油井水泥降失水剂的研制与应用

摘要

分析了NVP的物理、化学性质，合成了以AM/AMPS/NVP(乙烯基吡咯烷酮)三元共聚物为主要成分的油井水泥降失水剂，用红外光谱表征了其结构，并考察了其耐温耐盐性。将所合成的降失水剂添加到油井水泥中进行了水泥浆性能评价，对其游离水、流变参数、水泥浆失水量、水泥石抗压强度、常压稠化时间、增压稠化时间等不同性能进行了测试。实验最初，对引发体系作了筛选，然后采用四因素三水平进行自由基聚合条件正交实验研究，以失水量为考察指标，综合比较了反应温度、反应时间、单体配比和溶剂用量对聚合工艺的影响，最后又通过改变引发剂的加量，确定了最佳的合成条件。由其分子结构所决定的该降失水剂具有较好的耐温耐盐性；作为主要成分与其他少量物质复配后应用于油井水泥，可以显著降低淡水或盐水水泥浆的失水量，在加量为3％以上，95℃、6.9Mpa压差条件下水泥浆API失水量可以达到50ml以下；该降失水剂是一种较好的耐温耐盐聚合物，由于磺酸基团和吡咯烷酮链节的引入，使其具有良好的热稳定性，在盐环境中具有良好的降失水性能，Nacl盐浓度达到18％时，水泥浆API失水量仍可以达到50ml以下。该共聚物在常压下有明显的缓凝作用，可加上早强剂调控稠化时间；在高温条件下，AM/AMPS/NVP共聚物吸附在水泥颗粒表面上，延缓水泥水化过程的作用不能实现，因此不能起到缓凝作用，水泥很快凝固。复配高温缓凝剂之后，高温缓凝剂吸附在水泥水化物表面，抑制了水泥颗粒与水接触，起到了缓凝作用，配合高温缓凝剂等外加剂可以在200℃以上使用。结果表明，该降失水剂具有较好的耐温、耐盐性能，其失水量小，游离液为零，而且对水泥浆的流变性能、抗压强度等参数均无不良影响，完全可满足固井作业的要求。中石化重点探井胜科1井是胜利油田开发史上最深的一口井。本井完钻井深7026m，裸眼封固段长达2873米，顶部温度150℃，井底温度可达251℃，而且底部钻遇了盐膏层。通过大量配伍性及各种性能试验，将该降失水剂成功用于胜科1井、丰深区块等井的固井作业中，取得了良好的固井效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章 文献综述

1.1油田化学品的分类和作用

1.1.1通用化学品

1.1.2钻井用化学品

1.1.3油气开采用化学品

1.1.4油气集输用化学品

1.1.5油田水处理用化学品

1.2油井水泥降失水剂

1.3油井水泥降失水剂分类

1.3.1微粒材料

1.3.2水溶性高分子材料

1.4油井水泥降失水剂研究现状

1.4.1微粒材料

1.4.2水溶性高分子材料

1.5油井水泥降失水剂作用机理

1.6油井水泥降失水剂的发展趋势

第二章 实验部分

2.1试剂与仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.1.3主要试剂的物理化学性质

2.2AM/AMPS/NVP三元共聚物的合成

2.2.1反应方程式

2.2.2产品制各

2.2.3AM/AMPS/NVP三元共聚物性质分析

2.2.4AM/AMPS/NVP三元共聚物降失水剂效果评价

第三章 结果与讨论

3.1AM/AMPS/NVP三元共聚物降失水剂的合成

3.1.1引发体系的筛选

3.1.2正交实验的因素与水平

3.1.3引发剂用量的优化

3.2三元共聚物降失水剂的红外谱图分析

3.3三元共聚物降失水剂的耐盐性分析

3.4三元共聚物降失水剂的耐温性分析

3.5AM/AMPS/NVP三元共聚物降失水剂对水泥浆性能的影响

3.5.1对失水影响

3.5.2对游离水影响

3.5.3对稠化时间影响

3.5.4对流变性能、抗压强度影响

3.6AM/AMPS/NVP三元共聚物降失水机理探讨

第四章 现场应用

4.1胜科1井

4.1.1实验材料

4.1.2实验仪器设备

4.1.3实验方案

4.2丰深2井

4.3胜坨地区

第五章 结论

附录

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文