水泥浆浆体稳定性对聚合物缓凝剂使用效果的影响

陈泽州

（中石化胜利石油工程有限公司固井技术服务中心，山东 东营 257000）

随着油田开发向深层进发，固井封固段长增加，固井成本也随之增加，在保证固井质量的同时降低对非目的层段的固井要求是一种有效的降本增效方法。因此，在非目的层段经常使用粉煤灰体系、原浆体系、原浆加砂体系等稳定性较差的水泥浆体系进行固井施工。由于这些体系的稳定性较差，因此其在固井施工中的大温差条件下是否稳定，是否可以通过聚合物缓凝剂进行稠化时间调节并应用于深井固井施工是一个值得探讨的问题[1]。

1 实验设计

1.1 缓凝剂合成实验设计

为使聚合物缓凝剂拥有良好缓凝效果的同时排除多种不同缓凝基团复合作用影响对缓凝剂性能的评价。优选AMPS 与IA 两种单体组成二元共聚物缓凝剂SGH-1，其中AMPS作为主链拥有良好的水溶性且磺酸基团能够在碱性溶液中保证聚合物的稳定性，IA的羧基基团能够与水泥浆中的钙离子鳌合形成稳定的五环或六环结构，降低钙离子浓度延缓水化产物核心生长的同时增强缓凝剂分子的稳定性[2-3]。其合成方法如下：

按照AMPS∶IA=7∶3 的比例，浓度为25%的条件将两种溶质溶于去离子水。使用NaOH溶液将反应溶液pH值调至4并维持反应温度为70℃，加入1%的引发剂连续搅拌6h后得到缓凝剂SGH-1。

1.2 水泥浆性能评价实验设计

1.2.1 水泥浆体系设计

（1）原浆水泥浆体系：800g 中昌水泥+X%缓凝剂SGH-1+水（水灰比44%）；

（2）标准水泥浆体系：600g 中昌水泥+120g 石英砂+1.25%降失水剂+1.25%分散剂+X%缓凝剂SGH-1+2g消泡剂+水（水灰比44%）。

1.2.2 水泥浆复配试验设计

水泥试验方法参照GB/T191392012《油井水泥试验方法》，分别测量两种水泥浆体系在不同缓凝剂加量下的流动度、流变性能、游离液、浆体稳定性、稠化性能等实验数据。以此分析在水泥浆浆体稳定性不同的情况下，缓凝剂的使用效果。

2 实验数据及分析

2.1 水泥浆流动度评价

根据表1流动性测试结果可知：在室温与90℃温度条件下，缓凝剂可以增大原浆体系与标准浆体系的流动度，原浆体系随着温度的升高，水泥浆流动度降低，而标准体系随着温度的升高流动度升高，标准体系流动度相较于原浆体系流动度更低。

表1 水泥浆流动性对比实验数据

2.2 水泥浆稳定性能评价

根据表2水泥浆稳定性对比实验数据可知：原浆体系在室温条件下的游离液析出量超过了7%，随着温度的升高游离液析出量减少，室温沉降稳定性为0.10g/cm3。标准体系在室温条件和90℃条件下均没有游离液析出，沉降稳定性为0.03g/cm3，两种浆体在加入聚合物缓凝剂后，水泥浆室温沉降稳定性分别升高0.22g/cm3和0.02g/cm3，综上所述，标准体系比原浆体系有更好的稳定性，且聚合物缓凝剂会降低水泥浆的稳定性。

表2 水泥浆稳定性对比实验

2.3 水泥浆流变性能评价

根据表3水泥浆流变性试验数据可知：在常温条件下，标准体系比原浆体系的稠度系数高，动切力与塑性粘度大。原浆体系随着温度的升高，原浆体系的动切力与稠度系数增加，塑性粘度与流性指数降低，流变性随温度变化明显。而标准体系随着温度的升高，流性指数与塑性粘度升高，动切力与稠度系数下降，流变性随温度变化较小。在原浆体系与标准体系中加入1%的聚合物缓凝剂SGH-1，流性指数明显升高，稠度系数与塑性粘度下降。说明在水泥浆中加入聚合物缓凝剂可以改善水泥浆浆体的流变性。

表3 水泥浆流变性能测试实验数据

2.4 水泥浆稠化性能评价

根据表4水泥浆稠化实验数据可知：标准体系水泥浆的稠化时间要长于原浆水泥浆的稠化时间，在1%缓凝剂加量的条件下，标准体系的缓凝剂加量敏感性要高于原浆体系的加量敏感性，聚合物缓凝剂的使用效果更加明显。

表4 水泥浆稠化性能测试实验数据

根据图1、图2稠化曲线图可以看出，原浆体系与标准浆体系在110℃×70MPa条件下，标准体系稠化时间比原浆体系稠化时间要长，并且原浆体系在80℃～100℃条件下稠化曲线有一定的鼓包现象，拆开稠化浆杯，可以发现水泥块软硬不一，部分水泥浆体未充分水化。

图1 110℃×70MPa×60min原浆配方稠化曲线图

图2 110℃×70MPa×60min标准配方稠化曲线图

3 结论

（1）聚合物缓凝剂会降低水泥浆浆体的稳定性，对水泥浆有一定的分散作用。

（2）原浆水泥浆体系加入一定比例的聚合物缓凝剂，由于其浆体稳定性较低，聚合物缓凝剂中的羧基基团无法均匀地分布在水泥浆浆体中与Ca2+鳌合，因此稠化曲线在80℃～100℃出现鼓包，影响固井施工安全。

（3）标准水泥浆体系加入一定比例聚合物缓凝剂相较于原浆水泥浆体系，浆体稳定性更高，水泥浆稠化时间增加量更长，并且稠化曲线平稳、直角稠化，适合固井现场施工。