[发明专利]抗高温油井水泥缓凝剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油井水泥缓凝剂，具体地说，是涉及一种应用于油井固井施工中的抗高温油井水泥缓凝剂及其制备方法。

背景技术

固井是油井建设过程中的主要环节，固井质量的好坏直接关系到油井的继续钻井，以及后续完井、采油、修井等各项作业质量。固井作业有两个环节，即下套管和注水泥，通过注水泥施工，用油井水泥填充套管和井眼之间的环形空间，水泥浆的主要作用是隔绝流体在层间流动、支撑套管、防止管壁腐蚀、封隔漏失层或低压层等。注水泥过程是指配制水泥浆，将水泥浆沿套管向下泵输送，然后再上返至套管外部的环形空间，最后在环形空间进行凝结的过程。经过24-72h凝结之后的水泥称为水泥石，它具有较低的渗透率和一定的抗压强度。

注水泥作业过程要求水泥浆具有一定的可泵性，即在一定泵压下水泥浆具有流动性。注水泥作业过程中，由于水泥浆不断向井底运动，水泥浆温度不断升高，水泥浆水化反应速度加快，水泥浆稠度将会增大，当增大到一定值时，水泥浆就会失去流动性无法泵送。所以，对于高温深井的固井作业，都要在水泥浆中加入延缓水泥浆水化反应的缓凝剂，提高注水泥作业的安全性。随着井深的增加，水泥浆使用温度越来越高，如何在高温下调节水泥浆稠化时间变的越来越重要。

目前固井水泥浆中常用的缓凝剂有如下几类：木质素磺酸盐及其衍生物，这类缓凝剂可以运用于井底温度150℃内的注水泥作业中。目前该类缓凝剂几乎都通过对木质素进行改性以提高其耐温性后使用；磺化丹宁、磺化栲胶、丹宁酸钠，这一类缓凝剂由植物的根、茎经磺甲基化后与碱液作用而制成，该类缓凝剂用于高温条件下时对水泥石强度有明显影响；纤维素衍生物，这类缓凝剂是由大量葡萄糖基构成的链状大分子，经改性制得。比如羧甲基羟乙基纤维素，适用于135℃下，但是该类缓凝剂具有增粘、抗盐性差的特点；羟基羧酸及其盐类，其中包括酒石酸及其盐、糖类缓凝剂、有机磷酸。酒石酸及其盐属于高温缓凝剂，运用于150-200℃井温，有强烈缓凝能力，有具有一定分散性可以改变水泥浆流动性，但该缓凝剂极其敏感，加量相差万分之几就会延长一倍凝结时间，给施工带来困难。葡萄糖类缓凝剂由于具有多个羟基活性基团，具有强烈缓凝作用，使用温度可达160℃，但加量敏感仍是最大缺点；其它缓凝剂还包括无机化合物，如硼酸、磷酸、氢氟酸以及它们盐类，锌和铅的氧化物等。

综上所述，现有的油井缓凝剂都存在或大或小的缺陷和不足，特别是在实现延缓水泥浆水化反应的同时，对水泥浆的其他性能一般都会产生明显的不利影响，如影响水泥石的强度发展，这就使得现有的油井固井质量并不能得到有力保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗高温油井水泥缓凝剂，不仅在高温下实现延缓水泥浆的水化反应，同时，有效地降低对水泥浆其他性能的影响，特别是降低对水泥石强度发展的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

抗高温油井水泥缓凝剂，包括2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸，衣康酸，丙烯酰胺，N，N-二甲氨基丙基丙烯酰胺，相应的质量比为82～91∶10～26∶8～30∶31～38。

进一步地，所述2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺、N，N-二甲氨基丙基丙烯酰胺的质量比为86∶18∶20∶34。

本发明还提出了上述抗高温油井水泥缓凝剂的制备方法，其步骤如下：

(1)按照质量比82～91∶10～26∶8～30∶31～38分别称取2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺、N，N-二甲氨基丙基丙烯酰胺，并置于水中溶解成混合溶液；

(2)调节步骤(1)中混合溶液的PH值至4～7；

(3)将溶液置于烧瓶中，进行恒温水浴；

(4)向溶液中逐步滴加引发剂，持续反应2～4小时后，得到最终产物。

所述步骤(1)中水的质量为2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺、N，N-二甲氨基丙基丙烯酰胺的质量总和的230％。

所述步骤(2)中PH值的调节是通过滴加浓度为20％的NaOH溶液来实现的。

所述烧瓶为三口烧瓶，三个口中分别配置温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗。

所述水浴温度为50～75℃。

所述引发剂为过硫酸铵-亚硫酸氢钠，其质量为2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺和N，N-二甲氨基丙基丙烯酰胺的质量总和的0.4％-2.0％。

上述方案中，2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸简写为AMPS，衣康酸简写为IA，丙烯酰胺简写为AM，N，N-二甲氨基丙基丙烯酰胺简写为DMAPAA。