抗高温油井水泥降失水剂的合成与性能研究

摘要：通常情况下油井的温度是很高的，在进行油井的固井过程中就会使用到水泥的降失水剂。何为水泥的降失水剂，其实降失水剂就是防止水泥中的水过快的流失从而造成水泥的作用效果会大大降低，水泥的作用效果降低就会造成油井的固井过程失败。现阶段，随着油井的不断改造，其温度也在不断升高。这也就造成现存的一些水泥将失水剂无法承受这个温度，部分的水泥降失水剂就不符合高温油井的固井使用标准。为了解决这个问题，就需要对水泥降失水劑进行一个不断完善，从它的原材料进行研究。本文就关于抗高温油井水泥降失水剂的合成与性能研究。

关键词：抗高温;降失水剂;合成与性能;

引言

一、降失水剂介绍

目前国内使用的水泥降失水剂主要有聚乙烯醇系列和水溶性纤维素系列。这两种水泥降失水剂因为原材料的不同使得它们的特点具有十分大的差异。例如聚乙烯醇系列的水泥降失水剂具有良好的耐高温的特点然而水溶性纤维素系列因为其原材料的特点，使得这种水泥降失水剂承受的温度并不高。那么这种水溶性纤维素系列是不能在具有较高温度的环境下使用的，是高温环境中就需要使用具有耐高温的聚乙烯醇系列的水泥降失水剂。

例如在建筑油井的过程中会有一个固井的过程，在进行固井的过程中为了防止水泥失去过多的水分，这个时候就需要使用到降失水剂。目前我国有多种降失水剂，通常在进行建筑油井的时候，油井的温度是非常高的那么这个时候就需要水泥的降失水剂需要具有能够承受高温的能力，如果在高温下不能正常的发挥作用，就会使得水泥中的水分会过快的流失或者是水泥中的水分过快的挥发。如果水泥中的水分过快的流失就会使得水泥不能有效地发挥出它的效果，并且也会造成固井这项工程失败。

二、实验部分

1、原料与仪器

在本实验中使用的原材料有：丙烯酸、丙烯酰胺、N-N二甲基丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙酸、过硫酸铵、亚硫酸钠、氢氧化钠、氯化钠、G级嘉华油井水泥、石英砂、缓凝剂、去离子水。

本实验中使用的仪器有：TLJ-2型搅拌器、DF-101S型恒温加热磁力搅拌器、250 mL四口烧瓶、OWC-9360UD型恒速搅拌器、ThermoIR200型红外光谱分析仪、 OWC-9710型高温高压失水仪、TG-1220C型常压稠化仪、Chandler8040型高温高压稠化仪、Chan-dler4207D型抗压强度分析仪等。

2、降失水例的合成

按照合适的比例将丙烯酸、N-N二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠这几种物质放到四口烧瓶中，对几种物质进行测量后，然后再将以上每种物质放到四口烧瓶中。在放入四口烧瓶后需要加入一定的去离子水进行搅拌溶解。紧接着就要对四口烧瓶中的物质进行调PH。加入一定量的氢氧化钠使得烧瓶中的物质变成中性，PH的值等于7。在四口烧瓶中的物质变成中性以后就需要对其进行水浴加热使得温度达50 ℃，然后在这个温度条件下保持30分钟。在30分钟过去之后，需要对烧瓶中的物质进行搅拌，在进行搅拌的过程中需要加入一定的亚硫酸氢钠和过硫酸铵。在刚才水浴加热的那个温度条件下反应三个小时，冷却至室温就能得到降失水剂DZF。

3、降失水剂结构表征和性能测试

在降失水剂合成之后需要丙酮对其进行萃取干燥，以此来得到降失水剂的红外光谱表征结构。对实验得到的降失水剂需要对其进行一个失水性能和失水量的测定。在进行失水性能测试时需要用到失水仪，失水量的测定就需要按照API标准来测定失水量的多少。不仅如此对实验得到的降失水剂还要进行一个稠化性能以及抗压强度的测试。

三、结果与讨论

1、优化降失水剂合成条件

在进行合成降失水剂的实验过程中，有些步骤是非常麻烦的并且需要耗费大量的时间。这就需要我们对取得降失水剂的实验过程要进行一个整体的优化并且选择合适的反应条件以此来提高效率节省更多的时间，能够更早地将降失水剂能够提炼出来。这样一来不仅不需要耗费大量的人力物力还节省了大量的时间，使得整个实验过程的效率也非常高。

2、降失水剂加量对水泥浆失水性能的影响

通过下图我们可以看出在相同温度下随着降失水剂用量的增加就会使得失水量在渐渐地减少，这也就说明降失水剂的用量的多少与失水量是密切相关的。在降失水剂用量相同的情况下，来不断增加温度以此来检测温度对失水量的关系。通过在降失水剂用量相同的情况下对其进行一个升温过程，发现在温度不断升高的情况下，失水量也在随着温度的变化也在进一步的发生着变化。即在降失水剂用量相同的情况下，温度越高失水量也越高。

3、降失水剂水泥石强度的影响

通过下图可以看出在相同的温度时，加入降失水剂的用量也会影响到水泥石的抗压强度。降失水剂的用量越多就会导致水泥石的抗压强度下降。在样品都加入了降失水剂的前提条件下可以看出温度不同也会对水泥石强度造成一定的影响，从图中可以看到在前提条件保证的情况下，温度越高水泥石的抗压强度也越强。如果样品都是不加入降失水剂的情况下，温度越高水泥石的抗压强度也是越强。

结语

随着油井的不断改进以及完善，降失水剂就需要进一步的进行改进，通过本次实验得到的降失水剂能够具有耐高温的、耐高盐的特点，能够在油井给固井过程中使用这种降失水剂。并且本次实验得到的降失水剂和以往的相比还能够加强了对水泥石强度的影响，使得水泥石的抗压强度能够进一步的得到增加。取得这种降失水剂的实验过程也比以往的实验过程要简单，并且实验效率也比较高，耗费的时间比较少。这种新型的降失水剂还有一点不足之处，那么就需要在以后的实验中要去不断完善，不断改进。

参考文献：

[1]李晓岚，郑志军，郭鹏.高温油井水泥降失水剂ZFA-1的合成及性能[J].钻井液与完井液，2020，37（02）：209-213+220.

[2]谢冬柏. 抗高温油井水泥降失水剂的合成与性能研究[D].西南石油大学，2018.

作者简介：

樊晓雅（1990.3.15—）男，汉族，，籍贯河南省卫辉市，大专学历，助理工程师，研究方向——油井水泥降失水剂