宋維凱 田 野汪 蕾 韓 冰 田宏偉

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

固井工程包括下套管作業(yè)和注水泥漿作業(yè)，目的是為了封隔油、氣和水層、易坍塌、易漏失的復(fù)雜地層，支撐套管等。固井過程中通過加入緩凝劑來延長(zhǎng)水泥漿的稠化時(shí)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(fā)生。性能優(yōu)良的緩凝劑應(yīng)該是稠化時(shí)間與摻量成正比例關(guān)系，且稠化時(shí)間隨著溫度增加而降低，不會(huì)出現(xiàn)“稠化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象”，并與各種油井水泥和水泥外加劑有良好的適應(yīng)性和配伍相容性。

目前緩凝劑產(chǎn)品種類較多，有些產(chǎn)品存在溫度敏感性和摻量敏感性較差的問題，導(dǎo)致在注水泥施工過程中出現(xiàn)超緩凝現(xiàn)象、稠化時(shí)間不可調(diào)甚至?xí)霈F(xiàn)提前凝固的事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研選一種性能穩(wěn)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(jī)物、有機(jī)酸復(fù)配而成的緩凝劑CR22L，從溫度敏感性和摻量敏感性對(duì)水泥漿性能影響等方面探討了該緩凝劑的性能。

1 實(shí)驗(yàn)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(dòng)粘度計(jì)；DFC-0705S型高溫高壓失水儀；泰格TG-1280A常壓養(yǎng)護(hù)箱；YJ-2001型勻加荷壓力試驗(yàn)機(jī)等。

1.2 新型緩凝劑CR22L的合成

將馬來酸酐和對(duì)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?dú)怛?qū)氧30分鐘后，加入1.75%的過硫酸銨引發(fā)，反應(yīng)4小時(shí)后得到聚合產(chǎn)物，再向其中加入7.5%六偏磷酸鈉和3.5%檸檬酸。

1.3 試驗(yàn)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(jí)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(xué)有限公司；百分?jǐn)?shù)為占水泥重量的百分比。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照API RP 10B-2-2013。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度敏感性

圖1 試驗(yàn)溫度對(duì)CR22L緩凝效果影響Figure 1 Test temperature on CR22L retarding effects

稠化試驗(yàn)一般在井底循環(huán)溫度的條件下進(jìn)行，而探測(cè)的井底循環(huán)溫度一般都會(huì)與真實(shí)值間存在偏差，溫度敏感性大的緩凝劑會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓霈F(xiàn)超緩凝或者早凝的現(xiàn)象，造成氣竄、“插旗干”等事故的發(fā)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(yàn)溫度與CR22L緩凝效果的關(guān)系如圖1所示。

由圖1得知，緩凝劑CR22L對(duì)稠化時(shí)間的影響隨著溫度的降低呈縮短趨勢(shì)并無反轉(zhuǎn)現(xiàn)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(shí)間的關(guān)系及稠化曲線線型如圖2、圖3所示。

圖2 70℃下CR22L加量對(duì)稠化時(shí)間的影響Figure 2 The relationship between dosage and thickening time in 70℃

由圖2可知，新型復(fù)配緩凝劑CR22L的摻量與稠化時(shí)間呈現(xiàn)直線線性關(guān)系，表明摻量敏感性小。摻量敏感性呈直線線性關(guān)系的緩凝劑在固井施工過程中稠化時(shí)間易于調(diào)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(shí)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(wěn)，無臺(tái)階、無鼓包現(xiàn)象等現(xiàn)象，表明水泥漿性能穩(wěn)定，與各種外加劑配伍性良好，而且呈直角稠化，稠化過度時(shí)間短，降低水、氣竄發(fā)生率，是一種優(yōu)良的油井水泥緩凝劑產(chǎn)品。

2.3 綜合性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

為了綜合評(píng)價(jià)緩凝劑CR22L，與常用的一種緩凝劑CR21L進(jìn)行了性能比較，結(jié)果見表1。在保證相同稠化時(shí)間的條件下研究緩凝劑CR22L的性能，由表1可知，水泥漿個(gè)方面性能都良好，失水可控、良好的流變性、較高的抗壓強(qiáng)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(yōu)于CR21L，尤其在抗壓強(qiáng)度方面明顯高于緩凝劑CR21L。

表1 緩凝劑綜合性能比較實(shí)驗(yàn)Table1 Com prehensive evaluation of performance of the terardsr

2.4 緩凝機(jī)理探討

本試驗(yàn)緩凝劑屬于復(fù)配緩凝劑，包含無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)。無機(jī)緩凝組分一般屬于電解質(zhì)，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(diào)控時(shí)間。有機(jī)組分一般包括羥基、羧基等基團(tuán)，羥基可與溶液中的Ca2+形成不穩(wěn)定的絡(luò)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(chǎn)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(jìn)程[2-4]。

3 結(jié)論

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

（2）CR22L與各種固井所用外加劑配伍相容性良好，對(duì)水泥漿的流變、失水、游離夜、抗壓強(qiáng)度等無不良影響，是一種優(yōu)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(yōu)選技術(shù)[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(xué)本質(zhì)[J].化學(xué)建材,2007,23(2)：41-44.

［3］李高明.調(diào)凝劑對(duì)水泥水化歷程的調(diào)控及作用機(jī)理研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),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).