CN1223543C - 油井水泥缓凝剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油井水泥缓凝剂，其含有葡萄糖酸盐类、有机膦酸及其盐类和有机酸的反应产物，该水泥缓凝剂适用温度范围较宽，而且可与多种外加剂配伍，具有良好的相容性，适用于各种级别的油井水泥，因此可广泛应用于各种浅井、中深井和深井中。

Description

油井水泥缓凝剂
技术领域
本发明涉及一种水泥缓凝剂，特别是一种用于石油钻井、完井或固井作业中水泥浆的缓凝剂。
技术背景
本发明所述的水泥缓凝剂是一种水泥的外加剂，通常用于油、气井注水泥作业所使用的水泥浆中。众所周知，在油气井注水泥作业中，通过泵送将水泥浆泵入井内，经替浆将水泥浆顶替到套管与井眼之间的环形空间，达到封隔油、气、水层保护生产层和支撑保护套管的目的。水泥在送至所要求的位置以前应具有良好的可泵性。随着水泥中水化反应的进行，当内聚力达到一定时，水泥就会失去流动性而无法进行施工作业。因此水泥浆的稠化时间是控制固井作业、保证施工安全和固井质量的关键参数。为了更准确的控制水泥浆的稠化时间，扩大油井水泥的使用范围，必须在水泥浆中加入缓凝剂以延缓水泥和水之间的反应速率，调节稠化时间。
现在普遍使用的水泥缓凝剂主要有：聚羟基有机酸、糖类及其衍生物、葡萄糖酸钠或葡萄糖酸钙、木质素类、酒石酸等，但这些缓凝剂均存在一定的缺陷，例如：①有的缓凝剂只能适用于中低温(≤90℃)温度范围；②有的缓凝剂只能适用于较高温度范围，因此使用温度范围均存在一定的局限性；③而有的缓凝剂虽然高低温都能使用，但存在易发泡、加量过于敏感等缺陷；④有的缓凝剂还影响水泥石的强度发展；⑤一般的缓凝剂抗能力差，也不适用高矿化度水质。
因此，非常需要提供一种具有比较宽广的温度适应范围的水泥缓凝剂。本发明的水泥缓凝剂则解决了这一问题，它在高温和中低温下均可应用；缓凝剂的加量没有敏感点，施工安全；对水泥石的强度发展没有不良影响；具有良好的抗盐性能，在高矿化度水中也可使用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种油井水泥缓凝剂，其含有葡萄糖酸盐类、有机膦酸及其盐类和有机酸的反应产物，该水泥缓凝剂适用温度范围较宽，而且可与多种外加剂配伍，具有良好的相容性，适用于各种级别的油井水泥，因此可广泛应用于各种浅井、中深井和深井中。
本发明的水泥缓凝剂，它包含以下组分的反应产物：
a)至少一种含有环羟基的羧酸及其衍生物，重量份数为60-75；
b)至少一种有机磷酸及其盐类，重量份数为25-35；
c)至少一种有机酸，重量份数为10-15。
其中所述的含有环羟基的羧酸及其衍生物选自戊糖和己糖及其盐类、次丁醛酸及其盐类的一种或几种。戊糖可选自木糖和阿戊糖；己糖可选自甘露糖、葡萄糖、果糖和鼠李糖等；次丁醛酸选自木糖酸和葡萄糖酸等。优选为葡萄糖酸盐类，具体如葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙。
其中所述的有机磷酸及其盐类可选自烷基磷酸及其盐类，具体如：氨基三甲叉膦酸、二乙撑三胺五甲叉膦酸、丙二胺四甲叉膦酸、二乙胺醚四甲叉膦酸、尿素四甲叉磷酸、羟乙基叉二膦酸、2-甲叉膦酸丁烷三羧酸和2-羟基乙烷二甲叉膦酸及其盐类。
其中所述的有机酸为柠檬酸。
优选地，本发明所述的水泥缓凝剂可采用下述方法制备：
(1)在60～80℃左右温度下将组分(a)在水溶剂中活化反应一段时间；
(2)逐步加入组分(b)后，再逐步加入组分(c)，在70-85℃温度下反应1-3小时；
(3)在55-65℃逐步加入组分(c)，恒温搅拌反应0.5-2小时，过滤后得到产品。
本发明的水泥缓凝剂具有以下优良性能：
(1)适用温度范围较宽，一般为30℃-150℃左右，若与其它外加剂复合使用，使用温度可更高，
(2)可与多种外加剂配伍，具有良好的相容性，适用于API所规定的各种级别的水泥、水凝水泥、石膏灰浆等中。
(3)在水泥中的加入量一般为0.02-1.2重量％，加量较小，节约了生产成本；
(4)缓凝剂的化学性能稳定，加量没有敏感性，稠化曲线形态好；
(5)对水泥浆的其他性能无不利影响，不破坏水泥石强度的形成和发展；
(6)可改善水泥浆的流变性能，提高了注水泥顶替效率
本发明的水泥缓凝剂适用于淡水、盐水、海水、高矿化水质，因此可广泛应用于各种浅井、中深井和深井中。
具体实施方式
实施例1
在反应瓶中，将62g葡萄糖酸钾钠、28g羟乙基叉二膦酸(HEDP)以及12g柠檬酸共同反应。以200ml水作为中间溶剂，首先将葡萄糖酸钾钠在65±3℃温度下的水中活化反应30min左右，然后逐步加入HEDP，在75±2℃恒温反应两小时后即得一定浓度的中间产品，之后在60±3℃左右再加入柠檬酸，恒温搅拌一小时，过滤之后即可得缓凝剂成品。
实施例2
在反应瓶中，将68g重量的葡萄糖酸钠、23g的2-甲叉膦酸丁烷三羧酸以及14g柠檬酸共同反应。以210ml水作为中间溶剂，首先将葡萄糖酸钠在65±3℃温度下的水中活化反应30min左右，然后逐步加入2-甲叉膦酸丁烷三羧酸，在78±2℃恒温反应两小时后即得一定浓度的中间产品，之后在60±3℃左右再加入柠檬酸，恒温搅拌一小时，过滤之后即可得缓凝剂成品。
实施例3
使用嘉华G级水泥，按API标准(API Spec 10A，1986)配置水灰比为0.44的水泥浆，用样品1作缓凝剂，进行水泥浆性能测定，结果见下表。
编号     样品加量％     试验温度℃ 初始稠度Bc 稠化时间min  试验压力MPa  抗压强度MPa
  1     0.03     45     11.3     185     0.1     17.6
  2     0.03     60     8.2     161     0.1     18.7
  3     0.06     60     6.6     196     0.1     17.3
  4     0.06     75     5.9     172     0.1     18.6
  5     0.1     90     5.5     203     0.1     21.7
  6     0.3     90     4.9     246     0.1     20.8
  7     0.6     120     5.3     219     21     25.9
  8     0.8     120     4.7     265     21     24.3
  9     0.8     130     4.6     241     21     26.2
  10     1.0     130     4.3     287     21     25.6
 *11     0.6     120     5.1     231     21     23.3
 *12     0.8     120     4.1     278     21     22.5
由上表可知，缓凝剂的加量较小，适用的温度范围很广，而且加量没有敏感性，易于保证施工的安全。同时，缓凝剂对水泥石的强度没有不良影响。另外，在配方11和12的配浆水为半饱和盐水时，该缓凝剂也无超缓凝、起泡等副作用。

Claims (6)

1.一种水泥缓凝剂，它包含以下组分的反应产物：
a)至少一种含有环羟基的羧酸及其衍生物，重量份数为60-75；
b)至少一种有机磷酸及其盐类，重量份数为25-35；
c)至少一种柠檬酸，重量份数为10-15；
所述的有机磷酸选自烷基磷酸。
2.根据权利要求1所述的水泥缓凝剂，其中所述的含有环羟基的羧酸及其衍生物选自戊糖和己糖及其盐类、次丁醛酸及其盐类的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的水泥缓凝剂，其中所述的戊糖选自木糖和阿戊糖。
4.根据权利要求2所述的水泥缓凝剂，其中所述的己糖选自甘露糖、葡萄糖、果糖和鼠李糖。
5.根据权利要求2所述的水泥缓凝剂，其中所述的次丁醛酸选自木糖酸和葡萄糖酸。
6.根据权利要求1所述的水泥缓凝剂，其中所述的有机磷酸选自氨基三甲叉膦酸、二乙撑三胺五甲叉膦酸、丙二胺四甲叉膦酸、羟乙基叉二膦酸、和2-羟基乙烷二甲叉膦酸。
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