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第 7 期 张 健，等: 一种大温差耐温耐盐缓凝剂的合成及性能评价 ·1241·

Both interlayer spacing change with temperature and competition adsorption between cations and anions in
PMC-180 could effectively decrease excessive adsorption of the retarder at low temperature, which made
PMC-180 have good adaptability of large temperature difference.
Key words: long cementing segment; large temperature difference; temperature resistance and salt
tolerance; montmorillonite; retarder; oil-field chemicals
Foundation item: National High Technology Research and Development Program of China
(2012AA091501-003)

石油浅层易采储量不断减少，油田勘探开发已 采用溶液聚合原位插层法制备出一种聚合物基/蒙
向深井、超深井方面发展，长封固段固井的井次越 脱土复合型大温差油井水泥缓凝剂（PMC-180），表
来越多，长封固段固井主要采用一次性注水泥封固 征了合成产物的结构，评价了其应用性能，并进一
技术，由于水泥浆一次性上返封固段长、封固段顶 步探讨了其缓凝机理及适应大温差机理。这对进一
部和底部温差大（>40 ℃），造成固井水泥外加剂跨 步自主研制耐温抗盐且适应大温差固井用缓凝剂具
温区适用，经常出现底部水泥浆能够按照施工要求 有一定的参考价值。
凝固，而顶部水泥浆出现缓凝或超缓凝现象 [1-4] ，这
一现象不但严重影响固井质量，延缓钻井作业进程， 1 实验部分
[5]
还增加了后续钻井作业的安全风险 。为此，研制
1.1 主要试剂
耐温耐盐性能良好的大温差缓凝剂对解决长封固段
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS），AR，青
固井施工难题至关重要。
岛奥陆石油机械有限公司；丙烯酸（AA），AR，济
目前，广泛应用于油井水泥的缓凝剂品种繁多，
南沃尔德化工有限公司；二烯丙基二甲基氯化铵
主要包括早期使用的木质素磺酸盐类、糖类化合物、
（DMDAAC），AR，烟台开发区星火化工有限公司；
硼酸及其盐类、有机膦等缓凝剂和 20 世纪 90 年代 钠基蒙脱土〔离子交换容量（CEC）：1.16 mmol/g〕，
发展起来的聚合物类缓凝剂 [6-7] ，虽然这些材料廉价
新疆中非夏子街膨润土有限公司；过硫酸钾（KPS），
易得且具有良好的缓凝作用，但因其结构非均性而
AR（在 40~50 ℃下用去离子水进行重结晶后使用），
导致使用效果差异多变，或多或少存在超缓凝或加
[8]
量敏感、抗温抗盐性差等缺点 ，难以适应当前苛 成都市科龙化工试剂厂；G 级高抗硫油井水泥，四
川嘉华企业（集团）股份有限公司；硅粉，200 目
刻的现场施工条件，特别是长封固段大温差固井。
筛筛余小于 4%、SiO 2 质量分数不低于 98%，安县
近年来，国内外油化工作者有针对性地研究了大量
华西矿粉有限公司；SZ1-2、LT-2（分散剂），成都
耐盐抗温聚合物缓凝剂，其中以 2-丙烯酰胺-2-甲基
川锋化学工程有限公司。
丙磺酸（AMPS）类聚合物最为引人注目，凭借其
1.2 PMC-180 的合成
稳定的性能逐渐成为深井和超深井固井施工首选缓
凝剂，且已成为现阶段国内外研发热点 [9-10] 。而蒙 在经过 24 h 预水化的蒙脱土悬浮液（固含量为
5%）中加入 10.8 g 二烯丙基二甲基氯化铵，放入超
脱土具有片层状结构、离子异价类质同象置换特性、
水热膨胀以及热稳定性高等特点 [11-13] ，制备有机聚 声波清洗器中超声分散 2 h，即得二烯丙基二甲基氯
化铵改性的有机蒙脱土悬浮液，然后冷却至室温离
合物/无机蒙脱土插层复合材料，不仅有可能将无机
心分离，水洗两遍，乙醇溶液洗涤至硝酸银溶液检
材料热稳定性与聚合物的韧性、易加工性结合于一
体，还可能实现不同温度下膨润土硅酸盐夹层之间 测不再有沉淀产生，最后 70 ℃下真空干燥，研磨粉
有机聚合物的控制释放功能，近而达到减缓甚至消 碎即得改性蒙脱土（O-MMT）。
除聚合物类缓凝剂低温情况下过渡缓凝的目的，获 在装有搅拌器、冷凝管、温度计、100 mL 去离
得一种抗温抗盐性能优异且适用于大温差固井的新 子水的 250 mL 四口烧瓶中，先加入 20.0 g 的改性
型缓凝剂。 有机蒙脱土，再依次加入 12.50 g 2-丙烯酰胺基-2-
为此，本文首先用可聚合季铵盐〔二烯丙基二 甲基丙磺酸（AMPS）、8.30 g 丙烯酸（AA）、4.17 g
甲基氯化铵（DMDAAC）〕对钠基蒙脱土进行有机 二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）搅拌充分溶解
化改性，通过在蒙脱土层间引入可聚合双键增强蒙 （总单体质量分数为 30%），用 NaOH 溶液调节体
脱土与单体的相容性，然后以其作为活性聚合填料， 系的 pH=6，之后升温至 60 ℃，待有机蒙脱土被反
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸（AA）、 应单体充分饱和吸收后，升温至 70 ℃，向反应体系
二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）作为共聚单体， 中滴加 0.123 g 引发剂溶液同时通入氮气 15 min，待