油井水泥緩凝劑研究進展

緩凝劑種類很多，常用的主要有:木質素磺酸鹽及其衍生物、低分子量纖維素及其衍生物、羥基羧酸(鹽)、有機膦酸(鹽)、硼酸(鹽)、復合物等。近年來，國內外針對原有緩凝劑存在的缺陷進行了不斷改進，也新開發(fā)了一些緩凝劑。從分子量的大小或合成方法的角度可以分為兩大類:有機化合物和聚合物。研究較多的有機物主要是有機膦酸(鹽)。用作緩凝劑的聚合物通常是低聚物，其分子量一般為數(shù)千，多通過共聚反應制得，研究較多的聚合物是含有羧基、膦酸基、磺酸基的聚合物。相對來說，羥基羧酸(鹽)、有機膦酸(鹽)等有機物類緩凝劑摻量較少，但比較敏感;而聚合物類緩凝劑摻量較大，但摻量與稠化時間線性關系較好。

有機膦酸(鹽)種類繁多，有不少品種適合用作油井水泥緩凝劑。

國外專利報道。實例1:將甲撐膦酸衍生物用作超細水泥緩凝劑，使用溫度可達116℃以上。實例2:將甲撐膦酸衍生物和硼砂按(0.025-0.2):1質量比復配用作高溫緩凝劑，甲撐膦酸衍生物選自乙二胺四甲叉膦酸鈣、乙二胺四甲叉膦酸鈉、乙二胺五甲叉膦酸。該緩凝劑適用溫度121-260℃(BHST)，適合長封固段高溫深井固井。實例3:將有機膦酸(鹽)和無機磷酸(鹽)按一定比例復配用作緩凝劑，此外，也可加入緩凝增強劑以擴大應用溫度范圍。一個推薦的緩凝劑組成如下:10-15%的乙二胺四甲叉膦酸鈉鈣，40-45%的磷酸以及40-50%緩凝增強劑。該緩凝劑有效使用溫度為70-140℃。

國內研究成果。實例1:合成羥基二胺甲叉膦酸用作高溫緩凝劑，使用溫度范圍50-170℃。實例2:以一種不飽和胺類化合物與亞磷酸、甲醛反應生成烷撐膦酸鹽作為緩凝劑，使用溫度范圍40-170℃，綜合性能優(yōu)于用二甲胺與亞磷酸、甲醛的合成產(chǎn)物。

聚合物類緩凝劑是近年來國內外研究最多的一類緩凝劑。由于通過聚合技術可將多種不同的功能性單體結合在一起，而且可以控制分子鏈的長短、分子量的大小及分布，因此這類緩凝劑可以用分子設計思想來指導其合成，得到綜合性能較為理想的緩凝劑。

1)AMPS共聚物

① AMPS/AA二元共聚物。實例1:共聚物中AMPS摩爾分數(shù)為40-60%，分子量小于5,000。該緩凝劑使用溫度可達121℃，摻量為0.3-1.5%BWOC，在66-118℃區(qū)間稠化實驗規(guī)律較好，稠化時間容易調節(jié)。實例2:共聚物中AMPS的摩爾分數(shù)達到65-85%時，是一個良好的中低溫緩凝劑。實例3:AMPS/AA共聚物與木質素磺酸鹽、硼砂、有機酸等其它緩凝劑復配使用可擴大溫度應用范圍，如與酒石酸鈉復配使用后其使用溫度可達260℃。

② AMPS/IA二元共聚物。實例:共聚物中AMPS與IA的摩爾分數(shù)比為73:27。該緩凝劑緩凝效果明顯強于AMPS/AA緩凝劑，無需加入硼砂、有機酸等緩凝增強劑，單獨使用溫度可達260℃。

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

2)其它聚合物

① 含磺酸和羧酸基團的聚合物。實例:苯乙烯磺酸/馬來酸酐二元共聚物，該聚合物在有機酸等緩凝增強劑協(xié)同作用下，緩凝溫度可高達302℃。

② 含膦酸和羧酸基團的聚合物。實例:由"-[CHCOOH-CH2-POOH-CH2-CHCOOH]-"重復結構單元組成的聚合物，分子量為4,000左右，使用溫度范圍為93-232℃。

③ 接枝聚合物。實例1:主鏈為糖類(包括其水解產(chǎn)物羥基羧酸)，推薦山梨(糖)醇、葡糖酸、酒石酸等;側鏈為乙烯系共聚物，共聚單體推薦AA、AMPS、乙烯基膦酸等，分子量為1,000-15,000，使用溫度達121℃以上。實例2:主鏈為縮聚物，推薦丙酮/甲醛/亞硫酸鈉縮聚物;側鏈為羧酸/磺酸共聚物，羧酸單體推薦AA、IA、MA等，磺酸單體推薦AMPS;使用溫度可達177℃。