抗高温油井水泥降失水剂SZ1-1的研制与应用

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)为共聚单体,以过硫酸铵为引发剂,通过自由基聚合合成了一种新型的三元共聚物油井水泥降失水剂(SZ1-1)。用红外光谱、热重分析对聚合物结构和抗温性能进行表征。结果表明,该降失水剂具有良好的失水控制能力和抗温性,在120℃以下,SZ1-1加量为4. 0%时失水可控制在50 m L以内;在180℃时,SZ1-1加量为6. 0%时失水可控制在50 m L以内;降失水剂与常用的减阻剂、缓凝剂、膨胀剂、早强增塑剂有良好的配伍性,水泥浆体系抗压强度大于14 MPa,稠化时间可调,综合性能优良。成功将该降失水剂用于川东北某井的高温固井作业中,综合性能满足工程要求,固井质量良好。     

抗高温油井水泥降失水剂 ＳＺ１－１的研制与应用

以 ２－丙烯酰胺 －２－甲基丙磺酸（ＡＭＰＳ）、丙烯酰胺（ＡＭ）和丙烯酸（ＡＡ）为共聚单体,以过硫酸铵为引发剂,通过自由基聚合合成了一种新型的三元共聚物油井水泥降失水剂（ＳＺ１－１）。用红外光谱、热重分析对聚合物结构和抗温性能进行表征。结果表明,该降失水剂具有良好的失水控制能力和抗温性,在 １２０℃以下,ＳＺ１－１加量为 ４．０％时失水可控制在 ５０ｍＬ以内;在 １８０℃时,ＳＺ１－１加量为 ６．０％时失水可控制在 ５０ｍＬ以内;降失水剂与常用的减阻剂、缓凝剂、膨胀剂、早强增塑剂有良好的配伍性,水泥浆体系抗压强度大于 １４ＭＰａ,稠化时间可调,综合性能优良。成功将该降失水剂用于川东北某井的高温固井作业中,综合性能满足工程要求,固井质量良好     

高温高压固井降失水剂的研究

针对高温高压地层固井难度大，对水泥浆性能要求高，目前中国使用的固井降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题，以丙烯酰胺（AM）、N，N二甲基丙烯酰胺（DMAM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸（AMPS）为原料合成了新型油井水泥降失水剂，对其在淡水、盐水和高密度水泥浆体系中的性能进行了评价。研究表明，该聚合物在90℃时能将淡水水泥浆的失水量控制在50mL左右，对盐水水泥浆的失水量也有较强的控制作用；该降失水剂在温度150℃以内都能保持水泥浆体系具有较低的滤失量；在高密度水泥浆中表现出了较高稳定性和配伍性。     

高温高压固井降失水剂的研究

针对目前国内使用的固井降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题，以丙烯酰胺（AM）、N、N二甲基丙烯酰胺（DMAM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸（AMPS）为原料合成了新型油井水泥降失水剂，对其在淡水、盐水和高密度水泥浆体系中的性能进行了评价，评价结果表明，该聚合物在90℃时能将淡水泥浆的失水量控制在50mL左右，对盐水泥浆的失水量也有较强的控制作用，且该失水剂能保持水泥浆体系在温度150℃以内都具有较低的滤失量，在高密度水泥浆体系中也表现出较高的稳定性和配伍性。     

耐高温耐盐油井水泥降失水剂的合成及性能研究

以丙烯酰胺（AM）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）、2-丙烯酰胺基-2～甲基丙磺酸（AMPS）和3-烯丙基氧基-2羟基丙磺酸（AHPS）为原料,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂合成了新型油井水泥降失水剂,并通过元素分析、红外光谱和核磁共振氢谱对聚合物进行了表征。讨论了DMAM、引发剂和交联剂的加量对聚合物性能的影响。当DMAM加量为2％、引发剂加量为1．4％、交联剂加量为0．02％时,合成的聚合物降失水剂具有优良的耐温降失水性能。该产品适应温度范围宽,耐盐性能好,在160℃、饱和盐水情况下,可将常规密度水泥浆失水量控制在100mL以下。     

新型固井降失水剂HTF-200C

针对目前中国常规固井降失水剂抗温抗盐能力差、综合性能欠佳的问题,以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、新型双羧基化合物为单体,采用水溶液自由基聚合的方法合成了耐盐、抗高温的共聚物型固井水泥降失水剂HTF-200C。HTF-200C微观结构表征和应用性能综合评价表明,各单体成功参与聚合,共聚物热稳定性良好;该降失水剂控失水耐温可达200℃,抗盐达饱和,可解决常规降失水剂高温下易水解、稠化实验"鼓包"等问题;以HTF-200C为主剂的水泥浆体系失水量低、抗盐耐温能力强、低温下强度发展快、无超缓凝现象、胶凝强度过渡时间短,具有很好的综合性能。产品在辽河油田陈古1-3井应用后固井质量达到优质。     

M83S油井水泥降失水剂的性能评价

针对油田过去使用的降失水剂配制的水泥浆稠、流变性差、不利于现场泵送和失水量大、加量不易控制、抗高温性能差等缺点,研究并开发了一种聚合物降失水剂M83S.M83S是一种多羟基的化学交联聚合物,由于分子链中无离子型官能团,吸附基团间不存在静电斥力,易形成多点吸附的单分子膜,水泥颗粒表面对M83S分子的吸附量非常小,因此起降失水作用的是水泥浆液相中的聚合物颗粒.该降失水剂在低温下不溶解,流变性好,易泵送,抗高温和降失水性能都非常理想,抗温在120℃以上,失水量在30 mL以下,形成的薄膜具有一定的韧性,有利于水泥浆在候凝过程中防止油、气、水窜槽,经在700多井次的各类注水泥作业中应用,施工顺利,固井质量合格率取得了99.03%的好效果     

大港油田研制成功新型聚合物降失水剂

为有效控制水泥浆的失水,提高固井质量,大港油田研制成功一种新型聚合物降失水剂——JS-L1油井水泥降失水剂,该降失水剂由多种高分子聚合物配制而成,为白色液体,易溶于水,具有良好的降失水性能,一般加量为水泥质量的4%~10%,60℃、6.9 MPa条件下30 min的失水量可以控制在50 mL以     

新型耐高温油井水泥降失水剂的合成及性能研究

为提高普通油井水泥降失水剂的抗温性能,以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为原料,合成了AMPS/AM/AA/NVP四元共聚物耐高温油井水泥降失水剂,研究了反应单体浓度、单体配比、引发剂浓度等因素对降失水剂性能的影响,考察了降失水剂的耐温耐盐性及其对水泥浆性能的影响。结果表明,降失水剂的最佳合成条件为:单体加量15%,单体组成为:60%AMPS、20%AM、15%AA、5%NVP,引发剂、交联剂(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)和分子量调节剂(甲基丙烯磺酸钠)加量分别为单体总量的1%、0.15%和0.8%,pH=7,反应温度60℃,反应时间4 h。该降失水剂具有优良的耐温耐盐性能,耐温可达180℃,在36%NaCl溶液中添加3%降失水剂即可使水泥浆API失水量降至46 mL。在180℃、降失水剂掺量为4%时,水泥浆API失水量为48 mL、稠化时间为308 min、水泥石抗压强度为32.5 MPa,满足高温条件下的固井施工要求。     

丙烯酰胺类泥浆降失水剂的合成研究

以丙烯酰胺、甲醛、亚硫酸氢钠为原料,合成了阴离子单体磺甲基丙烯酰胺(SMAM).再以丙烯酰胺(AM)、阳离子单体HMC-1、磺甲基丙烯酰胺为原料,合成了AM/HMC-1/SMAM三元共聚物降失水剂.研究了单体配比、引发剂加量、反应温度对产品性能的影响,确定了该降失水剂最佳合成条件:阳离子度30%,阴离子度60%,反应温度60 ℃,过硫酸铵引发剂加量0.3%.结果表明,加入该降失水剂后,泥浆失水量明显降低,而且泥浆具有较好的流变性.     

新型耐高温油井降失水剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和一种具有特殊结构的磺酸基单体(TS)为原料,过硫酸氨为引发剂,合成了新型抗高温抗盐油井水泥降失水剂FR。利用红外光谱、核磁共振、热重分析表征降失水剂FR的结构及热稳定性,评价了含降失水剂FR的水泥浆的降失水性能、抗温性能、抗盐性能、稠化时间等工程性能。结果表明:丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和磺酸基单体(TS)有效聚合到降失水剂FR中;该降失水剂耐温性能和控制失水性能良好,可在90~200℃内使用,当温度为200℃、FR质量分数为1.0%时,水泥浆体系失水量为48 mL;降失水剂FR耐盐性能良好,可在含有25% NaCl的水泥浆体系中使用,并控制其失水量为24 mL;降失水剂FR适应性良好,可应用于不同品牌的水泥中,对水泥浆流变性、水泥石抗压强度等无不良影响。采用化学分析、扫描电镜等手段研究了降失水剂FR的黏弹性吸附层理论的作用机理:高分子通过电荷作用吸附到带正电的水泥颗粒上,形成一层可压缩的黏弹性吸附层,在失水的压差作用下,吸附层被挤压并填充到水泥颗粒间的空隙中,从而有效、牢固地堵塞了失水通道、降低了滤饼渗透率。该理论能合理解释吸附增黏类降失水剂的作用机理。     

侧链对油井水泥降失水剂性能的影响及机理研究

为明确共聚物型油井水泥浆降失水剂的构效关系以及指导新型抗超高温耐盐降失水剂的分子结构设计,通过分子动力学模拟和实验相结合的方法研究了侧链结构对共聚物型降失水剂性能的影响及其抗温耐盐作用机理。实验结果表明,刚性苯环侧基的引入降低了240℃养护后淡水/饱和盐水水泥浆的API失水量,表现出优异的抗超高温耐盐性能。通过分子动力学模拟结果表明,刚性苯环侧基的引入增大了共聚物链段的回转半径,并减弱大量反离子(Na⁺和Ca²⁺)存在时对共聚物功能基团的去水化作用。这有利于降失水剂在水泥颗粒表面的吸附和水化,并充分发挥其原有使用效能。     

新型两性离子固井缓凝剂合成与性能评价

针对目前常用的缓凝剂在长封固段固井中存在高温失效,顶部水泥石强度发展缓慢,温度、加量敏感等问题,以丙烯酸（AA）、衣康酸（IA）、2丙烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）和一种新型阳离子单体（X）为原料,合成一种高温缓凝剂CXT-1。得到最佳合成条件:单体物质的量比为37∶8∶8∶6,反应温度为60℃,溶液pH值为4,反应时间为4 h,引发剂加量为0.3%。通过红外光谱、核磁共振和热失重分析对其进行表征,同时评价了添加缓凝剂CXT-1水泥浆体系的综合性能。实验结果表明,CXT-1中含有4种单体的特征官能团,330℃之前未出现明显质量损失,热稳定性高。缓凝剂CXT-1在90～180℃下可延长水泥浆稠化时间,180℃下稠化时间可达368 min,加量敏感系数最小为0.48,最大为1.73,温度敏感性系数最大为6.2%,均低于行业标准要求。60～100℃下24 h顶部水泥石强度最低可达10.6 MPa,满足现场施工要求。电导率、XRD、SEM分析表明,缓凝剂的作用机理为多点吸附控制水化作用、抑制Ca（OH）2晶体生长以及络合作用共同作用的结果。      

松科2井超高温水泥浆固井技术

针对中国大陆科学钻探松科2井超高温固井难点,采用四元共聚型抗高温降失水剂和三元共聚复合膦酸盐类缓凝剂,提高了水泥浆的耐温稳定性,避免了"热稀释"现象带来的风险,通过调整这2种耐高温外加剂的加量,满足了超高温下控制水泥浆失水量和调整稠化时间的要求。同时,根据颗粒级配及紧密堆积原理,对硅砂的粒径和加量进行优化,使硅钙比接近于1,防止超高温下水泥石后期强度的衰退,另外,优选了由颗粒和纤维共同组成的弹韧性材料,提高水泥石的弹韧性。通过合理配比设计出了抗260℃超高温的水泥浆体系,浆体稳定性好,水泥浆上、下密度差不大于0.03g/cm3,稠化时间为200~420 min,失水量小于100 mL,48 h抗压强度大于20 MPa,后期强度不衰退,7 d抗压强度大于38 MPa。优化尾管悬挂固井工艺,严格控制水泥浆密度,确保不压漏地层,采用耐高温高效冲洗隔离液,提高顶替效率,保证施工安全和固井质量。该体系在井底静止温度为260℃,循环温度为210℃的松科2井四开尾管固井中应用,现场施工顺利,保证了固井质量。      

油井水泥浆缓凝剂HN-1的制备及性能评价

以丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、含膦酸基的单体AP为原料,以过硫酸铵为引发剂,制备了油井水泥新型缓凝剂HN-1,并用红外光谱对其进行了表征,考察了HN-1在水泥浆中的缓凝性能。结果表明,HN-1对水泥浆体系具有较好的缓凝性和抗盐性,改善了水泥浆的流变性,其耐温可达150℃;与常用添加剂配伍性好,能满足固井施工要求。     

克深243井盐膏层大尺寸套管固井技术

克深243井是部署在新疆拜城县的一口评价井,三开钻进至库姆格列木群盐岩段中途完钻,井深5532 m,井底静止温度127.6℃,钻井液密度2.43 g/cm3,地层压力为132 MPa,下入φ273.05 mm+φ293.45 mm复合大尺寸套管进行双级固井。固井存在地层承压能力低井段易漏、盐膏层蠕变、水泥浆压稳防窜性能要求高、长封固段顶部强度发展缓慢等难题,通过选用微锰与GM-1加重剂共同干混保证水泥浆密度,选用2种防窜剂提高水泥浆防窜性能,将高温降失水剂和低温降失水剂复配使用,降低缓凝剂的加量,避免大温差下顶部水泥浆出现超缓凝,加以配套的固井工艺措施,该井段固井施工顺利,固井质量合格。      

超高温固井水泥浆降失水剂的合成与性能

为实现超深井与复杂井超高温固井水泥浆体系的构建目标,突破常规固井水泥浆降失水剂的超高温控失水瓶颈,研制开发了超高温水泥浆降失水剂F-SHT,并对其进行了结构表征与性能评价。结果表明,F-SHT的数均分子量为21 475 Da,表观黏度低,不影响水泥浆的配制;在温度达到294℃时开始发生明显热失重,表明其分子链热稳定性良好;有效控失水温度可达240℃且可抗饱和盐水,采用水泥浆静态失水量评价方法,测得240℃/6.9 MPa下饱和盐水水泥浆API失水量为38 mL。测试了F-SHT在水泥浆体系中的综合性能,停开机、稳定性与API失水评价结果均合格。F-SHT在河探1井Φ177.8 mm尾管固井中成功应用,结果表明F-SHT现场适应性良好,固井质量良好,同时为超深层油气资源的勘探开发提供了有力支撑。     

耐高温抗盐固井降失水剂的制备及性能研究

针对目前聚合物降失水剂耐高温性能不佳、抗盐能力差以及低温增黏、高温稀释严重的问题,通过在分子结构上引入特殊阳离子功能单体,采用自由基水溶液聚合方法,制备了一种抗温可达210℃的两性离子型耐高温抗盐降失水剂DRF-4L。采用红外光谱、热失重分析以及环境扫描电镜对聚合物分子结构和耐温性进行了表征,并对其应用性能进行了评价。结果表明,DRF-4L适用温度范围广（30~210℃）,降失水性能优异;210℃（BHCT）时,掺4% DRF-4L的水泥浆API失水量为42 mL;抗盐能力强,可使饱和盐水水泥浆API失水量控制在50 mL以内;此外,DRF-4L低温不增稠、高温弱分散,对改善水泥浆初始流变性能和提高水泥浆高温稳定性具有明显优势;含DRF-4L的水泥石早期强度发展快,90℃下12 h抗压强度高于14 MPa,且后期强度发展正常。同时,以DRF-4L为主剂的低密度、常规密度、高密度水泥浆以及胶乳水泥浆体系等综合性能良好,能够满足高温深井超深井的固井技术需求。      

钻井液用包被剂对固井水泥浆体系的影响

针对钻井液与固井水泥浆相互接触时会使混浆流动性能变差的问题,实验研究了包被剂对固井水泥浆稠化时间、流变性能和抗压强度的影响。采用红外光谱、X射线衍射仪以及扫描电镜探究了包被剂对固井水泥浆的污染机理。同时利用电导率评价方法,比较了掺入包被剂前后固井水泥浆电导率的变化。研究结果表明,包被剂的掺入会降低水泥浆的流动度,当加量为0.6%时,水泥浆的流动度与纯水泥相比降低了52%;电导率实验分析表明,掺入包被剂后的水泥浆水化进行到12 h时,才进入加速期;包被剂的掺入降低了固井水泥浆水化的反应速率,延缓了其水化进程,从而导致固井水泥浆的抗压强度发展缓慢,在90℃养护条件下,掺量为0.2%时,其3 d强度与纯水泥相比降低了12.8%。包被剂中—OH、—CONH2、—COO-等具有吸附性能的官能团会吸附于水泥颗粒上,且包被剂中的亲水基团与固井水泥浆中的Si—O形成氢键,在水泥颗粒表面形成一层溶剂膜,阻碍了水与水泥颗粒的接触。     

含离子液体链段抗高温高钙降滤失剂

深井超深井钻进过程中时常出现高温高钙恶劣环境,为了解决由此引发的滤失量过大问题,利用具有抗高温性能的离子液体1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐（VeiBr）、抗钙性能的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）与丙烯酰胺（AM）进行三元共聚,得到了抗高温抗高钙降滤失剂PASV。并对制备PASV的各单体加量进行了优化,最终确定在单体质量比为VeiBr:AM:AMPS=0.53:1:2时,聚合物表现出最佳降滤失行为。室内评价结果表明,PASV抗高温性能优异,初始分解温度达290℃,可满足大多数钻井需要;当钙离子浓度为40 000 mg/L时,加入2% PASV可使基浆在150℃老化前后滤失量分别降为5.2 mL与8.6 mL,显示出良好的抗高钙降滤失效果。机理分析表明,PASV通过牢固的离子键与氢键有效吸附在黏土颗粒上,并能屏蔽Ca2+对黏土的电性中和与絮凝作用,促进黏土颗粒的分散,改善滤饼质量,从而形成致密的滤饼,降低滤失量。