新型高温缓凝剂LPA的制备及性能评价

针对国内超深井对固井缓凝剂的需求,以含膦酸基的烯类单体(LP)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,过硫酸铵为引发剂,制备了新型高温缓凝剂LPA,并用红外光谱对其进行了表征.考察了LPA在水泥浆中缓凝性能及对水泥浆性能的影响.结果表明,LPA在高温条件下对水泥浆具有较好的缓凝性和抗盐性,水泥...     

新型聚合物类油井水泥缓凝降失水剂的合成及性能评价

随着油气井钻井深度的增加，目标地层的温度和压力也不断增加，井底和井口温度差增大，固井作业难度越来越大，尤其是在长封固段固井工作中。从水泥浆工艺上解决这个问题的途径是采用一种具有高温缓凝效果的缓凝剂，文中研制出了一种以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）以及丙烯酸（从）为原料合成的水泥浆外加剂，不仅具有高温缓凝和控制失水的效果，而且保证了水泥浆的其它性能可调。图1表5参7     

宽温带缓凝剂的合成与室内评价

随着川东北地区勘探进程的发展,为了满足特殊井身结构和预留复杂情况处理的要求,长封段固井的井次越来越多。在长封固段固井过程中的水泥浆柱顶底温差大,容易造成顶部水泥浆候凝时间过长的问题。为此,研制了一种在一定温度范围内对温度不太敏感的宽温带缓凝剂AS。该宽温带缓凝剂是以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）为主原料、与有机酸SDES在引发剂作用下进行共聚反应而得的。正交试验结果表明,对AS的缓凝效果影响因素的主次顺序为：单体浓度大于引发剂浓度。其最佳合成条件确定为：单体配比（AMPS：SDES）为3：1,引发剂浓度为0.5%,反应温度为45℃,pH值为6。红外光谱分析证明了AS属于AMPS和SDES的二元共聚物。室内对宽温带缓凝剂AS的缓凝性能评价结果表明,该缓凝剂分别在中温和高温条件下有优良的缓凝性能,并且该缓凝剂具有良好的温度不敏感性。     

油井水泥降失水剂HCW-1的合成及性能评价

常用的水泥浆降失水剂不同程度地存在着一些缺陷,如使水泥浆增稠,流动性变差;缓凝性较强或高温下水解超缓凝;高温下失水性能变差等.研究了2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)和一种功能型单体(简称为SM)的三元共聚物(HCW-1)的合成方法及在油井水泥浆中的降失水作用.实验结果表明,HCW-1合成条件易于控制,工艺简单;在150℃以内,HCW-1具有较好的抗温降失水功能,随加量的增大,高温下的失水量也远小于250 mL;HCW-1除具有优良的降失水效果外,还兼有对水泥浆稠化时间影响小、降低水泥浆自由水含量、对水泥石抗压强度影响小等优点;可与其它外加剂复配使用.探讨了其降失水机理,认为HCW-1通过吸附基团和水化基团能在水泥颗粒表面形成"水泥颗粒-线性水溶性高分子-水分子吸附层"结构,阻塞水泥内部空隙,束缚住大量自由水从而降低失水量.     

油气井水泥用含膦聚合物缓凝剂OPR-1的合成及性能

依据自由基水溶液聚合原理,以2–丙烯酰胺基–2甲基丙磺酸钠(AMPS)、苯乙烯磺酸钠(SSS)和3-二甲胺基烯丙基膦酸(DMAAPA)三种单体合成了含膦聚合物缓凝剂OPR-1。经正交试验考察了OPR-1 对水泥浆缓凝性能及早其抗压强度的影响,进而得出最佳合成条件:单体的质量比m_AMPS∶m_SSS∶m_DMAAPA为4∶3∶3,引发剂加量0.3%,反应温度50 ℃,pH值6~7,反应时间4 h。经红外光谱测试聚合物OPR-1即为分子结构设计目标产物。在不同的温度压力下分别测试了不同加量OPR-1缓凝剂的水泥浆稠化时间,结果表明OPR-1缓凝剂具有较高的抗温性能,在160 ℃、101 MPa条件下,水泥浆的稠化时间均可延长至334 min。测试了不同加量OPR-1缓凝剂的水泥浆水泥石的早期抗压强度,未出现超缓凝现象。通过扫描电子显微镜表征结合现有的水泥浆缓凝理论,讨论了OPR-1缓凝机理,认为缓凝现象的发生,是由于OPR-1与水泥中的 Ca2+、Al3+等形成在高温下不易破坏的强螯合结构,形成复杂的“晶核毒化”作用,阻碍了晶核的生长发育。     

一种中高温四元共聚物缓凝剂的合成及性能

针对缓凝剂在中高温过渡范围内水泥浆中性能不佳的问题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）和N,N-二甲基丙烯酰胺（NNDAM）为原料,过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合法合成了一种四元共聚物缓凝剂。利用红外光谱分析表征了聚合物结构,证明样品中无单体存在,单体充分进行了共聚反应。性能研究结果表明,在80～120℃范围内,合成缓凝剂对油井水泥具有很好的缓凝性能,且对温度不敏感,在同一温度下,随着缓凝剂用量的增加,稠化时间也随之增加,缓凝剂的加量与稠化时间具有很好的线性关系,在100℃下,加量为0.8%、1.0%和1.5%时的稠化时间分别为161、197和227 min;加量相同时,随着温度的升高,缓凝时间有所变短,未出现“倒挂”现象,加量为1.5%时,在80、100和120℃的稠化时间分别为248、227和208 min;该缓凝剂在80～120℃范围内对水泥石抗压强度影响小,抗盐达到18%,与其他水泥浆外加剂配伍性好。对缓凝剂机理也进行了分析。      

高温高压固井降失水剂的研究

针对高温高压地层固井难度大，对水泥浆性能要求高，目前中国使用的固井降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题，以丙烯酰胺（AM）、N，N二甲基丙烯酰胺（DMAM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸（AMPS）为原料合成了新型油井水泥降失水剂，对其在淡水、盐水和高密度水泥浆体系中的性能进行了评价。研究表明，该聚合物在90℃时能将淡水水泥浆的失水量控制在50mL左右，对盐水水泥浆的失水量也有较强的控制作用；该降失水剂在温度150℃以内都能保持水泥浆体系具有较低的滤失量；在高密度水泥浆中表现出了较高稳定性和配伍性。     

新型油井水泥低滤失高温缓凝剂的室内研究

为了满足高温高压深井及超深井固井对油井水泥缓凝剂抗高温性能的要求，利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和有机羧酸（TA）合成了油井水泥高温缓凝剂SA。通过正交实验分析可知，单体配比、反应温度是影响SA缓凝效果的主要因素；合成SA的最佳条件：单体配比AMPS：TA为19：2，引发剂浓度为0．5％，反应温度为55℃，反应时间为13h，pH值在6～7之间。通过对掺有缓凝剂SA的水泥浆进行性能评价，可知SA的高温缓凝效果明显，此外，SA还可以改善水泥浆的流动性，并具有优良的降滤失效果。通过对缓凝剂SA进行红外光谱分析，表明SA属于AMPS—TA二元共聚物。通过测定SA的玻璃化转变温度，证明SA二元共聚物的热稳定性良好。     

耐高温油井水泥缓凝剂SCR180L 的合成及评价

针对深井、超深井、长封固段固井中大温差下水泥浆顶部强度发展缓慢或超缓凝的难题,以2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS）、N- 乙烯基吡咯烷酮（NVP）和衣康酸（IA）为原料开发了新型高温缓凝剂SCR180L,并用红外光谱对共聚物的结构进行了表征。室内研究表明,SCR180L 可满足循环温度范围为70~180 ℃的固井需求;100 ℃、50 MPa 下,加入0.9%~1.8%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到127~331 min;150 ℃、70 MPa 下,加入2.7%~3.6%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到214~409 min,且随缓凝剂的加量增加而有规律的延长;温差70 ℃条件下水泥浆强度发展良好,24 h 水泥石强度大于14 MPa;缓凝剂抗盐能力可达到18%。现场应用结果表明,缓凝剂SCR180L 耐温性能好,温度适应范围广,对水泥石抗压强度的影响不明显,可以满足深井、超深井及长封固段、大温差固井的应用需求。     

油井水泥缓凝剂SDH-2的性能研究及应用

为满足深井固井对水泥缓凝剂的特殊要求,研制出了一种高温耐盐缓凝剂SDH-2.该缓凝剂由碱、醛、亚磷酸制备,具有工艺简单、成本低的特点.介绍了SDH-2的制备条件,考察了反应物配比和催化剂加量对产品性能的影响,并在室内评价了SDH-2的缓凝性能、耐温抗盐性能、配伍性能以及对水泥石抗压强度的影响.结果表明:SDH-2在40～170 ℃的范围内具有优良的缓凝效果,缓凝时间可调性好,稠化曲线理想,抗盐性良好,与降失水剂、减阻剂有良好的相容性,对油井水泥选择性小,水泥石抗压强度高.SDH-2在现场应用了6口井,结果表明:该缓凝剂解决了深井固井中水泥浆稠化性能不稳定,稠化时间难以控制的问题,水泥浆具有良好的流动性能,满足不同井眼条件下固井对水泥浆流动性能的要求;同时水泥浆抗压强度发展迅速,高温条件下水泥石性能稳定,符合深井固井的要求.     

AM／AMPS共聚物油井水泥浆降失水剂的合成研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和丙烯酰胺（AM）为原料，合成了油井水泥浆降失水剂AM／AMPS共聚物。确定了AM／AMPS共聚物降失水剂的最佳合成条件：单体加量8％，AMPS与AM质量比1：7，引发剂加量0．5％，反应体系pH值7，反应温度50℃。该共聚物降失水剂能有效控制水泥浆的失水量，且保证水泥浆的其他性能在一定范围内可调。     

抗高温降失水剂AMPS／AM／NVP共聚物的合成及性能

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）为原料,采用水溶液自由基共聚法合成了抗高温、抗盐油井水泥降失水剂AMPS／AM／NVP三元共聚物,确定了聚合物降失水剂的最佳合成条件。该降失水剂能将淡水水泥浆的API失水量控制在50mL以内,饱和盐水水泥浆API失水量控制在100mL以内。以该降失水剂为主剂的水泥浆体系在150℃以内都具有较低的失水量,形成的水泥浆及水泥石综合性能良好。     

新型两性离子固井缓凝剂合成与性能评价

针对目前常用的缓凝剂在长封固段固井中存在高温失效,顶部水泥石强度发展缓慢,温度、加量敏感等问题,以丙烯酸（AA）、衣康酸（IA）、2丙烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）和一种新型阳离子单体（X）为原料,合成一种高温缓凝剂CXT-1。得到最佳合成条件:单体物质的量比为37∶8∶8∶6,反应温度为60℃,溶液pH值为4,反应时间为4 h,引发剂加量为0.3%。通过红外光谱、核磁共振和热失重分析对其进行表征,同时评价了添加缓凝剂CXT-1水泥浆体系的综合性能。实验结果表明,CXT-1中含有4种单体的特征官能团,330℃之前未出现明显质量损失,热稳定性高。缓凝剂CXT-1在90～180℃下可延长水泥浆稠化时间,180℃下稠化时间可达368 min,加量敏感系数最小为0.48,最大为1.73,温度敏感性系数最大为6.2%,均低于行业标准要求。60～100℃下24 h顶部水泥石强度最低可达10.6 MPa,满足现场施工要求。电导率、XRD、SEM分析表明,缓凝剂的作用机理为多点吸附控制水化作用、抑制Ca（OH）2晶体生长以及络合作用共同作用的结果。      

衣康酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸二元共聚物油井水泥缓凝剂制备及性能

采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与衣康酸(IA)进行二元共聚反应合成了一种油井水泥缓凝剂。用正交实验法确定了最佳合成方案:反应温度80℃,w(引发剂)=1.5%,单体配比m(IA):m (AMPS)=1:2.7,反应时间1 h。采用IR研究了共聚物的结构并探讨了缓凝剂作用机理。结果表明:合成的共聚物对水泥浆有优异的高温缓凝作用,能显著延长水泥浆的稠化时间,具有良好的分散作用和抗钙性能。     

高温盐水水泥浆体系的室内研究

在盐膏层固井作业时,常规的淡水水泥浆不能满足固井作业的要求。在评价了不同缓凝剂和不同降失水剂对盐水水泥浆性能影响的基础上,优选出了以缓凝剂CHY-5和降失水剂CFL-2为主剂的含盐量为18%(BWOW)盐水水泥浆体系,并分析了和CFL-2的作用机理。室内研究表明:缓凝剂CHY-5对温度不敏感,能有效的防止井底温度波动对固井工作的影响;降失水剂CFL-2能有效控制体系的滤失量;优选的盐水水泥浆的稠化时间可调,过渡时间短,呈近直角稠化;能满足深部地层(约4 000 m)、井温约140℃的地层固井作业的要求。     

接枝改性聚乙烯醇的合成及性能评价

聚乙烯醇(PVA)作为油井水泥降失水剂,适用温度较低(120℃),难以满足高温固井的需求。以PVA1788、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和交联剂乙二醛等为原料,合成了一种油井水泥降失水剂接枝改性聚乙烯醇(PVA-1)。室内试验评价了添加降失水剂PVA-1的水泥浆的耐温性能、流变性能、稠化性能、抗压强度和防气窜性能等。试验结果表明,加有降失水剂PVA-1的水泥浆API失水量可以控制在50 mL以下,抗温能力接近150℃;加有PVA-1的水泥浆稠化时间稍有延长,抗压强度不降低,抗析水能力增强;其与分散剂DZS和缓凝剂DZH的配伍性良好,还能提高水泥浆的防气窜能力。综合分析认为,合成的PVA-1能够满足150℃以下高温固井的需求。      

高温缓凝剂GH-9的研究与应用

为解决深井及超深井固井难题,克服一般固井用缓凝剂材料(铁铬盐、酒石酸、CMHEC、木质素磺酸盐等)存在的过缓凝或过敏感、不抗高温的弊病,研制开发了GH-9油井水泥抗高温缓凝剂,该高温缓凝剂是用一种不饱和二元有机酸衣康酸(又称亚甲基丁二酸)和另外一种带有磺酸基团的乙烯单体AMPS(又称2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)在引发条件下聚合反应制成,该产品有很好的高温缓凝作用,与大多数的分散剂、降失水剂有良好的相容性,配制的水泥浆具有高温直角稠化的特点.经现场应用证明,该油井水泥抗高温缓凝剂能够满足高温固井需要,并适合在严寒的条件下施工,具有一定的推广应用价值.     

热采侧钻井塑性水泥浆研究与应用

辽河油田稠油热采侧钻井由于其自身的特殊性,如环空间隙小、水泥环薄等,固井质量一直不是很理想,进而导致油井生产寿命短.优选出一种塑性材料,在基浆中加入3%～5%该塑性材料可以将水泥石的变形能力提高8%以上,同时该塑性材料能产生适度弹性膨胀,提高水泥石与套管、地层的封隔性能,可保证水泥环的长期封隔效果.优选出了与该塑性水泥浆配伍的降失水剂、促凝剂、缓凝剂和分散剂,形成了适合不同井温条件的塑性水泥浆配方,该塑性水泥浆的流动性好,失水量可控制在50 mL以下,稠化时间在2～3 h之间可调.该塑性水泥浆在大量热采侧钻井中的现场应用,取得了十分理想的效果.