Page 216 - 《精细化工》2023年第1期

·208· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

formed by WEP thus reducing the contact between hydration products and CO 2 and lead to improvement of
the CO 2 corrosion resistance of the cement stone.
Key words: oil well cement; epoxy resin; high temperature anticorrosion; water-based resin;oil field
chemicals

随着油气资源开发的不断深入，油气开采面临 接应用于水泥浆中，简化了施工工序。同时，通过
[1]
的挑战也日益增加 ，尤其已探明的含 CO 2 气体储 引入苯环刚性结构单元，进一步提高树脂耐温性。
层越来越多，在地层高温高压条件下，CO 2 气体处 本文最终选定以苯乙烯磺酸钠为单体对 E54 进行
[2]
于超临界状态，给固井水泥环带来腐蚀威胁 。一 聚合接枝改性。将改性后的树脂应用于固井水泥浆
旦固井水泥环被腐蚀，其力学性能下降，水泥环开 中，重点讨论了改性树脂对水泥石抗 CO 2 腐蚀性能
裂和窜流的问题就接踵而至，这将危及油气井安全 的影响。本研究有望对提高固井水泥石环复杂环境
生产，严重时还会导致油气井生产寿命缩短，甚至 下的耐久性提供借鉴，同时拓宽环氧树脂的应用范围。
报废 [3-4] 。而且地层流体窜流至地面，也会对周围生
态环境造成危害 [2, 5] 。因此，提高固井水泥环抗 CO 2 1 实验部分
腐蚀性能，对于保障油气井安全生产，延长油气井
1.1 试剂与仪器
寿命有着极为重要的意义，也是目前固井水泥领域
环氧树脂 E54、苯乙烯磺酸钠（SSS）、乙二醇
的研究热点。
甲醚、过氧化苯甲酰、无水乙醇、顺丁烯二酸酐，
目前，提高水泥环抗 CO 2 气体侵蚀能力的措施
分析纯，成都市科龙试剂厂；G 级油井水泥，工业
主要有两种。一是优化水泥组成，通过在水泥中加
品，嘉华特种水泥股份有限公司；分散剂 SYWJ-1、
入硅灰、粉煤灰等粒径较小的无机填料，以填充水
降失水剂 SWJ-1 和消泡剂 X60L，川庆钻探井下作
泥石孔隙、增加水泥石致密度及降低体系中碱性物
业公司；硅粉，中海油田服务股份有限公司。
质的比例，从而提高水泥环对酸性介质的抗腐蚀性
[6]
能 。但这种方法主要是通过降低酸性介质在水泥 WQF 520 型傅里叶变换红外光谱仪，北京瑞丽
分析仪器有限公司；Bruker AVANCE Ⅲ HD 400 核
环基体中的渗透率来减缓腐蚀速率，其长期作用效
磁共振波谱仪，瑞士 Bruker 公司；TG16G 离心机，
果有限，且超细无机材料的加入会使水泥浆增稠，
山东博科生物产业有限公司；BT- 9300LD 干湿法激
给施工带来不利影响。提高水泥环抗 CO 2 气体侵蚀
光粒度仪、荧光数码显微镜，德国 Carl Zeiss 公司；
能力的第二种措施是在水泥中加入胶乳，利用胶乳
的成膜作用，阻止酸性气体对水泥石的腐蚀 [7-8] 。但 TTRⅢ X 射线衍射仪，荷兰 Panalytical B.V.公司；
Quanta 250 FEG 型环境扫描电子显微镜，美国 FEI
胶乳不耐高温，当温度超过 90 ℃，胶乳膜就会被破
坏，对水泥石的防腐效果减弱 [9-10] 。环氧树脂是一 公司；NYL-300 型压力试验机，中国建设技术与设
备公司；STA449F3 同步综合热分析仪，法国 Labsys
种热固性树脂，可以在相当宽的温度范围内固化，
EVO 公司；油浴锅、旋转蒸发仪、恒温振荡器，巩
固化物有很高的强度和黏接强度、较高的耐腐蚀性
义市予华仪器有限公司；增压养护釜、高温高压养
及一定的韧性和耐热性，在提高水泥石性能方面具
有独特的优势 [11-12] 。CESTARI 等 [13] 研制了两种环氧 护釜，沈阳泰格石油仪器开发有限公司；圆柱状水
树脂水泥，进行了水泥石与 HCl 相互作用动力学研 泥石养护模具，河北安凯实验仪器有限公司。
究，发现环氧树脂加入后，会限制酸性物质向水泥 1.2 水性环氧树脂 WEP 的制备
石内部扩散，从而提高了水泥石抗腐蚀性能。张红 采用自由基溶液聚合法 [15] 对环氧树脂进行改
丹 [14] 向水泥浆中加入环氧树脂乳液，评价了固化后 性，具体步骤如下：称取 20.0 g 环氧树脂 E54 溶解
环氧树脂水泥石抗 CO 2、H 2S 腐蚀情况，结果表明环 于 20.0 g 乙二醇甲醚中，搅拌均匀后转入 250 mL
氧树脂水泥石对 CO 2、H 2S 的防腐蚀性能均得到提高。 三口烧瓶，向烧瓶中通入氮气，油浴升温到 80 ℃；
由于环氧树脂为脂溶性物质，并不能直接掺于 30 min 后加入质量分数为 15%的引发剂过氧化苯甲
水泥浆中，所以目前多以乳液方式应用于水泥浆中。 酰的丙酮溶液 10.0 mL；缓慢滴加苯乙烯磺酸钠
但乳液成分复杂，会对水泥浆性能带来一些负面影 8.0 g（溶解在 16.0 g 去离子水中），在 80 ℃下反应
响，且乳液稳定性不高，常需要现配现用，增加了 4 h，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，使用 100 mL
固井施工的复杂性。基于此，本文对价廉易得的环 去离子水对产物进行 3 次洗涤，分离出未反应的苯
氧树脂 E54 进行改性，通过引入磺酸基团，提高环 乙烯磺酸钠单体，得到目标产物 WEP，为浅黄色透
氧树脂的自乳化性能，使其无需外加乳化剂就可直 明液体。反应路线如下所示。