[发明专利]耐高温水泥缓凝剂的制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明属于水泥添加剂领域，特别是涉及一种耐高温水泥缓凝剂的制备和使用方法。

背景技术

随着钻井技术的提高和油田开采难度的增加，钻井向深井、超深井、复杂井发展，井底温度和压力明显提高，而高温高压下固井过程中油井水泥浆快速稠化，满足不了固井施工的要求。为保证施工安全，水泥浆中需要加入合适的缓凝剂以使注水泥作业安全顺利地进行。

现有已有的水泥缓凝剂主要有单宁衍生物、褐煤制剂、糖类化合物、硼酸及其盐类、有机膦化物、木质素磺酸盐及其改性产品、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、有机酸、合成有机聚合物等等。最常用的缓凝剂是木质素磺酸盐类产品，而上世纪90年代以后重点开发的则是合成聚合物类产品。由于天然聚合物及其改性产品可能引起原料差异而导致性能不稳定，且其在高温下基本特性会受到破坏而导致失效。合成聚合物则具有较强的高温稳定性，而且重复生产的产品能一直保持理想的性能。

目前，国内生产和使用的用于井温80℃以上的油井水泥缓凝剂普遍存在着缺陷，其适用温度范围一般仅有40℃的跨度，对温度的敏感性较强，大多数产品在井温增加或减小10℃时，添加量会增加或减少一半，这会对固井作业的安全性产生负面影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐高温水泥缓凝剂的制备和使用方法；该方法制得的耐高温水泥缓凝剂能在100～230℃温度范围内使用，其添加量不敏感，稠化过渡时间短，与其它油井水泥外加剂匹配性良好，对水泥石的强度发展没有不良影响，具有很好的抗盐性能。

这种耐高温水泥缓凝剂的制备、使用方法简单，易于操作。

为此，本发明的技术方案为：

一种耐高温水泥缓凝剂的制备方法，步骤为：将占单体总质量40～60％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、20～40％的衣康酸和10～20％的马来酸溶解于质量为单体总质量2～4倍的水中，除氧、加入占单体总质量1.5～3%的过硫酸铵，在75～100℃条件下反应3～6h，然后冷却至室温，即得所述耐高温水泥缓凝剂。

其中：单体总质量是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、衣康酸和马来酸的质量和。

将上述方法制得的耐高温水泥缓凝剂后还利用碱性物质调节其pH=6～7，可保持该耐高温水泥缓凝剂的性能稳定，使其保质期达到2年。

所述除氧的方法是将氮气通入反应容器。

所述引发剂在除氧至少20min后加入反应体系。

所述调节pH值的方法是利用氢氧化钠、碳酸钠溶液调节。

所述耐高温水泥缓凝剂的使用方法，其中水泥为油井或气井使用的水泥，以水泥重量100份计的配比为：

水泥                    100份

水                      44份

所述耐高温水泥缓凝剂    0.6～10份。

本发明制得耐高温水泥缓凝剂的应用温度范围宽，可在110～230℃范围内使用，最高使用温度大于180℃；其加量不敏感，且加量与稠化时间具有很好的线性关系，同一温度、压力条件下，随着缓凝剂用量的增加，水泥浆的稠化时间也随之增加。该耐高温水泥缓凝剂在高温下（200℃）48h强度发展迅速，无高温高压强度衰减现象，对水泥石的强度无不良影响，水泥石体积无收缩，能够满足工程施工的技术要求；且其在配浆水中含有18wt％的盐水时，没有发现缓凝和敏感的现象，表明其有较好的耐盐水性。

附图说明

图1为实施例1耐高温水泥缓凝剂的红外光谱图；

图2为200℃，100MPa，100min条件下，实施例1耐高温水泥缓凝剂的稠化曲线；

图3为实施例1耐高温水泥缓凝剂在120℃、50MPa、升温时间60min条件下，不同添加量与稠化时间关系图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

将占单体总质量60%的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、25%的衣康酸和15%的马来酸溶解于质量为单体总质量3倍的水中，通入氮气除氧20min、加入占单体总质量2%的引发剂过硫酸铵，在80℃条件下反应3h，然后冷却至室温，即得所述耐高温水泥缓凝剂。