本發(fā)明涉及一種添加劑、尤其涉及一種緩凝劑。本發(fā)明還涉及該緩凝劑的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

油井水泥緩凝劑是一種油井水泥的外加劑，通常用于油、氣井注水泥作業(yè)所使用的水泥漿中。在油氣井注水泥作業(yè)中，通過水泥車泵送將水泥漿泵入井內(nèi)，經(jīng)過替漿的過程將水泥漿頂替到套管與井眼之間的環(huán)形空間，達(dá)到封隔油、氣、水層保護(hù)生產(chǎn)層和支撐保護(hù)套管的目的。

水泥漿的稠化時間，大體上是水泥漿保持液體、可泵送狀態(tài)的時間。隨著水泥中水化反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)其達(dá)到一定程度時，水泥漿就會失去流動性而無法進(jìn)行施工作業(yè)。水泥漿在泵送至所要求的位置以前應(yīng)具有良好的流動可泵性。因此水泥漿的稠化時間是控制固井作業(yè)、保證施工安全和固井質(zhì)量的關(guān)鍵。為了準(zhǔn)確的控制水泥漿的稠化時間，擴(kuò)大油井水泥的使用范圍，必須在水泥漿中加入緩凝劑以延緩水泥漿在井下高溫高壓環(huán)境下的水化進(jìn)程，調(diào)節(jié)稠化時間。

現(xiàn)有耐溫緩凝劑存在耐溫性能差，對溫度敏感性大，頂部強(qiáng)度發(fā)展緩慢等問題。例如，專利CN101402849A，采用衣康酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、過氧化苯甲酰等為原料，并經(jīng)丙酮溶液沉淀洗滌，制成高分子聚合物類油氣井固井高溫緩凝劑。該類緩凝劑為固體，相對加量較大，且分散性較強(qiáng)，頂部強(qiáng)度發(fā)展緩慢。專利CN1513797A，提供了一種油井水泥緩凝劑，其含有葡萄糖酸鹽、有機(jī)膦酸及其鹽和有機(jī)酸的反應(yīng)產(chǎn)物。該緩凝劑為液體，耐溫性能差，對溫度敏感性大。因此，本領(lǐng)域亟需一種耐高溫性能更好的油井水泥緩凝劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種全新的油井水泥緩凝劑。該緩凝劑適用溫度范圍較廣，應(yīng)用溫度范圍100℃～200℃；緩凝劑滿足溫 差70℃時，水泥石48小時頂部強(qiáng)度>14MPa。

本發(fā)明的一個目的在于，提供一種油井水泥緩凝劑，其特征在于，所述油井水泥緩凝劑包括如下組分：

100重量份的水，

8-10重量份的1-金剛烷乙酸，

8-10重量份的1,3-金剛烷二甲酸，

2-4重量份的1-金剛烷醇，

6-8重量份的酒石酸，

0.4-0.6重量份的戊二醛，

1-3重量份的濃度為36-38重量％的濃鹽酸。

所述濃鹽酸可采用現(xiàn)有技術(shù)中通常的濃鹽酸，濃鹽酸的濃度為36％～38％。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，如果采用更稀或更濃的鹽酸，然后相應(yīng)地改變加入水的重量份數(shù)，而使得最終緩凝劑中的水和鹽酸的濃度在本發(fā)明的范圍內(nèi)，是無需付出創(chuàng)造性勞動即可得到的，并具有與本發(fā)明相同的技術(shù)效果。例如，加入100重量份的水并加入1重量份的36％的濃鹽酸與加入99重量份的水并加入2重量份的18％的濃鹽酸是實(shí)質(zhì)上等價的。因此，這樣修改的技術(shù)方案是本發(fā)明的技術(shù)方案的等同形式。這樣的修改也應(yīng)該包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

其中，1-金剛烷乙酸、1,3-金剛烷二甲酸和酒石酸三者能夠協(xié)同螯合鈣離子，抑制水泥水化；其中，1-金剛烷乙胺、1,3-金剛烷二甲酸具有剛性金剛烷結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)緩凝在高溫下的穩(wěn)定性；戊二醛用作交聯(lián)劑，能在濃鹽酸作用下交聯(lián)1-金剛烷醇和酒石酸，進(jìn)一步增強(qiáng)緩凝作用。

本發(fā)明的緩凝劑適用溫度范圍較廣，應(yīng)用溫度范圍100℃-200℃；緩凝劑滿足溫差70℃時，水泥石48小時頂部強(qiáng)度>14MPa，對水泥漿的綜合性能沒有影響。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述油井水泥緩凝劑包括9-10重量份的1-金剛烷乙酸。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述油井水泥緩凝劑包括9-10重量份的1,3-金剛烷二甲酸。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述油井水泥緩凝劑包括3-4重量份的1-金剛烷醇。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述油井水泥緩凝劑包括7-8重量份的 酒石酸。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述油井水泥緩凝劑包括0.5-0.6重量份的戊二醛。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述油井水泥緩凝劑包括2-3重量份的濃度為36-38重量％的濃鹽酸。

在本發(fā)明中，除非另有說明，所有份數(shù)均為重量份數(shù)，所有％均為重量％。

本發(fā)明的又一個目的在于，提供一種制備上述的油井水泥緩凝劑的方法，其包括如下步驟：

將如下組分在攪拌狀態(tài)下加熱至70-80℃，保持1-2小時，制得所述油井水泥緩凝劑：

100重量份的水，

8-10重量份、優(yōu)選9-10重量份的1-金剛烷乙酸，

8-10重量份、優(yōu)選9-10重量份的1,3-金剛烷二甲酸，

2-4重量份、優(yōu)選3-4重量份的1-金剛烷醇，

6-8重量份、優(yōu)選7-8重量份的酒石酸，

0.4-0.6重量份、優(yōu)選0.5-0.6重量份的戊二醛，

1-3重量份、優(yōu)選2-3重量份的濃度為36-38重量％的濃鹽酸。

本發(fā)明的再一個目的在于，提供種根據(jù)上述的油井水泥緩凝劑或者由根據(jù)上述的方法制得的油井水泥緩凝劑在油氣固井領(lǐng)域、優(yōu)選在用于油、氣井注水泥作業(yè)中的應(yīng)用。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述應(yīng)用的溫度范圍為100℃-200℃。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的緩凝劑具有良好的耐高溫性能，在100℃-200℃溫度范圍有良好適應(yīng)性；緩凝劑加量線性良好；緩凝劑滿足溫差70℃時，水泥石48小時頂部強(qiáng)度>14MPa，對水泥漿的綜合性能沒有影響。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合非限制性的具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于下述實(shí)施例。

實(shí)施例中所用的原料均為常見的市售原料。

除非另有說明，實(shí)施例中所說的份數(shù)均為重量份數(shù)，實(shí)施例中所述的％均為重量％。

實(shí)施例1

水100份，水中加入1-金剛烷乙酸8重量份；1,3-金剛烷二甲酸8重量份；1-金剛烷醇2重量份；酒石酸6重量份；戊二醛0.4重量份；濃鹽酸1重量份；在攪拌狀態(tài)下加熱到80℃，保持2小時，制得油井水泥緩凝劑。

實(shí)施例2

水100份，水中加入1-金剛烷乙酸9重量份；1,3-金剛烷二甲酸9重量份；1-金剛烷醇3重量份；酒石酸7重量份；戊二醛0.5重量份；濃鹽酸2重量份；在攪拌狀態(tài)下加熱到70℃，保持2小時，制得油井水泥緩凝劑。

實(shí)施例3

水100份，水中加入1-金剛烷乙酸9重量份；1,3-金剛烷二甲酸10重量份；1-金剛烷醇4重量份；酒石酸8重量份；戊二醛0.6重量份；濃鹽酸3重量份；在攪拌狀態(tài)下加熱到80℃，保持1小時，制得油井水泥緩凝劑。

實(shí)施例4

水100份，水中加入1-金剛烷乙酸10重量份；1,3-金剛烷二甲酸9重量份；1-金剛烷醇3重量份；酒石酸7重量份；戊二醛0.5重量份；濃鹽酸2重量份；在攪拌狀態(tài)下加熱到70℃，保持2小時，制得油井水泥緩凝劑。

對比例1

水100份，水中加入1-金剛烷乙酸6重量份；1,3-金剛烷二甲酸6重量份；1-金剛烷醇1重量份；酒石酸5重量份；戊二醛0.3重量份；濃鹽酸0.5重量份；在攪拌狀態(tài)下加熱到70℃，保持2小時，制得油井水泥緩凝劑。

對比例2

水100份，水中加入1-金剛烷乙酸12重量份；1,3-金剛烷二甲酸12重量份； 1-金剛烷醇5重量份；酒石酸10重量份；戊二醛0.7重量份；濃鹽酸5重量份；在攪拌狀態(tài)下加熱到70℃，保持2小時，制得油井水泥緩凝劑。

實(shí)施例5

分別采用由實(shí)施例1-4和對比例1-2制得的緩凝劑來在不同溫度下按如下方式進(jìn)行水泥漿配方：

100℃稠化水泥漿配方：810g油井水泥，18g微硅，329.95g水，30g降失水劑，4.05g緩凝劑(占水泥量0.5％)。

100℃稠化水泥漿配方：810g油井水泥，18g微硅，328g水，30g降失水劑，6.5g緩凝劑(占水泥量0.8％)。

100℃稠化水泥漿配方：810g油井水泥，18g微硅，326g水，30g降失水劑，8.1g緩凝劑(占水泥量1.0％)。

120℃稠化水泥漿配方：600g油井水泥，210g硅粉，18g微硅，325g水，30g降失水劑，9g緩凝劑(占水泥量1.5％)。

150℃稠化水泥漿配方：600g油井水泥，210g硅粉，18g微硅，322g水，30g降失水劑，12g緩凝劑(占水泥量2.0％)。

150℃稠化水泥漿配方：600g油井水泥，210g硅粉，18g微硅，319g水，30g降失水劑，15g緩凝劑(占水泥量2.5％)。

150℃稠化水泥漿配方：600g油井水泥，210g硅粉，18g微硅，316g水，30g降失水劑，18g緩凝劑(占水泥量3.0％)。

160℃稠化水泥漿配方：600g油井水泥，210g硅粉，18g微硅，313g水，30g降失水劑，21g緩凝劑(占水泥量3.5％)。

180℃稠化水泥漿配方：600g油井水泥，210g硅粉，18g微硅，310g水，30g降失水劑，24g緩凝劑(占水泥量4.0％)。

200℃稠化水泥漿配方：600g油井水泥，210g硅粉，18g微硅，304g水，30g降失水劑，30g緩凝劑(占水泥量5.0％)。

實(shí)施例6

測試加有緩凝劑的水泥漿稠化時間，結(jié)果見表1。

表1 不同溫度和緩凝劑加量下的稠化時間

由表1數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的緩凝劑在100℃～200℃溫度范圍內(nèi)能夠滿足固井施工需求。緩凝劑在不同溫度下，改變加量能夠獲得滿足固井施工需求的稠化時間；且在固定溫度下(如100℃，150℃)，隨著緩凝劑加量增加水泥漿稠化時間有規(guī)律的增加，線性良好。而對比例1和對比例2的緩凝劑在耐溫性上均較差，不能滿足耐高溫需求。

實(shí)施例7

測試加有緩凝劑的水泥漿24小時養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度，結(jié)果見表2-表7：

表2 加有實(shí)施例1的緩凝劑的水泥漿的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表3 加有實(shí)施例2的緩凝劑的水泥漿的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表4 加有實(shí)施例3的緩凝劑的水泥漿的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表5 加有實(shí)施例4的緩凝劑的水泥漿的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表2-表5數(shù)據(jù)可知，緩凝劑加量1.0重量％時，能夠滿足100℃固井施工需求的稠化時間，30℃養(yǎng)護(hù)即溫差70℃，水泥石48小時頂部強(qiáng)度>14MPa；緩凝劑加量5.0重量％時，能夠滿足200℃固井施工需求的稠化時間，120℃養(yǎng)護(hù)即溫差80℃，水泥石48小時頂部強(qiáng)度>14MPa。

應(yīng)當(dāng)注意的是，以上所述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。通過參照典型實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解為其中所用的詞語為描述性和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)對本發(fā)明作出修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)對本發(fā)明進(jìn)行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉及特定的方法、材料和實(shí)施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開的特定例，相反，本發(fā)明可擴(kuò)展至其他所有具有相同功能的方法和應(yīng)用。