一种固井用大温差缓凝剂CRT601的室内研究

王云庆 邹亦玮 田 野

（1.天津中海油服化学有限公司，天津300450；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）

0 引言

固井是钻井过程中的关键环节，包含下套管和注水泥浆两个程序，主要作用是封隔油、气和水层、易漏失、易坍塌的地层，以及支撑套管等。为了使固井施工顺利完成，防止水泥浆在地层高温条件下提前凝固，需要在水泥浆中加入缓凝剂来延长稠化时间。性能优良的缓凝剂应该是稠化时间与加量成正比例关系，且稠化时间随着温度增加而降低，不会出现“稠化反转现象”[1]。当进行长封固大温差固井作业时，主要面对的挑战是水泥浆顶部的强度发展，这与缓凝剂的性能有较大的关系，适用于大温差固井的缓凝剂，不但能保证井底温度下的可泵时间，又能保证水泥浆返到顶部后的强度发展[2-4]。

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，导致在泥施工过程中出现事故，造成巨大的经济损失。在进行大温差长封固段固井时，顶部强度的发展影响到后续施工，因此，开发一种低温敏和加量线性且顶部强度发展快速的缓凝剂是十分有必要的。本文介绍了一种由二元聚合物与有机磷酸盐复配而成的缓凝剂CRT601，并评价了温度敏感性和掺量敏感性以及对水泥浆顶部强度的发展的影响。

1 实验部分

1.1 仪器

高温高压稠化仪；常压稠化仪；增压养护釜；常压养护箱；匀加荷压力试验机等。

1.2 试剂

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、衣康酸（IA）、引发剂、链转移剂、阻聚剂、氢氧化钠、乙二胺四甲叉膦酸钠（EDTMPS）、去离子水等。

1.3 合成过程

将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和衣康酸（IA）按照摩尔比6:3.5溶解于去离子水中，加入链转移剂，搅拌并加热至65℃，通氮气30 min后加入引发剂，继续反应4 h后，加入阻聚剂，最终得到聚合产物（20%固含），再混入14.3%的六乙二胺四甲叉膦酸钠（EDTMPS）溶液（50%浓度），得到最终产品CRT601。

1.4 水泥浆配方

配方1：G级水泥+F/W+4%C-FL82+x%CRT601+0.3%C-DF61，水泥浆密度为1.90 g/cm3。

配方2：G级水泥+F/W+15%C-SE2+13%C-P62+7%C-FL82+x%CRT601+0.3%C-DF61，水泥浆密度为1.45 g/cm3。

式中：G级水泥，山东淄博中昌水泥厂；降失水剂C-FL82、增强剂C-SE2、减轻剂C-P62、消泡剂CDF61，天津中海油服化学有限公司；百分数为占水泥重量的百分比。

1.5 试验方法

试验方法参照APIRP10B-2-2013Recommended Practice for Testing Well Cements。

2 结果与讨论

2.1 温度敏感性

一般情况下，会在井底循环温度下进行稠化试验，但探测到的井底温度一般都会与真实值存在或多或少的差异，温度敏感性差的缓凝剂会因为温度的变化出现超缓凝或者早凝的现象，造成气窜、“插旗干”等事故的发生[1]。因此缓凝剂的温度敏感性是保证固井施工安全的重要性能。温度与稠化时间的关系如图1所示（评价配方为密度为1.9 g/cm3的密度水泥浆）。

图1 CRT601温度敏感性评价

从图1看出，在中温段和高温段稠化时间随着温度的降低而有规律的缩短，未出现稠化时间翻转、突变等问题，表明该缓凝剂温度敏感性好，满足固井施工要求。

2.2 加量敏感性

CRT601加量与稠化时间的关系如图2所示（评价配方为1.9 g/cm3密度水泥浆）。

图2 CRT601掺量敏感性评价

由图2可知，缓凝剂CRT601的加量与稠化时间呈现线性关系，表明掺量敏感性好。掺量敏感性规律好的缓凝剂在固井作业中稠化时间易于调整，保证了施工的安全和高效。

2.3 水泥顶部评价实验

在大温差长封固固井施工中，顶部强度是一个关键的性能指标，为了评价缓凝剂CRT601对顶部强度的影响，与常用的缓凝剂CR21L和CR31进行了性能对比，在135℃稠化时间相同的情况下，顶部60℃强度的发展结果见表1（评价配方为密度为1.5 g/cm3密度水泥浆）。

表1 顶部强度对比实验（强度单位MPa）

由表1可知，在保证相同稠化时间的条件下，加有缓凝剂CRT601的水泥浆强度发展迅速，超过70℃的温差条件下，一天内开始有强度，两天达到18.7MPa，而另外两种缓凝剂两天内无强度发展，96小时后才达到14MPa以上，无法满足固井施工要求。通过对比表明CRT601可以快速提高顶部强度，适用于大温差长封固段固井作业。

3 结论

（1）缓凝剂CRT601温度敏感性小，加量与稠化时间有较好的线性关系，稠化时间可调，满足固井施工需求。

（2）CRT601与其他缓凝剂对比来看，能使水泥浆顶部强度发展迅速，适用于大温差长封固段固井作业。