一種耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑及其制備方法，該降失水劑用于石油、天然氣鉆井固井過程中降低水泥漿的失水量。該降失水劑是一種四元共聚物，共聚單體為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N'-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、苯乙烯(SM)、富馬酸(FA)，引發(fā)劑為過硫酸按與亞硫酸氫鈉的混合液。本發(fā)明所提供的降失水劑具有良好的控制失水能力，且能抗200℃高溫和抗飽和鹽水能力，適用范圍寬(40-200℃)。
【專利說明】一種耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種油田固井用的降失水劑及其制備方法，屬于油田化學(xué)及油氣井 固井領(lǐng)域。用于石油、天然氣井的固井過程中降低水泥漿的失水量，且能抗200°C高溫和抗 飽和鹽水能力，適用范圍寬。

【背景技術(shù)】
[0002] 油氣井鉆井完成后，需要下入套管并泵入水泥漿來封固套管與地層之間的環(huán)形空 間。通常情況下，水泥漿是通過套管送入井底，然后從環(huán)形空間上返。由于地層條件復(fù)雜， 井下條件惡劣，固井時水泥漿在壓差的作用下，水泥漿中的自由水會從水泥漿中濾出，進(jìn)入 地層，通常將這個過程稱為水泥漿的失水。如果水泥漿的失水得不到很好地控制，隨著水 泥漿液相含量的降低，水泥漿的流動性變差，稠化時間縮短，嚴(yán)重時導(dǎo)致水泥漿失去流動能 力，變得不可泵送，造成嚴(yán)重的事故；大量的水泥漿濾液進(jìn)入油氣層，會對油氣層產(chǎn)生傷害， 不利于油氣層的保護；在固井的候凝階段，如果水泥漿失水量得不到控制，會引起嚴(yán)重的水 泥漿失重，而引發(fā)環(huán)空氣竄。因此，水泥漿降失水劑在固井施工的安全和提高固井質(zhì)量方 面，起著至關(guān)重要的作用。
[0003] 目前，已有許多類型的油井水泥降失水劑用于注水泥作業(yè)。常用的有纖維素醚類 (羥乙基纖維素、羧甲基纖維素和羧甲基羥乙基纖維素等）、聚乙烯醇類、聚丙烯酰胺類、聚 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)類。聚丙烯酰胺類和聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)類是合成聚合物，其控制失水能力強、抗鹽和耐溫，特別是AMPS聚合物類降失水劑 更具有優(yōu)異的耐高溫和抗鹽性能，AMPS已成為高溫降失水劑的主要合成單體。
[0004] 專利號ZL201110063542. X的專利發(fā)布了一種四元共聚物降失水劑，共聚單體為 2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)、Ν，Ν' 一二甲基丙烯酰胺（DMAA)、丙烯酰胺（AM)、馬來 酸酐（MA)，引發(fā)劑為過硫酸胺與亞硫酸氫鈉的混合液。該發(fā)明所提供的降失水劑具有良好 的控制失水能力和改善水泥漿流變性的能力，在中低溫時具有良好的耐溫抗鹽能力，但溫 度高于150°C時失水難以控制在理想范圍內(nèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑及其制備方法，該降 失水劑可以在200°C高溫和飽和食鹽水中將水泥漿API失水量控制在50ml以內(nèi)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種耐高溫抗鹽油井水泥降 失水劑的制備方法，所述合成方法包括：
[0007] a)配制原料水溶液，所述原料水溶液包括四種單體：2_丙烯酰胺基-2-甲基丙 磺酸AMPS、Ν，Ν' -二甲基丙烯酰胺DMAA、苯乙烯SM、富馬酸FA，其中四種單體的重量份數(shù) 為：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸AMPS45份?70份，Ν，Ν' -二甲基丙烯酰胺DMAA10份? 25份，苯乙烯SM10份?30份，富馬酸FA5份?10份；
[0008] b)采用調(diào)整溶液的濃度、溶液的pH值、反應(yīng)溫度、引發(fā)劑加量、反應(yīng)時間的溶液聚 合條件的方法，使原料水溶液反應(yīng)；
[0009] C)引發(fā)劑為質(zhì)量比1:1的過硫酸胺與亞硫酸氫鈉。
[0010] 所述步驟a)中單體質(zhì)量總和占溶液總質(zhì)量的15%?35%。
[0011] 具體說，按比例將所有單體溶解在去離子水中，調(diào)節(jié)單體溶液的pH值為4?7,將 溶液注入到反應(yīng)釜中，加熱并通入氮氣排除氧氣，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到40°C?80°C，加入占單 體質(zhì)量總和〇. 2 %?2. 0 %的過硫酸胺和亞硫酸氫鈉用以引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)持續(xù)2?6個小 時，制成白色或淺黃色粘稠四元共聚物溶液，即獲得液體油井水泥降失水劑。
[0012] 上述的耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑的制備方法所合成的聚合物類油井水泥降 失水劑。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的降失水劑具有良好的控制失水能力，且能抗 200°C高溫和抗飽和鹽水能力，適用范圍寬（40-200°C )。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的聚合物的紅外光譜圖。

【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0016] 本發(fā)明耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑的制備方法，所述合成方法包括：
[0017] a)配制原料水溶液，所述原料水溶液包括四種單體：2_丙烯酰胺基-2-甲基丙 磺酸（AMPS)、Ν，Ν' -二甲基丙烯酰胺（DMAA)、苯乙烯（SM)、富馬酸（FA)，其中四種單體的 重量份數(shù)為：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS) 45份?70份，Ν，Ν' -二甲基丙烯酰胺 (DMAA) 10份?25份，苯乙烯（SM) 10份?30份，富馬酸（FA) 5份?10份。
[0018] b)采用調(diào)整溶液的濃度、溶液的pH值、反應(yīng)溫度、引發(fā)劑加量、反應(yīng)時間等溶液聚 合條件的方法，使原料水溶液進(jìn)行反應(yīng)。
[0019] C)引發(fā)劑為過硫酸胺與亞硫酸氫鈉（質(zhì)量比1:1)。
[0020] 反應(yīng)單體的總濃度影響聚合反應(yīng)速率和產(chǎn)物降失水性能。單體總濃度過大，易 發(fā)生暴聚或產(chǎn)物粘度過大；反之，單體總濃度過小則易造成反應(yīng)速率過低，產(chǎn)品有效濃度降 低。因此本發(fā)明優(yōu)選的步驟a)反應(yīng)單體重量總和占溶液總重量的15%?35%。
[0021] 所述的油井水泥降失水劑合成方法為水溶液聚合方法：具體說，按比例將所有單 體溶解在去離子水中，調(diào)節(jié)單體溶液的pH值為4?7,將溶液注入到反應(yīng)釜中，加熱并通入 氮氣排除氧氣，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到40°C?80°C，加入占單體質(zhì)量總和0. 2%?2. 0%的過硫酸 胺和亞硫酸氫鈉用以引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)持續(xù)2?6個小時，制成白色或淺黃色粘稠四元共聚物 溶液，即獲得液體油井水泥降失水劑。
[0022] 實施例1
[0023] 按重量份數(shù)，稱取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS) 41. 45份，Ν，Ν'-二甲基丙 烯酞胺（DMAA) 7. 93份，苯乙烯（SM) 8. 33份，富馬酸（FA) 4. 64份。溶于145份去離子水中， 加入適量氫氧化鈉溶液，將pH值調(diào)為7。將溶液加入到三口燒瓶內(nèi)，將三口燒瓶放入60°C 的恒溫水浴中，開始攪拌，并向三口燒瓶中通入氮氣排除氧氣，待三口燒瓶內(nèi)水溶液的溫度 達(dá)到60°C以后，加入9. 35份過硫酸胺和亞硫酸氫鈉的質(zhì)量濃度均為10%的混合溶液引發(fā) 反應(yīng)，反應(yīng)持續(xù)6個小時，制成淺黃色四元共聚物粘稠溶液。代號為樣品1。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明的聚合物的紅外光譜圖。2923CHT1為_CH3的不對稱伸縮振動 峰，1650CHT 1為-C = 0的伸縮振動峰，1650011^15300^1和1390CHT1是-C00-的伸縮吸收 峰，1440CHT 1為長鏈亞甲基的不對稱彎曲振動峰，KMOcnT1和1200CHT1為-SCV的對稱和不 對稱振動吸收峰，623CHT 1處為C-S的伸縮振動峰，1600CHT1是苯環(huán)的特征吸收峰，692CHT1是 單取代苯的特征吸收峰，1620CHT 1?1635CHT1未見碳碳雙鍵的特征吸收峰，這表明共聚物是 由這四種單體合成的，得到了所設(shè)計的目的產(chǎn)物。
[0025] 實施例2
[0026] 本發(fā)明油井水泥降失水劑的降失水性能評價
[0027] 在夾江油井水泥中加入一定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（以水泥質(zhì)量為基準(zhǔn)）的樣品1，按 GB10238-2005標(biāo)準(zhǔn)制備水灰比為0.44的水泥漿，然后按中華人民共和國石油天然氣行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)SY/T5504. 2-2005 "油井水泥降失水劑評價方法"測定樣品1的失水量，評定樣品1的 降失水性能。
[0028] 按照上述方法評定樣品1對油井水泥的降失水效果，結(jié)果見表1。實驗結(jié)果表明， 本發(fā)明的油井水泥降失水劑，在40°C?200°C范圍內(nèi)的淡水溶液中不僅具有良好的降失水 性能，而且在NaCl質(zhì)量百分濃度為36 %的飽和鹽水溶液中仍具有較好的降失水能力，并且 水泥漿的游離液含量為〇,這說明本發(fā)明的油井水泥降失水劑具有較好的耐高溫抗鹽、降失 水性能。
[0029] 表1水泥漿失水量性能表
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑的制備方法，其特征在于，所述合成方法包括： a) 配制原料水溶液，所述原料水溶液包括四種單體：2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺 酸AMPS、Ν，Ν' -二甲基丙烯酰胺DMAA、苯乙烯SM、富馬酸FA，其中四種單體的重量份數(shù) 為：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸AMPS45份?70份，Ν，Ν' -二甲基丙烯酰胺DMAA10份? 25份，苯乙烯SM10份?30份，富馬酸FA5份?10份； b) 采用調(diào)整溶液的濃度、溶液的pH值、反應(yīng)溫度、引發(fā)劑加量、反應(yīng)時間的溶液聚合條 件的方法，使原料水溶液反應(yīng)； c) 引發(fā)劑為質(zhì)量比1:1的過硫酸胺與亞硫酸氫鈉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑的制備方法，其特征在于，所 述步驟a)中單體質(zhì)量總和占溶液總質(zhì)量的15%?35%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑的制備方法，其特征在于， 按比例將所有單體溶解在去離子水中，調(diào)節(jié)單體溶液的pH值為4?7,將溶液注入到反應(yīng)釜 中，加熱并通入氮氣排除氧氣，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到40°C?80°C，加入占單體質(zhì)量總和0. 2%? 2. 0%的過硫酸胺和亞硫酸氫鈉用以引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)持續(xù)2?6個小時，制成白色或淺黃色 粘稠四元共聚物溶液，即獲得液體油井水泥降失水劑。
4. 一種權(quán)利要求1-3任一項所述的耐高溫抗鹽油井水泥降失水劑的制備方法所合成 的聚合物類油井水泥降失水劑。
【文檔編號】C08F220/58GK104193897SQ201410428963
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】田寶振, 鐘福海, 陳 光, 高飛, 尹璇, 吳晉波, 尹璐, 覃毅 申請人:中國石油集團渤海鉆探工程有限公司