[發明專利]一種防倒掛寬溫帶油井水泥緩凝劑

有效

• 申請號: 201310021650.X
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103013481A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 郭勝來;步玉環;柳華杰;郭辛陽
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C09K8/467
• 分類號: C09K8/467
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種油田固井用防倒掛寬溫帶油井水泥緩凝劑，屬于油田化學及油氣井固井領域。采用該方法制備的緩凝劑用于石油、天然氣井的固井過程中改善水泥漿稠化性能。

背景技術

油氣井鉆井完成后，需要下入套管并泵入水泥漿來封固套管與地層之間的環形空間。通常情況下，水泥漿是通過套管泵達井底，然后從環形空間上返到井口或預定位置，待其凝固后起到封隔油氣水層和保護套管的作用。水泥漿在被泵送的過程中需要保持良好的可泵性，但是隨著水泥漿中活性成分水化反應的進行，水泥漿的稠度會逐漸增大，待水泥漿稠度達到一定值時，水泥漿會失去流動性而無法被泵送。為了延長水泥漿保持良好流動性的時間，進而滿足固井施工要求，往往需要在水泥漿中加入緩凝劑。

目前使用較為普遍的油井水泥緩凝劑主要有：木質素磺酸鹽、羥基羧酸鹽、糖類及其衍生物、硼酸及其鹽類、有機膦酸鹽、丙烯酰胺類聚合物等。但是這些緩凝劑中的低分子緩凝劑均存在適應大溫差能力差的問題，且加有以上大部分緩凝劑的水泥漿會存在“倒掛”的問題，即同一配方情況下溫度越高凝結時間反而越長，倒掛現象一般出現在50℃～85℃，75℃與85℃的倒掛現象最為明顯。聚合物類緩凝劑適應大溫差能力較好，但是仍存在倒掛的問題。凝結時間“倒掛”現象使得水泥漿候凝期間上部水泥先凝固而下部水泥后凝固，有時會有相當長的時間差，這就造成其候凝過程中的水泥漿失重，容易發生“氣竄”，不利于封固油氣層。對于長封固井段來說，水泥漿柱的底部與頂部溫差較大，且隨著封固段長度的增加，兩者的差別增大。為了滿足固井施工安全的需要，在固井工程設計時是以井底循環溫度作為水泥漿稠化時間的測試溫度，如果緩凝劑適應大溫差的能力較差，加有緩凝劑的水泥漿就容易在其頂部溫度下候凝時間較長，甚至發生超緩凝現象，大大延長現場候凝時間增加鉆井成本，更增加了固井的不安全因素。

發明內容

本發明的目的是提供一種油井水泥緩凝劑，其含有兩種組分，一種是含有羧酸基團的二元共聚物，另一種是酒石酸。該緩凝劑適用溫度寬，適應大溫差能力強，加有該緩凝劑的水泥漿無倒掛問題，可廣泛應用于各種淺井、中深井、深井及超深井中。

本發明的水泥緩凝劑，它包含以下組分：

a）一種含有羧酸基團的二元共聚物，重量份數為50-70；

b）酒石酸，重量份數為30-50。

其中所述的含有羧酸基團的二元共聚物平均相對分子質量為2,000-2,0000，優選4,000-8,000，該共聚物為二元共聚物，共聚單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸與衣康酸。

該二元共聚物可選用各種熟知的聚合方法制備，通常可采用水溶液聚合方法。一個典型的聚合方法為：將70～80重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、20～30重量份的衣康酸、占單體總質量400%的去離子水加入到反應容器中，將反應器放入60℃恒溫水浴中，向反應器內通入30min的氮氣以排除氧氣，待反應器內水溶液溫度達到60℃后，加入占單體質量總和0.2%～3%的過硫酸鉀以引發反應，使反應持續4h-5h，制得二元共聚物溶液。二元共聚物溶液可以進一步干燥制得粉劑，也可以直接使用共聚物溶液，其有效含量按單體總質量占共聚物溶液總質量百分比計。

其中所述緩凝劑組分的重量份數均指純組分的重量份數，若緩凝劑組分為水溶液，則指其有效含量。

與現有技術相比，本發明具有如下技術優勢：

（1）與普通的低分子量緩凝劑相比，利用本發明緩凝劑所配制的高溫水泥漿在中低溫條件下能快速凝固；

（2）與現有的大溫差緩凝劑相比，利用本發明緩凝劑所配制的水泥漿不存在倒掛問題。

具體實施方式

以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。

首先制備二元共聚物。將24.81g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、5.19g衣康酸加入到120g去離子水中，溶解好后加入到三口燒瓶，將三口燒瓶放入60℃的恒溫水浴中，開始攪拌，并向三口燒瓶中通入30min的氮氣以排除氧氣，待三口燒瓶內水溶液的溫度達到60℃以后，加入30g濃度為2wt%的過硫酸鉀引發劑溶液，使反應持續4h，制得二元共聚物溶液。該溶液有效含量為16.67%。

然后，取21.5g酒石酸加入180g二元共聚物溶液混合均勻得到201.5g緩凝劑樣品1。樣品1中二元共聚物的重量份數為58.33，而酒石酸的重量份數為41.67。