专利名称：一种油井水泥用固体高温缓凝剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种缓凝剂及其制备方法，尤其是油井水泥高温缓凝剂及其制备方法。
背景技术：
在油气井注水泥作业中，通常在套管中注入水泥浆，水泥浆再从环行空间中返出， 待其凝固后，封固井壁和套管间的环隙。水泥浆在达到封固所要求的位置前必须保持良好的可泵性。在固井过程中，随着水泥浆水化反应的进行，水泥浆的流动性变差，当水泥浆的稠度达到一定值时，水泥浆失去流动性而无法泵送。随着油田勘探开发工作的不断深入，深井固井情况越来越多。随着井底温度的升高，水泥浆的凝固速度也会加快，使用高温缓凝剂是高温高压深井固井过程中延长水泥浆稠化时间的有效手段。目前常用的几种缓凝剂体系有木质素磺酸盐、糖类化合物、纤维素衍生物和有机磷酸盐几种，用于高温的油井水泥缓凝剂普遍存在适用温度范围窄，对温度敏感的缺点，多数产品在井温升高或降低10°c时，加量会增加一倍以上或减少一半以上，水泥石强度变化大，对固井作业安全产生负面影响。由于深井封固段上下地层温度相差较大，加量的细小差异会使水泥浆长期不凝，造成严重后果。
发明内容
为了解决深井固井作业中延长水泥浆稠化时间的要求，本发明提供一种在高温下使用的油井水泥用固体高温缓凝剂及其制备方法。本发明的目的是这样实现的一种油井水泥用固体高温缓凝剂，是以氧化淀粉、 有机膦酸、氧化锌和硼酸钠为原料混合而成，各原料的质量百分比分别为氧化淀粉为 60%-70%，有机膦酸为15%-25%，氧化锌为5%-15%;硼酸钠为1%_10%。所述的有机膦酸为固体的羟基乙叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸或乙二胺四亚甲基膦酸中的一种。所述氧化淀粉的制备方法包括如下步骤将淀粉用水配成质量百分比浓度为 25%-30%的淀粉乳液，保持不停搅拌，用碱调节pH到9-10，维持45_55°C的反应温度，加入氧化剂，反应2-3小时，反应结束后，静置分层，倒去上层清液，将下层乳液进行干燥，得到氧化淀粉。所述淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉或小麦淀粉的一种。所述氧化剂为质量百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液，加入量为干淀粉质量的 5%-15%。
所述碱是质量百分比浓度为1的氢氧化钠溶液。上述的油井水泥用固体高温缓凝剂的制备方法，将各原料按其百分比称量后加入搅拌机中，在常温条件下搅拌30-40分钟，混合均勻。
本发明的优点和特点
1、适用温度范围较宽，一般为50-200°C左右。2、对水泥浆的强度发展没有影响。3、加量不敏感，缓凝剂的掺量与稠化时间有很好的线性关系，稠化过渡时间短，曲线形态好。4、与其他外加剂配伍性良好。5、与水泥适应性好，对水泥浆的其他性能没有影响。
具体实施例方式本发明的油井水泥用固体高温缓凝剂，是以氧化淀粉、有机膦酸、氧化锌和硼酸钠为原料混合而成，各原料的质量百分比分别为氧化淀粉为60%-70%，有机膦酸为15%-25%， 氧化锌为5%-15% ；硼酸钠为1%-10%。所述的有机膦酸为羟基乙叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸或乙二胺四亚甲基膦酸中的一种。所述氧化淀粉的制备方法包括如下步骤将淀粉用水配成质量百分比浓度为 25%-30%的淀粉乳液，保持不停搅拌，用碱调节pH到9-10，维持45_55°C的反应温度，加入氧化剂，反应2-3小时，反应结束后，静置分层，倒去上层清液，将下层乳液进行干燥，得到氧化淀粉。所述淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉或小麦淀粉的一种。所述氧化剂为质量百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液，加入量为干淀粉质量的 5%-15%。
所述碱是质量百分比浓度为1的氢氧化钠溶液。上述的油井水泥用固体高温缓凝剂的制备方法，将各原料按其百分比称量后加入搅拌机中，在常温条件下搅拌30-40分钟，混合均勻。下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明
为了理解本发明，下面以实施例进一步说明本发明，但不限制本发明。所述百分数均为质量百分数。实施例1
首先制备氧化淀粉。配制30%马铃薯淀粉乳，保持不停搅拌，搅拌速度为60r/min，用 2%Na0H溶液调pH至9_10，维持反应温度为50°C，加入淀粉(干基)量15%的质量百分比浓度为30%的过氧化氢溶液，氧化过程中羧基的生成导致pH值下降，应加入2%Na0H溶液控制 PH值在稳定的范围内(9-10)，反应2个小时，过滤、干燥得到氧化淀粉。取氧化淀粉325g、羟基乙叉二膦酸100g、氧化锌50g、硼酸钠25g，将四种原料在搅拌机中搅拌30分钟，得到固体高温缓凝剂样品1。实施例2
首先制备氧化淀粉。配制25%玉米淀粉乳，调pH至9-10，维持反应温度为45°C，加入淀粉(干基)量8%的质量百分比浓度为30%的过氧化氢溶液。按照实施例1所述的方法进行操作，得到氧化淀粉。取氧化淀粉300g、氨基三甲叉膦酸115g、氧化锌60g、硼酸钠25g，将四种原料在搅拌机中搅拌30分钟，得到固体高温缓凝剂样品2。实施例3
首先制备氧化淀粉。配制28%木薯淀粉乳，调pH至9-10，维持反应温度为55°C，加入淀粉(干基)量12%的质量百分比浓度为30%的过氧化氢溶液。按照实施例1所述的方法进行操作，得到氧化淀粉。取氧化淀粉350g、乙二胺四亚甲基膦酸90g、氧化锌40g、硼酸钠20g，将四种原料在搅拌机中搅拌30分钟，得到固体高温缓凝剂样品3。实施例4
首先制备氧化淀粉。配制30%小麦淀粉乳，调pH至9-10，维持反应温度为55°C，加入淀粉(干基)量13%的质量百分比浓度为30%的过氧化氢溶液。按照实施例1所述的方法进行操作，得到氧化淀粉。取氧化淀粉310g、乙二胺四亚甲基膦酸120g、氧化锌55g、硼酸钠15g，将四种原料在搅拌机中搅拌30分钟，得到固体高温缓凝剂样品4。实施例5本发明油井水泥高温缓凝剂性能评价
按照SY-T5504. 1-2005标准对缓凝剂进行性能评价。水泥浆配方为嘉华G级水泥 +35%硅粉+缓凝剂+水，水灰比为0. 55，配方中样品加量均以水泥为基准。取样品1，以120°C为代表性温度，研究缓凝剂加量与稠化时间的关系，结果如表1 所示。表1缓凝剂加量与稠化时间的关系
权利要求
1.一种油井水泥用固体高温缓凝剂，其特征在于，是以氧化淀粉、有机膦酸、氧化锌和硼酸钠为原料混合而成，各原料的质量百分比分别为氧化淀粉为60%-70%，有机膦酸为 15%-25%，氧化锌为5%-15% ；硼酸钠为1%-10%。
2.根据权利要求1所述的油井水泥用固体高温缓凝剂，其特征在于，所述的有机膦酸为固体的羟基乙叉二膦酸、氨基三甲叉膦酸或乙二胺四亚甲基膦酸中的一种。
3.根据权利要求1所述油井水泥用固体高温缓凝剂，其特征在于，所述氧化淀粉的制备方法包括如下步骤将淀粉用水配成质量百分比浓度为25%-30%的淀粉乳液，保持不停搅拌，用碱调节PH到9-10，维持45-55°C的反应温度，加入氧化剂，反应2_3小时，反应结束后，静置分层，倒去上层清液，将下层乳液进行干燥，得到氧化淀粉。
4.根据权利要求3所述的油井水泥用固体高温缓凝剂，其特征在于，所述淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉或小麦淀粉的一种。
5.根据权利要求3所述的油井水泥用固体高温缓凝剂，其特征在于，所述氧化剂为质量百分比浓度为30%的过氧化氢水溶液，加入量为干淀粉质量的5%-15%。
6.根据权利要求3所述的油井水泥用固体高温缓凝剂，其特征在于，所述碱是质量百分比浓度为21的氢氧化钠溶液。
7.根据权利要求1所述的油井水泥用固体高温缓凝剂的制备方法，其特征在于，将各原料按其百分比称量后加入搅拌机中，在常温条件下搅拌30-40分钟，混合均勻。
全文摘要
本发明公开了一种油井水泥用固体高温缓凝剂及其制备方法，该缓凝剂由如下四种组分混合而成氧化淀粉、有机膦酸、氧化锌、硼酸钠，四组分的质量分数分别为氧化淀粉60%-70%、有机膦酸15%-25%、氧化锌5%-15%、硼酸钠1%-10%。该缓凝剂在50-200℃范围内能够实现对水泥浆稠化时间的调节，并且对水泥石的强度发展没有影响，加量没有敏感性，与其他油井水泥外加剂配伍性良好。
文档编号C04B24/38GK102382331SQ20111022927
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者刘中华 申请人:天津科力奥尔工程材料技术有限公司