為解決固井替漿過程中鉆井液和水泥漿接觸后混合漿體流變性變差的問題，采用氧化－還原引發(fā)共聚反應(yīng)，合成了一種高效雙分散劑Ｆ－２。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對其性能進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果表明：聚合物鉆井液和常用水泥漿加入雙分散劑Ｆ－２后，其流變性能得到改善；常用水泥漿加入雙分散劑Ｆ－２有助于提高水泥石強(qiáng)度；加入雙分散劑Ｆ－２的常用水泥漿與聚合物鉆井液按不同比例混合后，其流變性能沒有出現(xiàn)明顯的突變；雙分散劑Ｆ－２的最優(yōu)加量為０．５％。雙分散劑Ｆ－２在勝利油田２口非常規(guī)水平井固井中進(jìn)行了試驗(yàn)，在水泥漿頂替鉆井液的過程中，沒有出現(xiàn)由于鉆井液與水泥漿相混流變性變差的問題，整個(gè)固井施工過程順利，其中１口井的第一界面膠結(jié)質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率高達(dá)９５％，第二界面膠結(jié)強(qiáng)度中等以上，而未應(yīng)用雙分散劑Ｆ－２的鄰井第一、二界面膠結(jié)質(zhì)量僅為合格。雙分散劑Ｆ－２不僅能對水泥漿和鉆井液起到良好的分散效果，也為固井替漿過程中出現(xiàn)的漿體增黏、變稠問題提供了新的解決途徑。

關(guān)鍵詞：固井水泥漿鉆井液分散劑勝利油田Ｙ２２７－１ＨＦ井

　在固井施工水泥漿頂替鉆井液過程中，水泥漿與鉆井液接觸，二者將發(fā)生不同程度的相互污染。鉆井液與水泥漿直接接觸，混合后的漿體易出現(xiàn)變稠、變黏、甚至絮凝結(jié)塊的現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至造成井下故障。而水泥漿受到鉆井液污染后，流變性變差，候凝時(shí)間延長、水泥石抗壓強(qiáng)度下降，嚴(yán)重影響層間的封隔質(zhì)量。為改善這一不良情況，常在二者之間使用一段前置隔離液［１－３］。筆者分析了造成水泥漿和鉆井液混合后二者流變性都變差的原因，認(rèn)為是二者所用分散劑僅對自己起分散作用［４－８］，但國內(nèi)外對于同時(shí)對水泥漿和鉆井液都能起到良好分散效果的處理劑的研究基本處于空白。為此，筆者合成了一種具有高效雙分散作用的分散劑Ｆ－２。

１　雙分散劑Ｆ－２的合成

１．１　研制思路

石油行業(yè)中常用聚馬來酸酐（或水解聚馬來酸）作為優(yōu)良的水泥漿分散劑［９］，用聚丙烯酸（或其鹽）作為良好的水基鉆井液稀釋劑。因此考慮利用單體烯丙基磺酸鈉（ＡＳ）、馬來酸酐（ＭＡ）、丙烯酸（ＡＡ），采用較好的引發(fā)劑，在合適的溫度下進(jìn)行共聚反應(yīng)，合成一種新型高效雙分散劑，既能很好地分散水泥漿，也能對鉆井液起到良好的分散作用。筆者采用正交試驗(yàn)對反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物質(zhì)量比和引發(fā)劑加量等進(jìn)行了優(yōu)化，確定反應(yīng)物ＡＳ，ＭＡ和ＡＡ的最佳質(zhì)量比為６．０∶１．０∶６．６。

１．２　原料及儀器

原料：烯丙基磺酸鈉（ＡＳ）、馬來酸酐（ＭＡ）、丙烯酸（ＡＡ）、過硫酸銨、亞硫酸鈉、異丙醇、氫氧化鈉、木質(zhì)素磺酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉，均為分析純。儀器：集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、１０１－Ａ型電熱鼓風(fēng)干燥箱、ＦＡ－２２０４Ｂ型分析天平、滾子加熱爐、ＤＦＣ－０７１０Ｂ 型增壓稠化儀和六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)等。

１．３　合成方法

在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器內(nèi)安裝帶有冷凝管、溫度計(jì)和滴液漏斗的三口燒瓶進(jìn)行聚合反應(yīng)，在５０℃溫度下，依次加入烯丙基磺酸鈉、馬來酐、丙烯酸和蒸餾水（ＡＳ，ＭＡ 和ＡＡ 的質(zhì)量比為６．０∶１．０∶６．６），加熱攪拌，待固體完全溶解后，升溫至７０℃，攪拌１５ｍｉｎ后分別加入１％的亞硫酸鈉和２％的過硫酸銨，滴加完畢后恒溫反應(yīng)３ｈ，再加入２ｍＬ異丙醇，恒溫０．５ｈ后取出，用４５％的氫氧化鈉溶液將其ｐＨ 值調(diào)至５～６，放置２４ｈ后即得雙分散劑Ｆ－２。

化學(xué)反應(yīng)式為：

２　雙分散劑Ｆ－２的性能評價(jià)

２．１?。疲驳幕拘阅?

按照參考文獻(xiàn)［１０－１１］中的方法，分別使用常用水泥漿和聚合物鉆井液對分散劑Ｆ－２的基本性能進(jìn)行評價(jià)。常用水泥漿配方為嘉華Ｇ級水泥＋０．６％分散劑＋０．６％降濾失劑ＳＷＪ－７，水灰比０．４４。聚合物鉆井液配方為膨潤土＋４．０％碳酸鈉＋０．４％ＦＡ３６７＋３．８％ＸＹ－２７＋水＋０．５％分散劑。

２．１．１?。疲矊λ酀{和鉆井液流變性的影響

在常用水泥漿和聚合物鉆井液中分別加入雙分散劑Ｆ－２、水泥漿用分散劑ＳＸＹ和鉆井液用分散劑ＳＭＰ，測試常溫下常用水泥漿的流動度和聚合物鉆井液的表觀黏度，結(jié)果為：常用水泥漿加入分散劑前的流動度為１４ｃｍ；加入Ｆ－２，ＳＸＹ 和ＳＭＰ后的流動度分別為２５，２２和１５ｃｍ。聚合物鉆井液加入分散劑前的表觀黏度為７３ｍＰａ·ｓ；加入Ｆ－２，ＳＸＹ和ＳＭＰ后的表觀黏度分別為４２，６８和４０ｍＰａ·ｓ。由此可以看出，ＳＸＹ 只對水泥漿有較好的分散效果，ＳＭＰ只對鉆井液有較好的分散效果，而Ｆ－２對水泥漿、鉆井液都表現(xiàn)出良好的分散性能，較好地改善了水泥漿和鉆井液的流變性。這是因?yàn)椋疲驳拇蠓肿渔溕蠋в休^多的—ＳＯ－３和—ＣＯＯ－ 基團(tuán)，容易吸附在水化初期帶正電荷的水泥顆粒表面；同時(shí)，Ｆ－２的陰離子型大分子鏈又能增加黏土顆粒的負(fù)電動電位和強(qiáng)化負(fù)電顆粒的水化效應(yīng)［１２－１３］。

２．１．２?。疲矊λ嗍箟簭?qiáng)度的影響

在常用水泥漿中分別加入０．５％的Ｆ－２，ＳＸＹ和ＳＭＰ，測試其所形成水泥石在９０ ℃溫度下、養(yǎng)護(hù)２４和７２ｈ后的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果為：常用水泥漿所形成的水泥石養(yǎng)護(hù)２４和７２ｈ后的抗壓強(qiáng)度分別為１０．１和１２．８ＭＰａ；常用水泥漿加入Ｆ－２，ＳＸＹ和ＳＭＰ所形成的水泥石養(yǎng)護(hù)２４ｈ后的抗壓強(qiáng)度分別為１４．８，１２．５和６．２ＭＰａ，養(yǎng)護(hù)７２ｈ后的抗壓強(qiáng)度分別為１７．０，１３．５和７．７ＭＰａ。由此可以看出，常用水泥漿加入Ｆ－２所形成水泥石的抗壓強(qiáng)度高于加入ＳＸＹ和ＳＭＰ所形成的水泥石。其主要原因是：水泥漿加入Ｆ－２分散更好，水泥顆粒與水接觸更充分，水化分散程度更高，形成的水化產(chǎn)物更為致密均勻，從而有助于水泥石抗壓強(qiáng)度的提高。