專利名稱：一種油井水泥緩凝劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆井、完井或固井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種固井用的水泥緩凝劑 及其制備方法。
背景技術(shù)：
在油氣井注水泥作業(yè)中，通過泵送將水泥漿注入井內(nèi)，經(jīng)替漿將水泥漿頂替到套 管與井壁之間的環(huán)形空間中，待水泥漿凝固后封隔油、氣及水層等，達(dá)到保護(hù)產(chǎn)層和支撐保 護(hù)套管的目的。水泥漿在到達(dá)封固所要求位置前必須保持良好的可泵性。水泥為水硬性膠 凝材料，隨著水泥漿中的活性成分不斷水化，水泥漿的流動(dòng)性變差，當(dāng)水泥漿的稠度達(dá)到一 定值時(shí)，水泥漿將會(huì)失去流動(dòng)性而無法泵送。為了保證施工作業(yè)安全，尤其是在深井和超深 井注水泥作業(yè)時(shí)，往往在水泥漿中加入緩凝劑，以準(zhǔn)確地控制水泥漿的稠化時(shí)間。目前廣泛應(yīng)用的油井水泥緩凝劑主要有木質(zhì)素磺酸鹽類、羥基羧酸鹽類、糖類及 其衍生物、低分子量纖維素類、硼酸及其鹽類、有機(jī)磷酸及其鹽類、不飽和羧酸聚合物及其 共聚物類等。這些緩凝劑在應(yīng)用時(shí)均存在很多局限性，比如木質(zhì)素磺酸鹽類，由于木質(zhì)素來 源不同，組成和結(jié)構(gòu)差異很大，緩凝效果不易控制；且適用溫度在90°C以下；糖類化合物對 加量極其敏感，水泥漿稠化時(shí)間很難調(diào)整；羥基羧酸鹽類僅適用于120°C以上溫度范圍，其 對水泥漿稀釋作用明顯，引起水泥漿不穩(wěn)定，漿體沉降和游離液量大，而且會(huì)破換某些降失 水劑濾失效果。硼酸及其鹽一般不單獨(dú)使用，需與其他緩凝劑復(fù)合使用，且僅適用于淡水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種油井水泥緩凝劑，在50 180°C溫度范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)對 水泥漿稠化時(shí)間調(diào)節(jié)，水泥漿稠化時(shí)間對緩凝劑加量不敏感，能與其他水泥外加劑配伍，能 應(yīng)用于淺井、深井、超深井、水平井、大位移井。另一個(gè)目的是提供該油井水泥緩凝劑的制備 方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是油井水泥緩凝劑各組分重量份為多胺化合物 20 50份；三氯化磷或亞磷酸 10 30份；甲醛水溶液 10 30份；氨基磺酸基化合物 10 40份；環(huán)氧化合物 10 30份；水100 份。油井水泥緩凝劑的制備方法首先將20 50重量份的多胺化合物、10 30重量 份的三氯化磷和100重量份的水加入反應(yīng)容器中，開動(dòng)攪拌裝置，并加熱至50 90°C活化 1 3小時(shí)后，向反應(yīng)容器中滴加10 30重量份的甲醛水溶液，待甲醛水溶液全部加入后， 將溫度升至100 120°C，反應(yīng)1 4小時(shí)；再向反應(yīng)容器中加入10 40重量份的氨基磺 酸化合物，待溶解完全后，加入10 30重量份的環(huán)氧化合物，保持溫度繼續(xù)反應(yīng)2 4小時(shí)，制得油井水泥緩凝劑。其中所述多胺化合物選自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、乙 二胺(1，2_乙二胺)、丁二胺(1，4_ 丁二胺)和己二胺(1，6_己二胺)中一種兩種或多種。其中所述甲醛水溶液濃度(重量比)為30 40%。其中所述氨基磺酸基化合物選自對氨基苯磺酸及其鹽、2-氨基乙磺酸及其鹽、環(huán) 己基氨基磺酸及其鹽(環(huán)己基氨基磺酸鈉、環(huán)己基氨基磺酸鈣)中一種或兩種或多種。其中所述環(huán)氧化合物選自環(huán)氧氯丙烷、二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、丙 三醇三縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘油醚、丁二醇二縮水甘油醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油 醚、環(huán)己二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇縮水甘油醚中的一種或兩種或多種。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明油井水泥緩凝劑具有以下優(yōu)良性能在50 180°C較寬溫度范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對水泥漿稠化時(shí)間調(diào)節(jié)，水泥漿稠化時(shí)間對 緩凝劑加量不敏感，稠化過程中無閃凝現(xiàn)象，稠化曲線形態(tài)好，過渡時(shí)間短。適用于淡水、海水、鹽水及高礦化度水等配制水泥漿。適用于配制低密度水泥漿、 常規(guī)密度水泥漿和高密度水泥漿。具有良好的相容性，能與其他多種油井水泥外加劑配伍，能用于API所規(guī)定的各 種級別的油井水泥。對水泥漿無明顯稀釋作用，不起泡，不破壞降失水劑性能，不破壞水泥石強(qiáng)度發(fā)展。本發(fā)明提供的油井水泥緩凝劑可用于淺井、深井、超深井、水平井或大位移井。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 各組分按重量份計(jì)。向1000毫升反應(yīng)瓶中加入軟水100份，三乙烯四胺30份，三氯化磷10份，開動(dòng)攪 拌裝置，并將反應(yīng)體系加熱至60°C活化1. 5小時(shí)，向反應(yīng)體系中滴加25份濃度為35%的甲 醛水溶液，待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)；然后向反應(yīng)瓶中加入2-氨基乙 磺酸20份，完全溶解后，再加入環(huán)氧氯丙烷15份，維持110°C反應(yīng)3小時(shí)，制得粘稠產(chǎn)物油 井水泥緩凝劑，記作樣品1。按GB/T 19139 2003標(biāo)準(zhǔn)制備水泥漿，評定初始稠度、稠化時(shí)間、失水量、24小時(shí) 抗壓強(qiáng)度，水泥漿配方如下100°C及100°C以下水泥漿配方為嘉華G級油井水泥100份+降失水劑5份+緩
凝劑改變量+水改變量100°C以上水泥漿配方為嘉華G級油井水泥100份+硅粉35份+降失水劑5份
+緩凝劑改變量+水改變量其中降失水劑為丙烯酰胺衍生物聚合物水溶液，固含量為30% ；水泥漿配方中液 固比均為0. 44。緩凝劑樣品1水泥漿性能，性能數(shù)據(jù)見表1。表1樣品1制備的水泥漿性能數(shù)據(jù) 實(shí)施例2 各組分按重量份計(jì)。向1000毫升反應(yīng)瓶中加入軟水100份，四乙烯五胺40份，三氯化膦10份，開動(dòng)攪 拌裝置，并將反應(yīng)體系加熱至80°C活化2小時(shí)，向反應(yīng)體系中滴加20份濃度為35%的甲醛 水溶液，待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續(xù)反應(yīng)2. 5小時(shí)；然后向反應(yīng)瓶中加入2-氨基乙 磺酸15份，完全溶解后，再加入乙二醇二縮水甘油醚15份，維持110°C反應(yīng)4小時(shí)，制得粘 稠產(chǎn)物油井水泥緩凝劑，記作樣品2。按實(shí)施例1方法評價(jià)緩凝劑樣品2的水泥漿性能，性能數(shù)據(jù)見表2。表2樣品2制備的水泥漿性能數(shù)據(jù) 注配方15和16選用18%氯化鈉水溶液配制水泥漿進(jìn)行水泥漿性能測試。實(shí)施例3 各組分按重量份計(jì)。向1000毫升反應(yīng)瓶中加入軟水100份，四乙烯五胺20份，乙二胺15份，三氯化磷 10份，開動(dòng)攪拌裝置，并將反應(yīng)體系加熱至80°C活化2小時(shí)，向反應(yīng)體系中滴加20份濃度 為35%的甲醛水溶液，待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)；然后向反應(yīng)瓶中加入 2-氨基乙磺酸15份，完全溶解后，再加入二縮水甘油醚10份，維持110°C反應(yīng)3. 5小時(shí)，制 得粘稠產(chǎn)物油井水泥緩凝劑，記作樣品3。按實(shí)施例1方法評價(jià)緩凝劑樣品3的水泥漿性能，性能數(shù)據(jù)見表3。表3樣品3制備的水泥漿性能數(shù)據(jù) 實(shí)施例4 各組分按重量份計(jì)。向1000毫升反應(yīng)瓶中加入軟水100份，多乙烯多胺10份，己二胺10份，乙二胺10 份，三氯化磷20份，開動(dòng)攪拌裝置，并將反應(yīng)體系加熱至80°C活化1. 5小時(shí)，向反應(yīng)體系中 滴加25份濃度為35%的甲醛水溶液，待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)；然后 向反應(yīng)瓶中加入對氨基苯磺酸鈉30份，2-氨基乙磺酸10份，完全溶解后，再加入環(huán)氧氯丙 烷10份，二縮水甘油醚10份，維持110°C反應(yīng)4小時(shí)，制得粘稠產(chǎn)物油井水泥緩凝劑，記作 樣品4。按實(shí)施例1方法評價(jià)緩凝劑樣品4的水泥漿性能，性能數(shù)據(jù)見表4。表4樣品4制備的水泥漿性能數(shù)據(jù) 實(shí)施例5 各組分按重量份計(jì)。向1000毫升反應(yīng)瓶中加入軟水100份，乙二胺30份，亞磷酸15份，開動(dòng)攪拌裝置， 并將反應(yīng)體系加熱至75°C活化1小時(shí)，向反應(yīng)體系中滴加30份濃度為40%的甲醛水溶液， 待滴加完畢后，升溫至110°C，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)；然后向反應(yīng)瓶中加入2-氨基乙磺酸20份， 完全溶解后，再加入三羥甲基丙烷三縮水甘油醚10份，二縮水甘油醚10份，丙三醇三縮水 甘油醚10份，維持110°C反應(yīng)4小時(shí)，制得粘稠產(chǎn)物油井水泥緩凝劑，記作樣品5。按實(shí)施例1方法評價(jià)緩凝劑樣品5的水泥漿性能，性能數(shù)據(jù)見表5。表5樣品5制備的水泥漿性能數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
一種油井水泥緩凝劑，其特征在于油井水泥緩凝劑各組分重量份為多胺化合物20～50份；三氯化磷或亞磷酸10～30份；甲醛水溶液10～30份；氨基磺酸基化合物10～40份；環(huán)氧化合物10～30份水100份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特征在于多胺化合物選自二乙烯 三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、乙二胺、丁二胺和己二胺中一種或兩種或多 種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特征在于甲醛水溶液濃度為30 40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特征在于氨基磺酸基化合物選自 對氨基苯磺酸及其鹽、2-氨基乙磺酸及其鹽、環(huán)己基氨基磺酸及其鹽中一種或兩種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油井水泥緩凝劑，其特征在于所述環(huán)氧化合物選自環(huán) 氧氯丙烷、二縮水甘油醚、新戊二醇二縮水甘油醚、丙三醇三縮水甘油醚、乙二醇二縮水甘 油醚、丁二醇二縮水甘油醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、環(huán)己二醇二縮水甘油醚、聚乙二 醇縮水甘油醚中的一種或兩種或多種。
6.一種油井水泥緩凝劑制備方法，其特征在于首先將20 50重量份的多胺化合物、 10 30重量份的三氯化磷或亞磷酸和100重量份的水加入反應(yīng)容器中，開動(dòng)攪拌裝置，并 加熱至50 90°C活化1 3小時(shí)后，向反應(yīng)容器中滴加10 30重量份的甲醛水溶液，待 甲醛水溶液全部加入后，將溫度升至100 120°C，反應(yīng)1 4小時(shí)；再向反應(yīng)容器中加入 10 40重量份的氨基磺酸化合物，待溶解完全后，加入10 30重量份的環(huán)氧化合物，保持 溫度繼續(xù)反應(yīng)2 4小時(shí)，制得油井水泥緩凝劑。
全文摘要
油井水泥緩凝劑，應(yīng)用于石油鉆井、完井或固井技術(shù)領(lǐng)域。首先將20～50份多胺化合物、10～30份三氯化磷或亞磷酸和軟水加入反應(yīng)容器中，加熱至50～90℃活化1～3小時(shí)后，向容器中滴加10～30份甲醛水溶液，待甲醛水溶液全部加完后，將溫度升至100～120℃，反應(yīng)1～4小時(shí)；再向容器中加入10～40份氨基磺酸基化合物，待溶解完全后，加入10～30份環(huán)氧化合物，保持溫度繼續(xù)反應(yīng)2～4小時(shí)，制得油井水泥緩凝劑。該緩凝劑在50～180℃溫度范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)對水泥漿稠化時(shí)間調(diào)節(jié)，適用于低、中、高密度水泥漿體系，具有很好的耐鹽性，適用于淡水、海水及鹽水等；能廣泛應(yīng)用于淺井、深井、超深井、水平井、大位移井等復(fù)雜井況等。
文檔編號C09K8/467GK101885962SQ20101021491
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者侯薇, 劉愛萍, 孫富全, 譚文禮, 趙寶輝, 鄒建龍, 馬學(xué)勤 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院