[发明专利]一种油井水泥缓凝剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井、完井或固井作业的水泥浆的缓 凝剂。

背景技术

本发明所述的水泥缓凝剂是水泥外加剂中的一种，通常用于油、 气井注水泥作业所使用的水泥浆中。在油气井注水泥作业中，通过 泵送将水泥浆注入井内，经替浆将水泥浆顶替到套管与井眼之间的 环形空间，达到封隔油、气、水层、保护生产层和支撑保护套管的 目的。水泥浆在送至所要求的位置以前应具有良好的可泵性。随着 水泥浆中水泥活性成分水化反应的进行，水泥浆的稠度将会增大， 当稠度达到一定值时，水泥浆就会失去流动性而无法泵送。因此水 泥浆的稠化时间是控制固井作业、保证施工安全和固井质量的关键 参数。为了准确地控制水泥浆的稠化时间，扩大油井水泥的使用范 围，必须在水泥浆中加入缓凝剂以延缓水泥和水之间的反应速率， 调节稠化时间。

现在普遍使用的水泥缓凝剂主要有：木质素磺酸盐类、羟基羧 酸盐类、糖类及其衍生物、低分子量纤维素类、硼酸及其盐类等。 但这些缓凝剂均存在一定的缺陷，例如：木质素磺酸盐类只适合在 中低温(≤90℃)下使用；羟基羧酸盐类只适合在较高温度(≥120℃) 下使用；糖类化合物加量非常敏感；纤维素类影响水泥石的强度发 展；硼酸通常需和其它缓凝剂复合使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种油井水泥缓凝剂，其含有两种类型的 组分，一种是含有羧酸基团的多元共聚物，另一种是有机膦酸及其 盐类。该水泥缓凝剂适用温度范围宽，而且可与多种外加剂配伍， 具有良好的相容性，适用于各种级别的油井水泥，适用于淡水、盐 水、海水等多种水质，可广泛应用于各种浅井、中深井、深井及超 深井中。

本发明的水泥缓凝剂，它包含以下组分：

a)至少一种含有羧酸基团的多元共聚物，重量份数为60-90；

b)至少一种有机膦酸及其盐类，重量份数为10-40。

其中所述的含有羧酸基团的多元共聚物平均相对分子质量为 2,000-20,000，优选4,000-8,000，该共聚物为二元、三元或四元 共聚物，共聚单体选自A类化合物中的1-2种和B类化合物中的 1-2种。

A类化合物为一元或二元不饱和羧酸及其酸酐或盐类，具体 如：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸或中 康酸。

B类化合物包括：乙烯磺酸盐、丙烯磺酸盐、苯乙烯磺酸盐、 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯膦酸、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙 烯酰胺、丙烯腈或N-乙烯基吡咯烷酮。

该多元共聚物可选用各种熟知的聚合方法制备，通常可采用水 溶液聚合方法。一个典型的聚合方法为：将所有单体溶解在去离子 水中，加入到反应器内，将反应器放入60℃恒温水浴中，向反应器 内通入30min的氮气以排除氧气，待反应器内水溶液温度达到60 ℃后，加入少量的过硫酸钾溶液以引发反应，使反应持续3h-4h， 制得多元共聚物溶液。共聚物溶液可以进一步干燥制得粉剂，也可 直接使用共聚物溶液，其有效含量按单体总质量占共聚物溶液总质 量百分比计。

其中所述的有机膦酸及其盐类可选自烷基膦酸及其盐类，具体 如：氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、丙二胺四甲叉膦酸、尿 素四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、2-甲 叉膦酸丁烷三羧酸和2-羟基乙烷二甲叉膦酸。

其中所述缓凝剂组分的重量份数均指纯组分的重量份数，若缓 凝剂组分为水溶液，则指其有效含量。

本发明的水泥缓凝剂具有以下优良性能：

(1)适用温度范围宽，可以达到30℃-230℃。

(2)适用于淡水、海水、欠饱和盐水、饱和盐水、高矿化度 水。

(3)具有良好的相容性，适用于各种级别的API水泥，并与 多种外加剂配伍。

(4)性能稳定，加量没有敏感点，稠化曲线形态好，过渡时 间短。

(5)可改善水泥浆的流变性能，提高了注水泥顶替效率。

(6)对水泥浆其它性能无不利影响，不破坏水泥石强度发展。

本发明的水泥缓凝剂可广泛应用于各种浅井、中深井、深井及 超深井中。

具体实施方式

实施例1