油井水泥缓凝剂

用于石油钻井、完井或固井作业的水泥浆的缓凝剂

从分子量的大小或合成方法的角度可以分为有机物类缓凝剂和聚合物类缓凝剂两大类。有机物类缓凝剂中，研究较多的有机物主要是有机膦酸（盐），其有不少品种适合用作油井水泥缓凝剂，在国内外都有应用实例。聚合物类缓凝剂是近年来国内外研究最多的一类。通过聚合技术可将多种不同的功能性单体结合在一起，而且可以控制分子链的长短、分子量的大小及分布，因此这类缓凝剂可以用分子设计思想来指导其合成，得到综合性能较为理想的缓凝剂。

缓凝剂研究进展

缓凝剂种类很多，常用的主要有：木质素磺酸盐及其衍生物、低分子量纤维素及其衍生物、羟基羧酸（盐）、有机膦酸（盐）、硼酸（盐）、复合物等。近年来，国内外针对原有缓凝剂存在的缺陷进行了不断改进，也新开发了一些缓凝剂。从分子量的大小或合成方法的角度可以分为两大类：有机化合物和聚合物。研究较多的有机物主要是有机膦酸（盐）。用作缓凝剂的聚合物通常是低聚物，其分子量一般为数千，多通过共聚反应制得，研究较多的聚合物是含有羧基、膦酸基、磺酸基的聚合物。相对来说，羟基羧酸（盐）、有机膦酸（盐）等有机物类缓凝剂掺量较少，但比较敏感；而聚合物类缓凝剂掺量较大，但掺量与稠化时间线性关系较好。

有机物类缓凝剂

有机膦酸（盐）种类繁多，有不少品种适合用作油井水泥缓凝剂。

国外专利报道。实例1：将甲撑膦酸衍生物用作超细水泥缓凝剂，使用温度可达116℃以上。实例2：将甲撑膦酸衍生物和硼砂按（0.025-0.2）:1质量比复配用作高温缓凝剂，甲撑膦酸衍生物选自乙二胺四甲叉膦酸钙、乙二胺四甲叉膦酸钠、乙二胺五甲叉膦酸。该缓凝剂适用温度121-260℃（BHST），适合长封固段高温深井固井。实例3：将有机膦酸（盐）和无机磷酸（盐）按一定比例复配用作缓凝剂，此外，也可加入缓凝增强剂以扩大应用温度范围。一个推荐的缓凝剂组成如下：10-15%的乙二胺四甲叉膦酸钠钙，40-45%的磷酸以及40-50%缓凝增强剂。该缓凝剂有效使用温度为70-140℃。

国内研究成果。实例1：合成羟基二胺甲叉膦酸用作高温缓凝剂，使用温度范围50-170℃。实例2：以一种不饱和胺类化合物与亚磷酸、甲醛反应生成烷撑膦酸盐作为缓凝剂，使用温度范围40-170℃，综合性能优于用二甲胺与亚磷酸、甲醛的合成产物。

聚合物类缓凝剂

聚合物类缓凝剂是近年来国内外研究最多的一类缓凝剂。

（1）AMPS共聚物

① AMPS/AA二元共聚物。实例1：共聚物中AMPS摩尔分数为40-60%，分子量小于5,000。该缓凝剂使用温度可达121℃，掺量为0.3-1.5%BWOC，在66-118℃区间稠化实验规律较好，稠化时间容易调节。实例2：共聚物中AMPS的摩尔分数达到65-85%时，是一个良好的中低温缓凝剂。实例3：AMPS/AA共聚物与木质素磺酸盐、硼砂、有机酸等其它缓凝剂复配使用可扩大温度应用范围，如与酒石酸钠复配使用后其使用温度可达260℃。

② AMPS/IA二元共聚物。实例：共聚物中AMPS与IA的摩尔分数比为73:27。该缓凝剂缓凝效果明显强于AMPS/AA缓凝剂，无需加入硼砂、有机酸等缓凝增强剂，单独使用温度可达260℃。

③ 其它含羧基的二元或三元共聚物。实例：AMPS/MA、AMPS/IA/AA、AMPS/IA/AM等。

（2）其它聚合物

① 含磺酸和羧酸基团的聚合物。实例：苯乙烯磺酸/马来酸酐二元共聚物，该聚合物在有机酸等缓凝增强剂协同作用下，缓凝温度可高达302℃。

② 含膦酸和羧酸基团的聚合物。实例：由“-[CHCOOH-CH2-POOH-CH2-CHCOOH]-”重复结构单元组成的聚合物，分子量为4,000左右，使用温度范围为93-232℃。

③ 接枝聚合物。实例1：主链为糖类（包括其水解产物羟基羧酸），推荐山梨（糖）醇、葡糖酸、酒石酸等；侧链为乙烯系共聚物，共聚单体推荐AA、AMPS、乙烯基膦酸等，分子量为1,000-15,000，使用温度达121℃以上。实例2：主链为缩聚物，推荐丙酮/甲醛/亚硫酸钠缩聚物；侧链为羧酸/磺酸共聚物，羧酸单体推荐AA、IA、MA等，磺酸单体推荐AMPS；使用温度可达177℃。

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