C＝O的伸缩振动重叠峰；1043cm-1为AMPS中-SO3的不对称伸缩振动峰；1218cm-1处为酰胺键上C-N的伸缩振动峰；1720cm-1为羧酸单体的-COOH中C＝O的伸缩振动峰；2935cm-1为-CH3的伸缩振动峰；1452cm-1与1390cm-1分别为-CH3的不对称与对称弯曲振动峰；2975cm-1为-CH2-的弯曲振动峰；952cm-1为季铵盐阳离子单体中氮正离子(N+)的伸缩振动峰。此外，在波数为1620～1635cm-1范围内未出现C＝C双键的特征峰，表明各种单体均参与了共聚反应。
图2为实施例1制备的可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的核磁共振氢谱图。图中化学位移δ＝4.80ppm处的强吸收峰为溶剂D2O中D的吸收峰；3.19ppm处为AMPS上与-SO3相连的-CH2上的质子吸收峰；2.75ppm处为羧酸单体中与-COOH相连的-CH2上的质子吸收峰；3.41ppm为季铵盐阳离子单体中与氮正离子(N+)相连的-CH3的质子吸收峰；3.51ppm为多元环类单体侧链上与氮原子相连的-CH的质子吸收峰；2.10ppm为主链上的-CH及多元环上靠近羰基的-CH2的质子吸收峰；1.55ppm为聚合物主链上-CH2的质子吸收峰。通过核磁共振进一步确定了各种单体上的特征氢均出现在了聚合物中。
图3、4、7、9为实施例1制备的缓凝剂在相同加量(2％)、不同温度下(110～140℃)水泥浆的稠化曲线图。图10为实施例1制备的缓凝剂在150℃下加量为2.7％时水泥浆的稠化曲线图。结合表2中的实验数据可知，本发明所制备的缓凝剂在中高温区间内能够有效延长水泥浆的稠化时间且不会出现稠化时间“倒挂”的异常现象。
图5～8为实施例1制备的缓凝剂在相同温度(130℃)、不同加量下(1～2.5％)水泥浆的稠化曲线图，由曲线图结合表2中的数据可以看出，在相同温度及压力下，水泥浆的稠化时间随着缓凝剂用量的提高而逐渐延长，表明本发明所制备的缓凝剂具有优良的调凝能力，可以通过自主调整加量来达到实际需求的稠化时间。
图11与图12分别为对比例1在140℃下、对比例2在150℃下的稠化曲线，从图中明显可以看出稠度曲线出现“鼓包”，中途停止实验并拆下后发现了异常胶凝的“包心”现象，由此可见不含功能单体或只含有阳离子功能单体的缓凝剂不能有效抑制水泥浆的异常胶凝问题。
图13是60℃下纯水泥浆以及实施例1制备的缓凝剂在加量分别为0.2％、0.5％与1.0％时水泥浆的幂律模式拟合流变曲线图，从图中可以看出，60℃下缓凝剂加量小于1.0％时水泥浆的流性指数n＜1，此时水泥浆为假塑性流体；随着加量的提高，水泥浆的流性指数n值逐渐增大，剪切应力逐渐下降，此时水泥浆逐渐趋向于牛顿流体，表明该缓凝剂具有分散性；当加量达到1.0％后n＞1，此时水泥浆变为了剪切膨胀性流体，具有轻微的剪切增稠现象，但由于其剪切应力依然小于纯水泥浆，表明浆体稠度仍然小于纯水泥浆，因此在该缓凝剂在不同加量下均具有一定的分散性。
实验证明，实施例2、3、4制备的可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的检测结果与实施例1相似。
本发明所制备的缓凝剂在分子结构设计中同时引入了空间位阻类功能单体与阳离子功能单体，将二者联用使得该缓凝剂在易发生“鼓包”、“包心”的120～150℃温度段内实验结果正常，水泥浆达到BHCT而未稠时流态正常，同时该缓凝剂具有一定的分散性，保证了水泥浆向井底的成功泵送与上返作业过程，并且能够成功克服与抑制常规AMPS型聚羧酸类缓凝剂所引起的异常胶凝问题。

Claims (10)

1.一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)按质量将21-23份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、6-8份不饱和羧酸单体溶于50-60份去离子水中，搅拌均匀，调节pH至5-6；
(2)按质量称取3-4份空间位阻类功能单体和1.5-2.25份阳离子功能单体加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至55-65℃；
(3)按质量称取0.5-0.9份引发剂溶于8-12份去离子水中配成溶液，加入在搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在55-65℃保温20-40min，升温至70-85℃恒温反应2-4h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(1)为：按质量将22.75份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、7份不饱和羧酸单体溶于55份去离子水中，搅拌均匀，调节pH至5.5。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(2)为：按质量称取3.5份空间位阻类功能单体和1.75份阳离子功能单体加入步骤(1)获得的溶液内，搅拌均匀，升温至60℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(3)为：按质量称取0.7份引发剂溶于9.3份去离子水中配成溶液，加入在转速为180-250r/min搅拌下的步骤(2)获得的溶液内，在60℃保温30min，升温至80℃恒温反应3h，得到可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述不饱和羧酸单体为衣康酸、富马酸、中康酸或马来酸酐。
6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是所述空间位阻类功能单体为N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺或2-乙烯基吗啉。
7.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是所述阳离子功能单体为甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
8.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐。
9.权利要求1-8所述的任意一项方法制备的一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂。
10.权利要求9的一种可抑制异常胶凝的高温油井水泥缓凝剂的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114805706A (zh) * 2022-06-07 2022-07-29 天津科力奥尔工程材料技术有限公司 一种抑制水泥浆早期异常胶凝的降失水剂及其制备方法
CN115368506A (zh) * 2022-10-21 2022-11-22 中石化西南石油工程有限公司 耐高温两性离子共聚物缓凝剂及其制备方法
CN115926067A (zh) * 2022-12-28 2023-04-07 科之杰新材料集团有限公司 一种混凝土用耐高温型超支化缓凝剂及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0633390A1 (en) * 1993-07-01 1995-01-11 Halliburton Company Set retarding cement additive
CN101870753A (zh) * 2010-06-25 2010-10-27 中国科学院长春应用化学研究所 用于高温水泥缓凝剂的聚合物及其制备方法
CN104403056A (zh) * 2014-11-07 2015-03-11 中国石油天然气集团公司 一种耐高温共聚物油井水泥缓凝剂及其制备方法
CN105037625A (zh) * 2015-07-02 2015-11-11 中国石油大学(华东) 一种改性铝酸盐水泥缓凝剂及其制备方法
CN106632842A (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 中石化石油工程技术服务有限公司 一种油井水泥缓凝剂的制备方法及应用方法
CN109824822A (zh) * 2019-01-28 2019-05-31 中国石油大学(华东) 适用于油气井固井的温度响应型高温缓凝剂及其制备方法和固井水泥浆
CN111253519A (zh) * 2020-03-11 2020-06-09 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 抗高温油井水泥缓凝剂及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0633390A1 (en) * 1993-07-01 1995-01-11 Halliburton Company Set retarding cement additive
CN101870753A (zh) * 2010-06-25 2010-10-27 中国科学院长春应用化学研究所 用于高温水泥缓凝剂的聚合物及其制备方法
CN104403056A (zh) * 2014-11-07 2015-03-11 中国石油天然气集团公司 一种耐高温共聚物油井水泥缓凝剂及其制备方法
CN105037625A (zh) * 2015-07-02 2015-11-11 中国石油大学(华东) 一种改性铝酸盐水泥缓凝剂及其制备方法
CN106632842A (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 中石化石油工程技术服务有限公司 一种油井水泥缓凝剂的制备方法及应用方法
CN109824822A (zh) * 2019-01-28 2019-05-31 中国石油大学(华东) 适用于油气井固井的温度响应型高温缓凝剂及其制备方法和固井水泥浆
CN111253519A (zh) * 2020-03-11 2020-06-09 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 抗高温油井水泥缓凝剂及其制备方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
卢娅等: ""聚合物类油井水泥缓凝剂的研究现状概述"", 《塑料工业》 *
卢娅等: "聚合物类油井水泥缓凝剂的研究现状概述", 《塑料工业》 *
夏修建等: ""固井用新型高温缓凝剂的研究与应用"", 《钻井液与完井液》 *
方春飞等: ""耐高温油井水泥缓凝剂SCR180L 的合成及评价"", 《石油钻采工艺》 *
李均星等: ""一种新型缓凝剂的制备及其在水泥基复合材料中的应用"", 《化工进展》 *
李等: "油气井固井用降失水剂研究进展及展望", 《精细石油化工进展》 *
陈欣彤等: ""新型两性离子固井缓凝剂合成与性能评价"", 《钻井液与完井液》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114805706A (zh) * 2022-06-07 2022-07-29 天津科力奥尔工程材料技术有限公司 一种抑制水泥浆早期异常胶凝的降失水剂及其制备方法
CN114805706B (zh) * 2022-06-07 2023-10-13 天津科力奥尔工程材料技术有限公司 一种抑制水泥浆早期异常胶凝的降失水剂及其制备方法
CN115368506A (zh) * 2022-10-21 2022-11-22 中石化西南石油工程有限公司 耐高温两性离子共聚物缓凝剂及其制备方法
CN115926067A (zh) * 2022-12-28 2023-04-07 科之杰新材料集团有限公司 一种混凝土用耐高温型超支化缓凝剂及其制备方法

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