油气井水泥用含膦聚合物缓凝剂OPR-1的合成及性能

作者：刘鑫; 田振华; 蒋立坤; 杨李博; 李思彬; 马淼

来源：石油钻采工艺, 2020, 42(06): 714-719.

DOI：10.13639/j.odpt.2020.06.008

• 固井
• 油井水泥
• 自由基聚合
• 高温缓凝剂
• 含膦聚合物
• 缓凝机理

依据自由基水溶液聚合原理,以2–丙烯酰胺基–2甲基丙磺酸钠(AMPS)、苯乙烯磺酸钠(SSS)和3-二甲胺基烯丙基膦酸(DMAAPA)三种单体合成了含膦聚合物缓凝剂OPR-1。经正交试验考察了OPR-1对水泥浆缓凝性能及早其抗压强度的影响,进而得出最佳合成条件:单体的质量比m AMPS∶m SSS∶m DMAAPA为4∶3∶3,引发剂加量0.3%,反应温度50℃,pH值6～7,反应时间4 h。经红外光谱测试聚合物OPR-1即为分子结构设计目标产物。在不同的温度压力下分别测试了不同加量OPR-1缓凝剂的水泥浆稠化时间,结果表明OPR-1缓凝剂具有较高的抗温性能,在160℃、101 MPa条件下,水泥浆的稠化时间均可延长至334 min。测试了不同加量OPR-1缓凝剂的水泥浆水泥石的早期抗压强度,未出现超缓凝现象。通过扫描电子显微镜表征结合现有的水泥浆缓凝理论,讨论了OPR-1缓凝机理,认为缓凝现象的发生,是由于OPR-1与水泥中的Ca2+、Al3+等形成在高温下不易破坏的强螯合结构,形成复杂的"晶核毒化"作用,阻碍了晶核的生长发育。

• 单位
  中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司