一种微膨胀长封固段固井用缓凝剂
技术领域
本发明涉及一种石油固井用缓凝剂，特别涉及一种微膨胀长封固段固井用缓凝剂。
背景技术
近年来，页岩气的开采成了世界油气资源开发的大趋势，但页岩气井水平段长，后期需要分段压裂，这就决定了井身结构设计时产层固井封固段较长，而且对产层固井质量要求高。众所周知，长封固段固井的难点主要有如下两点：一是高的循环温度（通常大于100℃）下，如何保证低的顶部温度（通常接近40℃）段水泥柱的快速（通常要求强度发育时间在72h左右）强度发育；二是如何减少水泥石在强度发育过程中由于体系收缩所产生的微间隙。
通常为了保证固井时的可泵送时间，需要加入缓凝剂（延迟稠化时间）；为了加快水泥浆的强度发育，需要加入促凝剂；为了防止水泥浆在强度发育过程中产生收缩，需要加入膨胀剂。目前广泛应用的膨胀剂主要有两大类，一种是发气膨胀剂，主要成分是金属粉末如铝粉等金属粉末，其原理是铝粉与水泥浆的碱性环境（水泥浆水化产生大量的氢氧化钙）中产生氢气，进而产生膨胀；另一种是晶格膨胀剂，主要成分是氧化镁等金属氧化物，其原理是氧化镁在水泥浆的水化环境（高温碱性环境）中发生化学反应生成氢氧化镁，进而产生膨胀。但是加入促凝剂和晶格膨胀剂都会在一定程度上缩短稠化时间，而且多种类的外加剂加入也会增加成本。
因此，设计一种微膨胀长封固段固井用缓凝剂，可以完美的解决了页岩气产层固井所面临的技术难题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种微膨胀长封固段固井用缓凝剂，将上述提到的三种添加剂的功能合而为一，用一种新型外加剂达到以往三种外加剂的使用效果，不仅使用起来更加经济、便利，而且排除了三种添加剂之间的相互影响。
本发明提到的一种微膨胀长封固段固井用缓凝剂，其技术方案是包括以下步骤：
1）向夹套釜中投入75份水，然后依次加入9份羟基乙叉二膦酸钠，1份柠檬酸搅拌至溶解；
2）向釜体内再投入15份硫酸铵，搅拌至溶解即得到产品。
本发明提到的一种微膨胀长封固段固井用缓凝剂，其技术方案是包括以下步骤：
1）向夹套釜中加入71份水，然后依次加入21份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和7份衣康酸，搅拌至溶解，加入氢氧化钠，调节pH至2.0；
2）向反应液中加入0.85份分子量分布控制剂，然后再加入0.15份引发剂，控制反应温度在40℃±2.0℃，反应7h；
2）待反应结束后，向釜体内再投入10份硫酸氢铵，搅拌至溶解即得到产品。
本发明提到的一种微膨胀长封固段固井用缓凝剂，其技术方案是包括以下步骤：
1）向夹套釜中加入71份水，然后依次加入16份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8份衣康酸和4份丙烯酸，搅拌至溶解，加入氢氧化钠，调节pH至2.0；
2）向反应液中加入0.88份分子量分布控制剂，然后再加入0.12份引发剂，控制反应温度在40℃±2.0℃，反应7h；
3）待反应结束后，向釜体内再投入10份氯化铵，搅拌至溶解即得到产品。
本发明的有益效果是：本发明利用新型发气类膨胀剂，传统发气类膨胀剂产生气体为氢气，而本发明所述的膨胀剂产生气体为氨气和优选缓凝剂复配，使之不仅具有膨胀剂的作用，而且低温下顶部强度发育快，氨气不仅能产生膨胀作用，而且能加快水泥浆的强度发育，新型微膨胀长封固段缓凝剂尤其适用用页岩气产层固井，而且，本发明提到的添加剂具备三种添加剂的功能（缓凝剂、膨胀剂、早强剂），不仅排除了三种添加剂之间的矛盾影响，而且现场使用更加便利和经济。
附图说明
图1为本发明实施例1的稠化曲线(98℃×40MPa×50min)；
图2为本发明实施例1的稠化曲线 (104℃×50MPa×50min)；
图3为本发明实施例1的稠化曲线(110℃×50MPa×50min)；
图4为本发明实施例1的膨胀后的膨胀环照片(110℃×20.7MPaMPa×72h)
图5为本发明实施例2的稠化曲线(115℃×50MPa×50min)
图6为本发明实施例2的稠化曲线 (125℃×50MPa×50min)
图7为本发明实施例3的稠化曲线(115℃×50MPa×50min)
图8为本发明实施例3的稠化曲线 (125℃×50MPa×50min)。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：羟基乙叉二膦酸钠复配硫酸铵，步骤如下：
1）向夹套釜中投入75份水，然后依次加入9份羟基乙叉二膦酸钠，1份柠檬酸搅拌至溶解；
2）向釜体内再投入15份硫酸铵，搅拌至溶解即得到产品，也就是本发明的缓凝剂-1；
性能测试：
表1 水泥浆配方
按照国家标准GB/T 19139推荐的方法制备水泥浆，测试密度、稠化时间和强度；按照API标准API 10B-5的方法测试膨胀率。
表2 水泥浆性能
从图1、图2和图3可以看出，加入新型缓凝剂-1的水泥浆稠化曲线正常，过渡稠化时间短，稠化时间和温度的线性关系好，强度发育快，满足固井设计对水泥浆的要求。从图4可以看出，加入新型缓凝剂-1的水泥浆，具有明显的膨胀效果，膨胀率达到0.3%。微膨胀对于微裂纹的产生和气窜的发生都有非常明显的抑制作用，非常有利于提高固井质量，延长油气井的使用寿命。
实施例2：二元共聚物复配硫酸氢铵，步骤如下：
1）向夹套釜中加入71份水，然后依次加入21份AMPS和7份衣康酸，搅拌至溶解，加入氢氧化钠，调节pH至2.0；
2）向反应液中加入0.85份分子量分布控制剂，然后再加入0.15份引发剂，控制反应温度在40℃±2.0℃，反应7h；
2）待反应结束后，向釜体内再投入10份硫酸氢铵，搅拌至溶解即得到产品新型缓凝剂-2；
性能测试：
表3 水泥浆配方（115℃）
表4 水泥浆配方（125℃）
按照国家标准GB/T 19139推荐的方法制备水泥浆，测试密度、稠化时间和强度；按照API标准API 10B-5的方法测试膨胀率。
表5水泥浆性能
从表5可以看出，加入新型缓凝剂-2的水泥浆，高温下稠化曲线正常（详见图5和图6），过渡稠化时间短，大温差下强度发育快，微膨胀效果明显，综合浆体性能非常适用于页岩气长封固段固井。
实施例3：三元共聚物复配氯化铵，步骤如下：
3）向夹套釜中加入71份水，然后依次加入16份AMPS、8份衣康酸和4份丙烯酸，搅拌至溶解，加入氢氧化钠，调节pH至2.0；
4）向反应液中加入0.88份分子量分布控制剂，然后再加入0.12份引发剂，控制反应温度在40℃±2.0℃，反应7h；
2）待反应结束后，向釜体内再投入10份氯化铵，搅拌至溶解即得到产品新型缓凝剂-3；
性能测试：
表6 水泥浆配方（115℃）
表7 水泥浆配方（125℃）
按照国家标准GB/T 19139推荐的方法制备水泥浆，测试密度、稠化时间和强度；按照API标准API 10B-5的方法测试膨胀率。
表8 水泥浆性能
从表8可以看出，加入新型缓凝剂-3的水泥浆，高温下缓凝效果好，稠化曲线正常（详见图7和图8），过渡稠化时间短，大温差下强度发育快，微膨胀效果明显，综合浆体性能非常适用于长封固段固井。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
