新型油井水泥高温缓凝剂的研发与评价
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油井水泥外加剂评价方法第一部分缓凝剂SY/T 5504《油井水泥外加剂评价方法》分为八个部分:——第1部分:缓凝剂;——第2部分:降失水剂;——第3部分:减阻剂;——第4部分:促凝剂;——第5部分:防气窜剂;——第6部分:减轻剂;——第7部分:加重剂;——第8部分:充填剂。
本部分为SY/T 5504的第1部分。
本部分代替SY/T 5504—1996《油井水泥缓凝剂评价方法》。
本部分与SY/T 5504—1996相比主要变化如下:——修改了评价方式,由在单剂配制浆中评价改为在配套水泥浆体系中评价(1996年版的4.1.1、4.2.1;本版的4.2.1,5.4.1和5.4.2);——修改了试验温度,由原单一温度点试验改为:评价时在其系列温度点条件下进行,质检时在代表性温度点条件下进行(1996年版的4.1.2.1和4.2.2.1;本版的3.6,3.7与5.4.3.1);——修改了”稠化时间可调性”试验内容与判定方法(1996年版的 4.1.2.1、4.2.2.1;本版5.4.3.2);——删除了产品等级的评定内容与判定规则(1996年版3.4和5.2);——删除了“168 h抗压强度与48 h强度之比”检验项目(1996年版3.4、4.1.3和4.2.3);——增加了”稠化线形”检查项目(本版4.2.1和5.4.3.2);——增加了不同循环温度条件下稠化和抗压强度的试验推荐条件(本版5.4.3.2中的表3); ——增加了试验仪器及材料要求(本版的5.1);——增加了质量稳定性试验方法及指标要求(本版4.2.2和5.5);——增加了可选项目”温度敏感性”和加量敏感系数”的评价内容(本版的 4.2.1,5.4.3.6和5.4.3.7)——增加了材料外观、密度、水溶性、细度、凝固点及水分等理化性能试验方法及要求(本版4.1,5.3和附录A);——增加了组批及采样方法(本版5.2)。
本部分的附录B为规范性附录,附录A和附录C为资料性附录。
油井水泥浆高温悬浮稳定剂的开发及性能研究油井水泥浆高温悬浮稳定剂的开发及性能研究刘湘华【摘要】摘要针对油井水泥浆高温沉降失稳问题,引入疏水单体N-十四烷基丙烯酰胺,制备了一种高温悬浮稳定剂,并测试了稳定剂的热增黏性能,分析了热增黏机理。
综合评价了高温悬浮稳定剂对油井水泥浆沉降稳定性、流变性能、稠化性能和水泥石抗压强度的影响。
结果表明,高温悬浮稳定剂通过分子间疏水缔合作用增加高温水泥浆的黏度;稳定剂的适用温度为60~150 ℃,最佳加量为0.15%;控制水泥石的密度差在0.025 g/cm3 以内,具有非常良好的防沉降性能;稳定剂保证水泥浆的稠度系数变化很小,在4.441~5.760 Pa·sn 范围内,保证水泥浆浆体稠度稳定;稳定剂对水泥石强度影响较小,水泥石强度满足固井施工要求。
【期刊名称】《钻井液与完井液》【年(卷),期】2019(036)005【总页数】5【关键词】关键词固井;悬浮稳定剂;疏水缔合;沉降稳定性;高温【文献来源】https:///doc/5d8825811.html,/academic-journal-cn_drilling-fluid-completion_thesis/0201275548146.html刘湘华.油井水泥浆高温悬浮稳定剂的开发及性能研究[J].钻井液与完井液,2019,36(5):605-609.LIU Xianghua.Development of and study on a high temperature suspension stabilizer for oil well cement slurries[J].Drilling Fluid &Completion Fluid,2019,36(5):605-609.。
新型油井水泥缓凝剂CR22L的室内研究作者:宋维凯田野汪蕾韩冰田宏伟来源:《科技视界》 2015年第16期宋维凯1 田野1 汪蕾1 韩冰2 田宏伟2(1.中海油田服务股份有限公司油田化学研究院,河北三河 065201;2.中海油田服务股份有限公司化学公司,中国天津 300450)【摘要】本文介绍了一种以马来酸酐和对苯乙烯磺酸钠为原料合成的聚合物,再向其中加入7.5%六偏磷酸钠和3.5%柠檬酸复配而制得的缓凝剂CR22L。
研究结果表明:该缓凝剂有较好的缓凝效果,温度敏感性小;掺量敏感性呈现直线线性关系,且稠化曲线呈现直角稠化;与其它油井水泥外加剂配伍性良好,水泥浆性能稳定,是一种优良的油井水泥缓凝剂产品。
【关键词】缓凝剂;温度敏感性;稠化时间;掺量敏感性固井工程包括下套管作业和注水泥浆作业,目的是为了封隔油、气和水层、易坍塌、易漏失的复杂地层,支撑套管等。
固井过程中通过加入缓凝剂来延长水泥浆的稠化时间,使水泥浆的性能满足安全泵送要求,避免“灌香肠”、“插旗干”等事故的发生。
性能优良的缓凝剂应该是稠化时间与掺量成正比例关系,且稠化时间随着温度增加而降低,不会出现“稠化反转现象”,并与各种油井水泥和水泥外加剂有良好的适应性和配伍相容性。
目前缓凝剂产品种类较多,有些产品存在温度敏感性和掺量敏感性较差的问题,导致在注水泥施工过程中出现超缓凝现象、稠化时间不可调甚至会出现提前凝固的事故,造成巨大的经济损失。
因此,研选一种性能稳定、温度敏感性和掺量敏感性小的缓凝剂是十分有必要的。
本文介绍了一种由聚合物与无机物、有机酸复配而成的缓凝剂CR22L,从温度敏感性和掺量敏感性对水泥浆性能影响等方面探讨了该缓凝剂的性能。
1实验部分1.1仪器千德乐8040型高温高压双釜稠化仪;泰格1220型常压稠化仪;千德乐3500LS自动粘度计;DFC-0705S型高温高压失水仪;泰格TG-1280A常压养护箱;YJ-2001型匀加荷压力试验机等。
适用于长封固段固井的新型高温缓凝剂HTR-300L郭锦棠;夏修建;刘硕琼;靳建洲;于永金;余前锋【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2013(040)005【摘要】为了解决深井超深井长封固段固井时水泥浆柱顶部缓凝或超缓凝的问题,合成了高温缓凝剂HTR-300L,并对其性能进行了评价.含HTR-300L水泥浆不同温度下稠化性能测试结果及差热分析、热失重分析结果表明:HTR-300L高温缓凝性能良好,高温下分子结构稳定,适用于井底循环温度70~200℃,且可通过调整HTR-300L的加量有效调节水泥浆的稠化时间.不同含盐量水泥浆稠化时间测试结果表明:HTR-300L抗盐性能良好,可用于含盐水泥浆体系的固井作业.对含HTR-300L水泥浆在不同顶底温差下的强度发展、稠化时间、流动度、API滤失量等进行分析发现:含HTR-300L水泥浆大温差下强度发展良好,可解决长封固段固井顶部水泥浆超缓凝的问题;HTR-300L适用温度范围广,且适用于高、低密度水泥浆体系;含HTR-300L水泥浆综合性能良好,且易于调整和控制,能够满足长封固段固井作业的各项要求.【总页数】5页(P611-615)【作者】郭锦棠;夏修建;刘硕琼;靳建洲;于永金;余前锋【作者单位】天津大学化工学院;天津大学化工学院;中国石油钻井工程技术研究院;中国石油钻井工程技术研究院;中国石油钻井工程技术研究院;天津大学化工学院【正文语种】中文【中图分类】TE256.6【相关文献】1.固井用新型高温缓凝剂的研究与应用 [J], 夏修建;郭锦棠;于永金;靳建洲;刘硕琼;冯亚凯2.适用于长封固段固井的新型缓凝剂 [J], 赵宝辉;邹建龙;刘爱萍;徐鹏3.适用于长封固段固井的新型缓凝剂 [J], 赵宝辉;邹建龙;刘爱萍;徐鹏4.适用于高温固井的地聚物缓凝剂评价 [J], 刘天授;杨世翰;张晓飞;田铂;杨浩5.一种新型超高温固井水泥浆缓凝剂 [J], 夏修建;于永金;陈洲洋;刘硕琼;靳建洲;齐奉忠;张航因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
高温大温差水泥浆体系在胜利油田中的应用针对胜利油田深井封固段长、井底温度高、上下温差大、顶部水泥浆易出现缓凝甚至超缓凝等固井技术难题,开展了高温大温差水泥浆体系的研究。
运用降失水剂KCM008L、缓凝剂KCM007L、分散剂KCM002L和抑泡剂KCM003,开发出了新型高温外加剂系列,并考察了其综合性能。
实验结果表明,该水泥浆体系在高温大温差下性能稳定;在温差为80℃条件下,该体系起强快、候凝时间短,水泥石强度尤其是顶部强度高,能满足温度范围在105~175℃,封固段长(垂深差)1041~3577m,最大温差为73℃的油气井固井施工要求。
标签:深井固井;大温差;高温外加剂;水泥浆随着胜利油田勘探开发向中深井、深井以及超深井方向发展,油气井固井作业常遇到水泥封固段长(封固段大于2000m)、井底温度高、上下温差大的情况,上下温差常常高达60℃甚至更高。
在超高温及大温差环境下,由于现场水泥浆体系均以井底温度进行设计,导致上部水泥强度形成缓慢,甚至长时间处于不凝固状态,既不传递液柱压力,又未形成胶结,极易造成油气水窜槽,降低了固井施工质量,影响了油气田的勘探开发效果。
目前,人们主要采用特殊固井工艺技术解决长封固段固井难题[1],如:分级固井[2]、多凝水泥浆体系[3]等。
为了适应配套的固井技术,岳家平[4]、黎泽寒[5]等人对大温差水泥浆体系进行了研究。
结合胜利油田实际需要,我们研发了高温大温差水泥浆体系,开发了新型高温外加剂系列,使该体系能够在高温大温差下性能稳定、水泥石强度尤其是顶部强度高,综合性能优良,适应超深井长封固段固井作业的需要。
1 水泥外加剂的特点1.1 降失水剂KCM008LKCM008L的温度和水泥浆密度适用范围很广,温度范围为37-204℃,水泥浆密度范围为1.44-2.40g/cm3。
试验显示,KCM008L对水泥品种不敏感,但会提高水泥浆的粘度,含有KCM008L的水泥浆体系通常游离液较低,且KCM008L对浆体无缓凝作用。
第52卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.52,No. 4 2023年4月 Liaoning Chemical Industry April,2023收稿日期: 2022-09-13 作者简介: 雷霆(1985-),男,湖北省孝感市人,中级工程师,2007年毕业于长江大学石油工程学院,研究方向:固井材料。
E -mail:一种抗高温固井用缓凝剂XCT600的研制雷霆1,邹亦玮2,王义昕2,林笔盛1(1. 蓝海博达科技有限公司,福建 泉州 362000; 2. 中海油田服务股份有限公司,油田化学研究院,河北 三河 065201)摘 要: 以对苯乙烯磺酸钠(SSS)、丙烯酸(AA)和顺丁烯二酸酐(MA)为主要反应单体,采用水溶液聚合法合成一种三元聚合物,质量分数约为30%,再向其加入5%的羟基乙叉二磷酸(HEDP),混合后得到一种固井用缓凝剂XCT600。
通过在水泥浆中评价发现,该产品抗温能力强,在160 ℃条件下对水泥缓凝作用较强,加量与水泥稠化时间呈线性关系,为高温深井固井作业安全提供了保障。
关 键 词:抗高温; 缓凝剂; 固井; 稠化时间中图分类号:TE256 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935(2023)04-0509-04在石油钻进的过程中,固井是非常重要的一项工程。
固井作业的成功与否会直接影响到油井的产量与寿命;同时,固井作业也是一项风险极高的作业,如果水泥提前凝结固化,可能会导致整个井报废,会带来不可估量的损失。
为了避免发生水泥提前凝结固化等事故,需要往水泥浆中加入一种重要的添加剂—缓凝剂,其主要作用是延长水泥浆的稠化时间,保证固井作业的安全顺利。
随着石油勘探开发不断向深井、超深井进行,高温井的数量越来越多,渤海、南海多个区块高温井循环温度都超过了150 ℃。
目前国内的研究者对高温缓凝剂在进行大量的研究工作[1],市面上的缓凝剂种类繁多,有木质素磺酸盐类、糖类(主要是酒石酸)、有机磷酸盐类、以及AMPS 聚合物类等。
1 高温分散型缓凝剂R55L 研究缓凝剂R55L 是一种高温缓凝剂,其配制的水泥浆在180 ℃温度范围内,具有稠化时间可调、浆体稳定、稠化时间随温度变化不敏感、加量敏感性低等优点。
1.1 高温缓凝剂R55L 合成与结构表征高温缓凝剂R55L 为AMPS 、IA 等的三元共聚物,是具有一定黏度的淡黄色液体。
将产品烘干后得到固体粉末,进行相应的结构表征。
应用Waters 凝胶色谱对R55L 进行分析,样品的数均分子量为2.2×104 g/mol ,重均分子量为9.0×104 g/mol ,分子量分布系数为4.12。
应用Bruker Tensor 27型红外光谱仪对R55L 粉末样品的微观结构进行分析,如图1所示,3 317和3 433 cm -1宽吸收峰为AMPS 中N —H 和O —H 伸缩振动; 2 932 cm -1左右吸收为甲基和亚甲基上C —H 伸缩振动;1 713 cm -1吸收为羧酸上C =O 伸缩振动;1 653 cm -1吸收为酰胺基团C =O 伸缩振动; 1 533 cm -1吸收为C —S 的伸缩振动;1 456 cm -1吸收为C —H 的不对称弯曲振动;1 389 cm -1吸收谱带为C —H 对称弯曲振动;1 173 cm -1吸收为羧酸中C —O 的伸缩振动;1 173 cm -1吸收肩峰为酰胺中C —N 的伸缩振动;1 042 cm -1吸收为S =O 伸缩振动;621 cm -1吸收为S —O 伸缩振动。
合成样品的单体都得以体现。
另外,1 635~1 620 cm -1无C =C 的伸缩振动特征吸收峰,表明单体都充分反应无残余。
0 引言在固井作业中,为了延长水泥浆的塑性可泵时间,保证作业施工的安全,常常根据需要加入足量的缓凝剂。
按照缓凝剂的适用温度,可以将其分成低温(<90 ℃)缓凝剂、中温(90~150 ℃)缓凝剂和高温(>150 ℃)缓凝剂三大类。
天津科力奥尔工程材料技术有限公司企业标准Q/T—KL0301—2003CH系列油井水泥缓凝剂1 范围本标准规定了CH系列油井水泥缓凝剂的技术要求、试验方法、判定规则、评价报告、包装、标志、运输和储存等内容。
本标准适用于CH系列油井水泥缓凝剂系列产品,包括:CH210L中温型、CH310L高温型、CH510S高温型。
2 引用标准下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
GB/T 510 石油产品凝点测定法GB/T 4472 化工产品密度、相对密度测定通则GB/T 8077—2000 混凝土外加剂匀质性能试验方法GB 10238—1998 油井水泥GB/T 19139—2003 油井水泥试验方法3术语和定义3.1 淡水水泥浆指使用蒸馏水或生活饮用水配置的水泥浆。
3.2 18%盐水水泥浆使用浓度为18%(质量分数)的氯化钠溶液配置的水泥浆。
3.3 40Bc~100Bc的时间指水泥浆稠化实验过程中,稠度首次到达40Bc开始记时,直到升到100Bc所经历的时间。
3.4代表性温度对缓凝剂进行质量检验时采用的试验温度。
3.5适宜稠化时间范围满足常规注水泥作业要求的合适的水泥稠化时间区域。
3.7基准配方在进行游离液、失水及抗压强度试验时所采用的水泥浆配方。
3.8参比样在质量稳定性试验时所用的缓凝剂基准材料。
已通过合格检验、保存完好且尚处于保质期内的缓凝剂样品均可用作参比样。
3.9质量稳定性不同生产批次之间产品质量的一致性程度。
4 技术要求缓凝剂分为液体和粉状固体。
缓凝剂按使用温度范围可分为中温和高温两种基本类型,CH210中温缓凝剂适用于井底循环温度为38~115℃的注水泥作业,CH310高温缓凝剂适用于井底循环温度为90~150℃的注水泥作业。
新型抗高温水泥悬浮剂的研制与现场试验杨勇【摘要】In this paper ,a copolymer cement suspension agent was developed in order to solve prob‐lems found in deep wells ,such as high temperature and settlement stability of cementing slurry .The ter‐polymer (AMPS/AM/NVP) cement suspension agent was synthesized with 2‐acrylamido‐2‐methylpropane sulfonic acid (AMPS) ,acrylamide (AM ) and N‐vinyl‐2‐pyrrolidone (NVP) as comonomers by means of free‐radical aqueous solution polymerization .And its optimum synthesis conditions were confirmed on the basis of orthogonal test results .Its structure was analyzed by means of infrared spectrum analysis and nu‐clear magnetic resonance spectroscopy .Based on thermal analysis ,it was thermally stable .Further ,it was demonstrated by performance test results that based on this copolymer suspension agent ,that the settle‐ment stability of cement slurry at 200 ℃ could be kept below 0 .01 g/cm3 ,with free fluid0 .Further ,there was enhanced saturated brine tolerance .The new copolymer suspension agen t could meet field require‐ments comprehensively in terms of thickening ,filtration ,rheological behavior and strength .It was demon‐strated by field tests of three wells that this kind of new high‐temperature cement suspension agent played an effective ro le in improving the safety and quality of cementing operations in deep wells .%针对深井井下温度高、水泥浆沉降稳定性难以保证的问题,研制了共聚物水泥悬浮剂。
一种中高温油井水泥缓凝剂ETB的制备摘要:以一种有机磷酸盐E与硼酸、硼砂复配,制备了一种中高温油井水泥缓凝剂ETB。
该缓凝剂具有使用温度范围宽(70℃-200℃)、稠化时间易于调整、稠化时间对缓凝剂加量和温度不敏感、不影响水泥石强度等优点。
添加了硼酸和硼砂,改善了单一有机磷酸盐E在高温下对硅酸三钙缓凝作用不强的缺点。
该缓凝剂对配浆水不敏感,可在多种水质中应用。
关键词固井缓凝剂中高温The Preparation of a Mid-high Temperature Oil-well cement Retarder ETBAbstract:Using an organic phosphate E, boric acid and borax prepare a mid-high temperature oil-well cement retarder ETB with wide operating temperature(70℃-200℃)adjustable thickening time and insensitive to retarder dosage and temperature and no influence on cement strength. Adding boric acid and borax improve the disadvantage that under high temperature single organic phosphate has weak delayed coagulation to tricalcium silicate. The retarder ETB is insensitive to serofluid which can used in various water.Key Wordswell cementationretarder mid-high temperature0 引言随着世界各地钻井逐渐向深井、超深井方向发展,对固井缓凝剂要求越来越高。
usz油井水泥抗高温减阻剂企业标准《USZ油井水泥抗高温减阻剂企业标准》1. 引言在油田开发过程中,水泥抗高温减阻剂是至关重要的材料。
这种材料能够在高温下保持水泥浆的流动性,确保油井封隔和固井质量。
而USZ作为一家专业油田化学品企业,其油井水泥抗高温减阻剂企业标准更是备受关注。
本文将围绕这一主题展开深入探讨。
2. USZ的油井水泥抗高温减阻剂企业标准- 标准的制定过程USZ作为一家具有丰富经验和技术实力的企业,其油井水泥抗高温减阻剂企业标准必然经过严格的制定过程。
该标准的设定涉及原材料选取、生产工艺、产品性能以及质量检验等多个环节。
这些环节的严格把控和标准制定,为USZ的产品质量保驾护航。
- 标准的技术含量USZ的油井水泥抗高温减阻剂企业标准在技术含量上具有显著优势。
该标准在产品配方、使用方法、性能指标等方面进行了充分的考量和研究,以确保其产品在高温环境下能够达到预期效果,满足油田开发的需求。
3. 个人观点和理解在我看来,USZ的油井水泥抗高温减阻剂企业标准体现了该企业对产品质量和技术研发的高度重视。
其标准的制定不仅在行业内具有标杆意义,更为客户提供了可靠的产品保障。
未来,我期待USZ在标准的持续优化和创新研发上能够有更多突破,为油田开发提供更多有力支持。
4. 总结USZ的油井水泥抗高温减阻剂企业标准凝聚了该企业的技术实力和质量承诺。
该标准的制定过程严谨、技术含量高,体现了USZ对产品质量的高度责任心。
相信在USZ的持续努力下,其产品在油田开发中必将发挥越来越重要的作用。
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USZ的油井水泥抗高温减阻剂企业标准对油田开发的重要性不言而喻。
在油田的复杂环境中,油井水泥抗高温减阻剂的质量直接影响着油井封隔和固井质量。
USZ将其产品标准制定得非常严格和高标准,保证产品的可靠性和稳定性。
油井水泥缓凝剂BH作用机理研究油井水泥缓凝剂BH作用机理研究摘要:本文通过实验和理论研究,探究了油井水泥缓凝剂BH 的作用机理。
结果表明,BH缓凝剂中的主要活性成分是聚羧酸盐,它能与水泥颗粒表面形成孔隙,在水泥颗粒外面生成一层物理屏障,从而影响水泥与水的反应速度,改变胶结土的性质,成功地实现了油井水泥缓凝效果。
此外,实验还表明了BH缓凝剂能够对油井水泥骨料表面进行修复,提高其抗压强度。
关键词:BH缓凝剂;聚羧酸盐;孔隙;水泥骨料一、引言油井水泥是一种重要的石油工业原材料,它在油井穿越、固井和完井等方面具有重要的作用。
由于油井水泥本身存在过热、过冷、胶凝不良等缺陷,其在使用过程中往往缺少一些辅助剂的加入,缓凝剂是其中一种常用的辅助剂。
目前常用的缓凝剂有G、H、L、D等几种,但大部分缓凝剂对水泥骨料的表面有一定影响,影响混凝土的品质。
BH缓凝剂是一种新型的油井水泥缓凝剂,它的主要成分是聚羧酸盐。
BH缓凝剂具有卓越的缓凝性和控制性能,可以有效地延缓水泥的凝结速度,提高水泥骨料的耐久性,优化水泥混凝土结构,提高油井井筒稳定性和安全性。
因此,本研究旨在探究BH缓凝剂的作用机理,并通过实验验证其效果。
二、实验方法A.实验材料1.水泥。
选用M425 #水泥。
2.缓凝剂。
BH缓凝剂。
B.实验程序1.制备测试块。
将水泥、BH缓凝剂和水混合,搅拌均匀,倒入模具中,制作测试块。
2.测定压缩强度。
试验后,取出测试块,用压力机进行压缩强度测定。
3.分析数据。
分析压缩强度和其他相关数据。
三、实验结果实验结果表明,BH缓凝剂能够有效地控制水泥的凝结速度,降低水泥骨料表面的活性,从而延缓水泥的硬化时间,提高了水泥骨料的耐久性。
同时,实验表明,BH缓凝剂中的聚羧酸盐活性成分能够与水泥颗粒表面形成孔隙,从而在水泥颗粒表面形成一层物理屏障,从而影响水泥与水的反应速度,改变胶结土的性质。
实验结果还表明,BH缓凝剂能够对油井水泥骨料表面进行修复,并提高其抗压强度。
GH-9型高温缓凝剂在胜利海上固井的应用摘要:最好的缓凝剂应该是在较开阔的温度区间都具有缓凝作用,而且稠化时间的长短还与其加量的多少成正比,并与各种油井水泥有很好的适应性,也与不同类型的其它外加剂配伍使用时,有很好的相容性。
本文结合海上深井固井施工特点、难点,综合GH-9型高温缓凝剂化验室试验数据,对照现场使用情况,梳理出可供借鉴的海上中、深井固井施工高温水泥浆配方和施工方案。
关键词:高温缓凝剂;固井技术;中深井;胜利海上油田1概述缓凝剂的作用就是能够有效地延长或维持水泥浆处于液态和可泵性的时间。
最好的缓凝剂应该是在较开阔的温度区间都具有缓凝作用,而且稠化时间的长短还与其加量的多少成正比,并与各种油井水泥有很好的适应性,也与不同类型的其它外加剂配伍使用时,有很好的相容性,也就是说,不影响水泥浆的其它性能,如增稠、增加静切力、有碍强度发展等,对指定配方的水泥浆,其稠化时间有很好的预测性和重复性。
胜利海域石油开发的深入发展,面向中生界、古生界的探井成为主流。
2018年完成的海上钻探深井共有7口,进行深井固井施工9口次,其中超过4000m的井有5口、4500m以上的3口、5000m以上1口,最高井底温度171℃。
海上固井施工常用的缓凝剂为欧博特SYH-1、中油渤星BCR-260L。
SYH-1为中温缓凝剂的,应用范围在110℃以内,如果超出应用范围,会出现水泥浆“包芯”,浆体温度波动大的现象,稠化时间急剧缩短;BCR-260L为中高温缓凝剂,存在的问题为加两大,低温凝固时间长,满足不了大温差固井的需求。
为了满足海上固井的需要,引进了GH-9型高温缓凝剂。
2GH-9型高温缓凝剂作用机理GH-9高温缓凝剂,是用一种不饱和二元有机酸衣康酸(又称亚甲基丁二酸)和另外一种带有磺酸基团的乙烯单体AMPS(又称2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)在引发条件下聚合反应制成。
GH-9型高温缓凝剂中的双羧酸基团和磺酸盐基团与铝酸三钙和硅酸三钙的反应,通过吸附、螯合、分散和润湿等作用,在水泥水化初期通过扩散双电层分散水泥颗粒,在水泥颗粒表面与钙离子形成溶剂化膜,优先吸附于铝酸三钙减缓了水化作用,表现了很强的缓凝作用,而对硅酸三钙则表现出较弱的吸附性能,从而也保证了后期水泥强度的发育。
254CPCI 中国石油和化工石油工程技术新型油井水泥高温缓凝剂的研发与评价魏继军(中国石油集团长城钻探工程有限公司固井公司 辽宁盘锦 124010)摘 要:本文针对公司高温缓凝剂完全依赖外购,没有高温缓凝剂的核心技术等问题。
为了满足公司发展的需要,在室内进行一系列的试验,自主研发出一种成本适中、环境友好型的高温缓凝剂—GWR-300L。
GWR-300L采用螯合机理可以达到较好的缓凝效果,同时在室内对GWR-300L的性能进行评价。
GWR-300L的抗温能力能够达到150℃,加量与稠化时间基本呈线性关系,缓凝剂的加量对抗压强度影响不大,且对失水也无较大影响。
该缓凝剂与降失水剂GWF-200L配伍性良好等。
同时与目前国内应用的一些缓凝剂进行比较,该缓凝剂已经达到国内先进的水平。
关键词:固井 高温缓凝剂 GWR-300L 稠化时间 抗压强度前言:目前我国的油气资源大部分埋藏在深处,仅有百分之二十七的部分处于较浅处,目前主要的开发方式是深井高温的开发方式,高温深井基础设施也在不断地完善,随着石油工业的迅速发展,超深井和中深井是目前发展的主要方向,国内目前的一些油井水泥缓凝剂用于100℃以上普遍存在着一些缺陷,对于温度的控制相对比较敏感,大部分的缓凝剂过缓凝或者是不够凝结,温度的控制难以掌握,适用的范围一般要控制在40度左右,而大部分的缓凝剂为指数型,在工程中难以控制。
当温度产生变化时,对固井作业安全产生负面影响,水泥石的强度的变化会增大。
深井的高温高压、井段长、延迟固井等情况和特点要求水泥浆在一定时期内保持可泵性。
所以说经济效益减少候凝时间温油井水泥缓凝剂势在必行。
目前在我国,高温深井技术还不够完善,需要加强此方面的研究。
1 水泥水化及缓凝作用的化学原理影响水泥水化的方面是多种多样的,水泥的水化主要就是指水和矿物质之间发生的微妙的化合反应,也就是水泥硬化和稠化的一个过程,主要可以应用缓凝剂来延迟水泥的硬化,缓凝剂是一种添加剂,目前主要的理论分为以下四个形式; 沉淀理论、吸附理论、络合理论、成核理论。
目前我们现有的这四种理论不能够完整的对缓凝剂进行具体的介绍。
2 油井水泥缓凝剂的常用分类混凝剂的主要功能就是推迟谁泥浆的凝结时间,使水化的速度减慢,它能够使水泥浆体系中的水化诱导期延长一些,延缓水和水泥之间反映速度的一种添加剂。
缓凝剂的种类有很多,我们主要常见的有以下几个种类:2.1 低相对分子质量纤维素及其衍生物具有控制滤失的功能,其有效使用温度可达121℃,此类缓凝剂中最常用的是羧甲基羟乙基纤维素CMHEC ,但是低相对分子质量纤维素及其衍生物该类缓凝剂存在降低水泥高温强度、增加水泥浆稠度等缺点。
2.2 有机膦酸(盐)国内有机膦酸(盐)使用温度一般不超过100℃,这类缓凝剂中常用的是羟基乙叉二膦酸,国际使用温度高达204℃,烷撑膦酸(盐)具有优异的水化稳定性,国内的一些科学家对于有机膦酸(盐)也是非常有研究的。
2.3 木质素磺酸盐及其衍生物国外最常用的缓凝剂就是木质素磺酸盐及其衍生物,在国内,木质结构相对不够稳定,所以对于木质素磺酸盐及其衍生物的应用相对较少。
世界七大石油服务公司所使用的缓凝剂产品[4]中有许多均属于这种类型,2.4 复合物在实际的使用过程中大多数的缓凝剂都是复合物,复合物的使用是为了扩大使用的范围,避免单一产品出现缺陷。
河南卫辉公司的GH21、GH26、GH27,天津中油渤星公司的BCR —300L ,哈里伯顿公司的HR212(L ) 、HR213L 、HR215。
以上这些产品都是有机酸和木质素磺酸盐的复合物。
2.5 聚合物近年来国内外研究最多的一类缓凝剂就是聚合物类缓凝剂。
聚合物缓凝剂是通过聚合技术可将多种不同的功能性单体结合在一起,2.6硼酸(盐)最常用的助缓凝剂是硼砂,硼砂在使用的过程中,其自身的缓凝的效果并不明显,但是加入到其他的缓凝剂中他的效果就会明显加大,它能够扩大缓凝剂的使用温度范围。
2.7 羟基羧酸(盐)常见的羟基羧酸(盐)有葡庚糖酸钠、柠檬酸、酒石酸和葡萄糖酸钠、这种缓凝剂具有价格低廉、加量少的特点。
这类是常用的高温深井缓凝剂,但是他的分散性太强,对于其他的加量比较敏感。
3 新型油井水泥高温缓凝剂的研究3.1 面临的问题随着石油勘探开发和钻井技术的发展给固井提出更高的要求。
用纯水泥固井已成为历史,一代又一代的油井水泥外加剂问世,用以改善水泥浆性能,使之能适应深井或超深井、特殊井等的固井施工,以达到封隔地层、支承套管和地层、保护油气层、延长油气井寿命和提高石油采收率的目的。
今天的固井已是油井水泥外加剂水乳交融的时代,固井工程已成为化学工程、硅酸盐科学、高分子科学等多学科互相渗透的综合学科。
目前,大多数的缓凝剂主要适用于低温,国内外近些年来也研发出一些高温油井水泥缓凝剂,现场应用取得了很好的效果,根据公司的需要研发高温缓凝剂的实际情况以及掌握高温缓凝剂的核心技术,因此迫切需要研发一种高温缓凝剂来摆脱完全外购高温缓凝剂的束缚。
3.2 抗温油井水泥缓凝剂的研发与评价(1)高温油井水泥缓凝剂的研发固井公司技术研究所外加剂研究室通过文献调研、机理分析等优选出几种性能良好、成本适中的缓凝效果较好的原材料,同时通过核心缓凝材料的自主合成,根据缓凝效果、失水量、静胶凝强度分析、稠化、水泥石强度等大量正交试验,进而通过精密的科学计算在多种材料中成功复配出了性价比最高的一种复合高温油井水泥缓凝剂—GWR-300L 。
(2) 高温油井水泥缓凝剂的性能评价对GWR-300L 的150℃以下的性能评价如表1表1 GWR-300L的综合性能评价试验温度(℃)缓凝剂加量(BWOC 、 %)API 失水量(mL )稠化时间(min )24h 抗压强度(MPa )1200.25429330.21200.54212330.11200.754315229.6255CPCI中国石油和化工石油工程技术试验温度(℃)缓凝剂加量(BWOC 、 %)API 失水量(mL )稠化时间(min )24h 抗压强度(MPa )12014217329.4120 1.254519828.9120 1.54321428.6120 1.754522928.412013013013013013014014014014015015015015021.252.533.5423451.534.56425151525251626162636465646524910016817920722413818226232610414418424527.932.631.931.230.930.133.432.631.430.836.835.435.234.8分析表1中的数据可知,GWR-300L 综合性能良好,在有效延长水泥浆的稠化时间的条件下,对水泥石的强度影响小。
对缓凝剂的加量与稠化时间进行作图,如图1:分析图1可知,缓凝剂的加量与稠化时间的线性关系还是很好的。
(3) 高温油井水泥缓凝剂的缓凝机理GWR-300L 缓凝剂主要通过聚合物大分子与液相中的Ca 2+离子发生螯合作用,形成络合物盐,阻止了晶核的生成,从而阻碍了水化的进行。
同时缓凝剂中的一些小分子吸附在水化产物晶体表面上,毒化了晶体的晶核,从而阻止了晶体的生长,延缓水泥的水化过程。
(4) GWR-300L 高温油井水泥缓凝剂与国内高温缓凝剂的对比对GWR-300L 与国内常用的油井水泥缓凝剂进行对比如表2。
表3 GWR-300L与国内其他高温缓凝剂的对比缓凝剂名称适用温度(℃)加量与稠化时间的线性关系对水泥石强度的衰减情况价格(元/吨)GWR-300L120-160良好较小25000-26000图1 缓凝剂加量与稠化时间关系曲线图缓凝剂名称适用温度(℃)加量与稠化时间的线性关系对水泥石强度的衰减情况价格(元/吨)缓凝剂1120-180较好较小34000-35000缓凝剂2120-160较差较大32000-33000缓凝剂3120-160良好较小31000-32000缓凝剂4120-150较差较大22000-23000通过分析表3的数据可知,GWR-300L 相对于其他高温缓凝剂在性能接近的情况下有明显的价格优势。
4 结论随着可采储存的数量不断减少,油气易采程度降低,油气深井开发技术不断向复杂的方向发展,目前,国内的缓凝剂仍存在一定的缺陷,易引起水泥浆异常凝胶高温缓凝性差、稀释性强、等现象,给固井作业带来不便高温缓凝剂GWR-300L 性能稳定、对水泥浆有较好的缓凝效果、在120—150℃的温度范围内有较好的适应性可以满足固井现场作业的需要,同时加入GWR-300L 的水泥浆稠化时间易调、接近直角稠化、早起强度发展快、并与本地区应用的其他外加剂配伍性好、水泥浆性能好。
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