[发明专利]一种适用于改性磷铝酸盐水泥的五元共聚缓凝剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及油气固井领域的一种适用于改性磷铝酸盐水泥的五元共聚缓凝剂及其制备方法和应用。所述缓凝剂包含重量份计的如下组分：100重量份的水；20～60重量份的2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸；20～50重量份的腐植酸钠，30～50重量份的木质素磺酸盐，1～20重量份的甲基丙烯酸，1～20重量份的丙烯腈；所述缓凝剂是针对改性磷铝酸盐水泥而合成的新型水溶性聚合物，可在低于等于100℃条件下与其他油井水泥添加剂配合使用，制备方法简单，对改性磷铝酸盐水泥的其他性能无不利的影响，不会破坏水泥石的强度和发展。

技术领域

本发明涉及油气固井领域的添加剂，更进一步说，涉及一种适用于改性磷铝酸盐水泥的五元共聚缓凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

在石油天然气的钻井过程中，每一口井都需要进行固井作业。在固井工程中，需要将管下入指定井深，然后在套管和井筒之间的环空中泵入水泥浆，起到平衡地层压力、封隔油气水层和支撑套管等作用。在固井作业过程中合理的稠化时间是确保注水泥作业成功的关键。水泥浆适当的稠化时间可以保证水泥浆在泵送顶替过程中一直保持液体可泵状态，避免水泥浆在泵送过程中发生桥堵，保证固井施工的安全。

目前油气井固井工程中使用的水泥大部分为硅酸盐水泥体系。由于高含二氧化碳气田的开发，井下水泥石的二氧化碳腐蚀问题受到强烈重视。由于在井下水泥石受到高温高压以及地层流体的作用环境下，高浓度的CO₂在短时间内就会对硅酸盐水泥石产生严重腐蚀，导致油气采收率降低等严重后果。可见，硅酸盐水泥石已不能满足含高浓度CO₂地层中的油气井长期封固的要求。往磷铝酸盐水泥中掺入一定量偏磷酸盐制成的改性磷铝酸盐水泥具有早强、高强的特点，具有很强的耐CO₂腐蚀特性，可用于高含CO₂井固井。大量的可溶性磷酸盐的加入加速了磷灰石的形成，改性磷铝酸盐水泥在75℃、常压下的稠化时间仅为5min，且10min时就会硬化。公开号为CN105037625A的中国专利提供了一种改性铝酸盐水泥缓凝剂及其制备方法，其中提到的对改性磷铝酸盐的缓凝剂适应温度最高为75℃，不能够满足更高温度的需求。随着高含二氧化碳气田的开发，磷铝酸盐水泥所适用的中高温缓凝剂亟待研究。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种适用于改性磷铝酸盐水泥的五元共聚缓凝剂。具体地说涉及一种适用于改性磷铝酸盐水泥的五元共聚缓凝剂及其制备方法和应用。本发明提供一种五元共聚的水溶性较好的适用于磷铝酸盐水泥的缓凝剂及其制备方法，制备方法简单，所述缓凝剂可在低于等于100℃条件下与其他油井水泥添加剂配合使用。本发明的缓凝剂对改性磷铝酸盐水泥浆在60℃～100℃温度范围有良好适应性；缓凝剂加量线性良好；可与多种外加剂体系配伍，具有良好的相容性；缓凝剂满足水泥石24小时强度>14MPa，对改性磷铝酸盐水泥浆的综合性能没有影响。

本发明目的之一的一种适用于改性磷铝酸盐水泥的五元共聚缓凝剂，包含重量份计的以下组分：

所述木质素磺酸盐选自木质素磺酸钙和木质素磺酸钠中的至少一种。最优选地，

所述的适用于改性磷铝酸盐水泥的五元共聚缓凝剂，包含重量份计的如下组分：

其中，单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)在聚合物结构中具有提高抗温耐盐性的作用；腐植酸钠、木质素磺酸盐、甲基丙烯酸、丙烯腈在聚合物结构中具有吸附作用。

本发明目的之二是提供一种适用于改性磷铝酸盐水泥的五元共聚缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

将包含所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、腐植酸钠、木质素磺酸盐，甲基丙烯酸，丙烯腈在内的组分搅拌溶解于水中，使用的水可为去离子水，然后调节溶液pH值为5～7(可用氢氧化钠进行调节)，同时加热到60～75℃恒温水浴保持1～1.5h小时；