油气井水泥用含膦聚合物缓凝剂OPR-1的合成及性能

摘要

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mAMPS:mSSS:mDMAAPA为4:3:3,引发剂加量0.3％,反应温度50°C,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°C、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.