新型油井水泥緩凝劑CR22L的室內研究

宋維凱 田 野汪 蕾 韓 冰 田宏偉

（1.中海油田服務股份有限公司油田化學研究院，河北 三河065201；2.中海油田服務股份有限公司化學公司，中國 天津300450）

固井工程包括下套管作業和注水泥漿作業，目的是為了封隔油、氣和水層、易坍塌、易漏失的復雜地層，支撐套管等。固井過程中通過加入緩凝劑來延長水泥漿的稠化時間，使水泥漿的性能滿足安全泵送要求，避免“灌香腸”、“插旗干”等事故的發生。性能優良的緩凝劑應該是稠化時間與摻量成正比例關系，且稠化時間隨著溫度增加而降低，不會出現“稠化反轉現象”，并與各種油井水泥和水泥外加劑有良好的適應性和配伍相容性。

目前緩凝劑產品種類較多，有些產品存在溫度敏感性和摻量敏感性較差的問題，導致在注水泥施工過程中出現超緩凝現象、稠化時間不可調甚至會出現提前凝固的事故，造成巨大的經濟損失。因此，研選一種性能穩定、溫度敏感性和摻量敏感性小的緩凝劑是十分有必要的。本文介紹了一種由聚合物與無機物、有機酸復配而成的緩凝劑CR22L，從溫度敏感性和摻量敏感性對水泥漿性能影響等方面探討了該緩凝劑的性能。

1 實驗部分

1.1 儀器

千德樂8040型高溫高壓雙釜稠化儀；泰格1220型常壓稠化儀；千德樂3500LS自動粘度計；DFC-0705S型高溫高壓失水儀；泰格TG-1280A常壓養護箱；YJ-2001型勻加荷壓力試驗機等。

1.2 新型緩凝劑CR22L的合成

將馬來酸酐和對苯乙烯磺酸鈉按照摩爾比2：1加熱溶解于去離子水中，加熱至90℃，通氮氣驅氧30分鐘后，加入1.75%的過硫酸銨引發，反應4小時后得到聚合產物，再向其中加入7.5%六偏磷酸鈉和3.5%檸檬酸。

1.3 試驗水泥漿配方

SDG+40%FW+4%PC-G80L+x%緩凝劑+0.25%PC-X60L，水泥漿密度為1.90g/cm3。

式中：SDG為G級水泥，山東淄博水泥廠；降失水劑PC-G80L和消泡劑PC-X60L，天津中海油服化學有限公司；百分數為占水泥重量的百分比。

1.4 試驗方法

試驗方法參照API RP 10B-2-2013。

2 結果與討論

2.1 溫度敏感性

圖1 試驗溫度對CR22L緩凝效果影響Figure 1 Test temperature on CR22L retarding effects

稠化試驗一般在井底循環溫度的條件下進行，而探測的井底循環溫度一般都會與真實值間存在偏差，溫度敏感性大的緩凝劑會因為溫度的變化出現超緩凝或者早凝的現象，造成氣竄、“插旗干”等事故的發生。這就要求緩凝劑具有較小的溫度敏感性，才能保證固井施工安全。試驗溫度與CR22L緩凝效果的關系如圖1所示。

由圖1得知，緩凝劑CR22L對稠化時間的影響隨著溫度的降低呈縮短趨勢并無反轉現象，表明溫度敏感性小，滿足固井施工要求。

2.2 摻量敏感性

CR22L摻量與稠化時間的關系及稠化曲線線型如圖2、圖3所示。

圖2 70℃下CR22L加量對稠化時間的影響Figure 2 The relationship between dosage and thickening time in 70℃

由圖2可知，新型復配緩凝劑CR22L的摻量與稠化時間呈現直線線性關系，表明摻量敏感性小。摻量敏感性呈直線線性關系的緩凝劑在固井施工過程中稠化時間易于調控，屬于一種理想、安全的高效緩凝劑[1]。

圖3 70℃0.5%CR22L摻量的稠化時間曲線Figure 3 Thickening tim e curve of 0.5%CR22L in 70℃

由圖3得知，稠化曲線平穩，無臺階、無鼓包現象等現象，表明水泥漿性能穩定，與各種外加劑配伍性良好，而且呈直角稠化，稠化過度時間短，降低水、氣竄發生率，是一種優良的油井水泥緩凝劑產品。

2.3 綜合性能評價實驗

為了綜合評價緩凝劑CR22L，與常用的一種緩凝劑CR21L進行了性能比較，結果見表1。在保證相同稠化時間的條件下研究緩凝劑CR22L的性能，由表1可知，水泥漿個方面性能都良好，失水可控、良好的流變性、較高的抗壓強度，表明CR22L與各種固井所用外加劑配伍相容性良好。CR22L各方面性能均優于CR21L，尤其在抗壓強度方面明顯高于緩凝劑CR21L。

表1 緩凝劑綜合性能比較實驗Table1 Com prehensive evaluation of performance of the terardsr

2.4 緩凝機理探討

本試驗緩凝劑屬于復配緩凝劑，包含無機物質和有機物質。無機緩凝組分一般屬于電解質，溶解于水泥漿中形成帶電粒子，通過影響C-S-H凝膠成核、Ca(OH)2和鈣礬石的形成來調控時間。有機組分一般包括羥基、羧基等基團，羥基可與溶液中的Ca2+形成不穩定的絡合物，影響Ca(OH)2晶核的形成，而且可與水分子和水泥水化產物通過氫鍵締合，形成包裹水泥顆粒的溶劑化水膜，以此來延緩水泥水化的進程[2-4]。

3 結論

（1）緩凝劑CR22L溫度敏感性小，摻量與稠化時間有較好的線性關系，摻量敏感性小，稠化曲線呈直角稠化，過渡時間短。

（2）CR22L與各種固井所用外加劑配伍相容性良好，對水泥漿的流變、失水、游離夜、抗壓強度等無不良影響，是一種優良的油井水泥緩凝劑。

［1］陳馥,劉迎香,李鳳霞.油井水泥緩凝劑的優選技術[J].石油與天然氣工,2000,29(4)：203-204.

［2］蔡希高.緩凝外加劑緩凝作用的化學本質[J].化學建材,2007,23(2)：41-44.

［3］李高明.調凝劑對水泥水化歷程的調控及作用機理研究[D].武漢：武漢理工大學,2011.

［4］Masayo KANEKO,Yasuhiro OBA,Jun OBA.Analysis of Setting Retardation Mechanism of Low Cement Castables with Boric Acid[J].Journal of the Technical Association of Refractories,2013,33(2).