一种温度自适应型缓凝剂的制备方法技术领域
本发明涉及一种温度自适应型缓凝剂的制备方法，属油井水泥外加剂技术领域。
背景技术
随着勘探开发技术不断向深井、超深井的深入，常会遇到长封固段大温差低压易
漏固井施工，由于封固段长，为保证高温条件下的施工安全，通常加入大量缓凝剂。但在低
温下缓凝作用无法及时消除，易造成水泥浆在井段顶部低温区域抗压强度发展缓慢，甚至
无法凝结，从而影响固井质量和油气井安全。目前国内外常用的缓凝剂主要有木质素磺酸
盐及其衍生物，羟基羧酸及其盐（酒石酸、柠檬酸等），纤维素衍生物，糖类化合物，有机磷酸
盐，合成聚合物等，然而现有缓凝剂不能完全消除温差效应对水泥石强度的影响，易造成水
泥浆在井段顶部低温区域抗压强度发展缓慢，甚至无法凝结，严重影响固井质量及后续施
工进度。
因此，亟需研发出一种适用于大温差油井的耐高温缓凝剂，以满足高温深井长封
固段大温差固井高温下缓凝、低温下水泥石早期抗压强度发展快的要求。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种对温度敏感性小，在高温下具有良好的缓凝作用，对
水泥柱顶部抗压强度影响小，且与其他外加剂配伍性好的温度自适应型缓凝剂的制备方
法。
本发明是这样实现的：
一种温度自适应型缓凝剂的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）、将对苯乙烯磺酸钠、衣康酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶于去离子水中，并
搅拌均匀，得溶液A；
2）、将甲基烯丙基聚氧乙烯醚溶于去离子水中，得溶液B；
3）、定量称取2份过硫酸钾，1份溶于溶液A中，另1份溶于溶液B中；
4）、将溶液A置于装有搅拌器和通氮装置的四口烧瓶中，升温至65℃，在不断搅拌条件
下，采用恒压滴液漏斗将溶液B滴加至溶液液中，滴加速度为30～40滴每分钟，滴加完毕后
继续反应3～4小时，得，温度自适应型缓凝剂产品。
所述的对苯乙烯磺酸钠、衣康酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基烯丙基聚
氧乙烯醚的质量比为20～25:5～10:1～3:1～3。
所述总单体浓度为25%～35%。（总单体具体指对苯乙烯磺酸钠、衣康酸、甲基丙烯
酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基烯丙基聚氧乙烯醚）
所述引发剂浓度为单体总量的0.3%～0.5%（引发剂是过硫酸钾）。
本发明的优点在于：
1、缓凝性能强；该缓凝剂分子上同时含有阴离子和阳离子基团，阴离子基团吸附在水
化水泥颗粒表面带正电的部分，阳离子基团吸附在水化水泥颗粒表面带负电的部分，双重
吸附作用增加了缓凝剂的缓凝性能。
2、缓凝剂分子中的阴阳离子基团赋予其分子结构温度响应特性，低温环境中，分
子链蜷曲，吸附基团处于束缚状态，减少对水泥颗粒的吸附，缓凝性能减弱。而在高温条件
下下，分子链舒展，暴露出更多的吸附基团，缓凝性能增强。并且，这一过程是可逆的，从而
可适应大温差固井环境，克服了常规缓凝剂引起的低温水泥柱超缓凝的难题。
3、缓凝剂分子中含有温敏性单体TPEG，低温下，长侧基醚链与水分子以氢键方式
键合，使得分子侧基舒展，长链的空间位阻作用，阻碍了阴阳离子在水泥颗粒表面的吸附，
从而削弱了低温下的缓凝作用。高温下，温度效应使得分子热运动加剧，醚键与水分子的氢
键作用减弱，从而分子侧基坍缩，空间位阻作用减小，使得阴阳离子更易吸附于水泥颗粒表
面，缓凝能力增强，从而实现缓凝剂的大温差特性。
具体实施方式
实施例1：
依次称取20g对苯乙烯磺酸钠、5g衣康酸、3g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.05g过
硫酸钾溶于50ml去离子水中，记为A液；称取1g甲基烯丙基聚氧乙烯醚、0.05g过硫酸钾溶于
30ml去离子水中， 记为B液；将A液置于装有搅拌器和通氮装置的四口烧瓶中，升温至65℃，
在不断搅拌条件下，采用恒压滴液漏斗将B液滴加至A液中，滴加速度为30～40滴每分钟，滴
加完毕后继续反应3小时，即可得到温度自适应型缓凝剂样品，其固含量为26.4%,记为样品
1。
实施例2：
依次称取22g对苯乙烯磺酸钠、8g衣康酸、2g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.06g过
硫酸钾溶于50ml去离子水中，记为A液；称取2g甲基烯丙基聚氧乙烯醚、0.06g过硫酸钾溶于
30ml去离子水中，记为B液；将A液置于装有搅拌器和通氮装置的四口烧瓶中，升温至65℃，
在不断搅拌条件下，采用恒压滴液漏斗将B液滴加至A液中，滴加速度为30～40滴每分钟，滴
加完毕后继续反应3小时，即可得到温度自适应型缓凝剂样品，其固含量为28.9%，记为样品
2。
实施例3
依次称取25g对苯乙烯磺酸钠、10g衣康酸、3g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.05g
过硫酸钾溶于60ml去离子水中，记为A液；称取3g甲基烯丙基聚氧乙烯醚、0.05g过硫酸钾溶
于30ml去离子水中， 记为B液；将A液置于装有搅拌器和通氮装置的四口烧瓶中，升温至65
℃，在不断搅拌条件下，采用恒压滴液漏斗将B液滴加至A液中，滴加速度为30～40滴每分
钟，滴加完毕后继续反应3小时，即可得到温度自适应型缓凝剂样品，其固含量为30.3%,记
为样品3。
实施例4
依次称取20g对苯乙烯磺酸钠、5g衣康酸、1g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.05g过
硫酸钾溶于50ml去离子水中，记为A液；称取1g甲基烯丙基聚氧乙烯醚、0.05g过硫酸钾溶于
30ml去离子水中， 记为B液；将A液置于装有搅拌器和通氮装置的四口烧瓶中，升温至65℃，
在不断搅拌条件下，采用恒压滴液漏斗将B液滴加至A液中，滴加速度为30～40滴每分钟，滴
加完毕后继续反应3小时，即可得到温度自适应型缓凝剂样品，其固含量为25.2%,记为样品
4。
为检测本发明制备的温度自适应型缓凝剂产品性能；根据SY/T 5504.1-2013《油
井水泥外加剂评价方法第1部分：缓凝剂》对实例中的样品1～４进行稠化时间评价，依据
GB19139-2003采用高温动态预制方式考察水泥石顶部抗压强度，即水泥浆配浆后装入高温
高压稠化仪，按稠化试验方案进入恒温段，恒温60min后降至顶部静止温度，拆出稠化仪浆
杯，去油处理，然后制模放入养护温度养护至龄期。以尽可能模拟现场施工条件，获得最真
实的水泥浆性能。高温条件下水泥石的抗压强度的考察，水泥浆在高温高压养护斧中对应
的高温温度下进行养护，达到养护龄期后，测试水泥石抗压强度。
水泥浆基本配方为：嘉华G级水泥+35%硅砂+1%降失水剂+缓凝剂，水固比为0.44。
由表1～表４可以看出，实例中的缓凝剂样品对高温条件下水泥石抗压强度影响不
大，并且对顶部水泥石的强度发展没有不良影响，在60℃、90℃时，顶部水泥石强度也能够
较快发展，均达到14MPa以上，满足施工要求，也能克服了“大温差效应”对高温水泥浆体系
带来的“超缓凝”的问题。