一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑及其制備方法。該制備方法包括：按45-80∶5-17∶7-18∶8-20的質(zhì)量比分別稱取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨、馬來酸酐或衣康酸或富馬酸、丙烯酸或甲基丙烯酸四種聚合單體，將前三種單體溶于水中，然后加入多聚磷酸鈉和二苯胺基脲，再依次加入鏈轉(zhuǎn)移試劑和引發(fā)劑，最后滴加第四種單體，加熱反應(yīng)、調(diào)節(jié)pH值后,得到共聚物緩凝劑。本發(fā)明還提供一種由上述制備方法制備得到的耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑。該緩凝劑耐溫可達230℃，高溫分散性弱，低溫下水泥石強度發(fā)展快，其加入量與水泥漿稠化時間線性關(guān)系好，水泥漿綜合性能良好。
【專利說明】一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑及其制備方法，屬于固井水泥緩凝 劑【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油田勘探開發(fā)向深井、超深井和復(fù)雜井方向發(fā)展，井底溫度和壓力不斷升高， 給固井工程帶來許多困難和挑戰(zhàn)。因此，為了滿足高溫油氣井固井工程對固井水泥漿的特 殊要求，防止在深井、超深井固井作業(yè)中水泥漿在泵送過程中快速稠化和凝結(jié)，保證施工安 全順利進行，需在水泥漿中加入一定量的緩凝劑以改善高溫高壓下水泥漿的稠化性能和流 變性能。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)公開了多種合成聚合物作為油井水泥緩凝劑。如CN101402849A( -種油 氣井固井高溫緩凝劑及其制備方法）公開了一種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和衣康酸 的二元共聚物，能耐200°C，但其合成工藝復(fù)雜，采用N，N-二甲基丙酰胺為母液，污染環(huán)境， 且180°C時稠化過程中水泥漿出現(xiàn)"包芯"和"鼓包"等異常膠凝現(xiàn)象，將影響固井水泥漿 性能，帶來固井風(fēng)險。CN101967371A(抗高溫油井水泥緩凝劑及其制備方法）公開了一種 2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺和N，N-二甲基丙基丙烯酰胺四元共聚物 緩凝劑，能夠耐180°C的高溫，可適用于長封固段、大溫差固井，但該緩凝劑不適用于井底循 環(huán)溫度更高的深井或超深井固井作業(yè)，并且水泥漿稠化時間隨溫度有嚴重的"倒掛"現(xiàn)象， 提高固井風(fēng)險。此外，國內(nèi)研究者開發(fā)的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、雙羧基酸和丙烯 酸三聚物緩凝劑耐溫可達200°C，但由于其分子結(jié)構(gòu)中含有大量的強分散性基團（如-SO 3' 羧酸基團等），使聚合物在高溫下有較強的稀釋性和分散性，致使水泥漿高溫穩(wěn)定性能差， 影響第一、二界面的膠結(jié)質(zhì)量，從而易出現(xiàn)油氣水竄槽，影響固井質(zhì)量。
[0004] 上述專利文獻為代表的現(xiàn)有技術(shù)，雖在聚合物類緩凝劑耐溫性方面有了很大進 步，但在130°C以上現(xiàn)有技術(shù)對水泥漿的穩(wěn)定性能影響較大，且部分緩凝劑對水泥漿稠化性 能及水泥石低溫強度發(fā)展有較大的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑 及其制備方法，該緩凝劑的高溫調(diào)凝效果好、高溫分散性弱、對水泥石低溫下強度發(fā)展影響 較小。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明首先提供一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑的制備方 法，包括以下步驟：
[0007] (1)按45_80 :5_17 :8_20 :7_18的質(zhì)量比分別稱取2_丙稀醜胺基_2_甲基丙橫 酸、二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酸（AA)或甲基丙烯酸、馬來酸酐（M)或衣康酸或富馬酸 四種聚合單體，將2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、二甲基二烯丙基氯化銨、馬來酸酐 或衣康酸或富馬酸溶于占四種單體總質(zhì)量186% -400%的去離子水中得到單體混合溶液， 然后將單體混合溶液轉(zhuǎn)移反應(yīng)容器中，在氮氣氛中攪拌并加熱，得到混合溶液；
[0008] (2)向上述混合溶液中分別加入占單體總質(zhì)量0. 08% -0. 2%的多聚磷酸鈉和占 單體總質(zhì)量〇. 08 % -0. 2 %的二苯胺基脲，使其完全溶解；
[0009] (3)將混合溶液的溫度升至50-65°C，加入占單體總質(zhì)量0· 5% -2. 5 %的鏈轉(zhuǎn)移 齊U，恒溫攪拌；
[0010] ⑷稱量占單體總質(zhì)量1. 2%-3. 0%的引發(fā)劑，配成質(zhì)量濃度為15%-40%的引發(fā) 劑水溶液；
[0011] (5)將引發(fā)劑水溶液和丙烯酸或甲基丙烯酸分別逐滴加入步驟（3)的混合溶液 中，緩慢升溫至70-85°C回流4-10h后，調(diào)節(jié)pH值至4-6后，冷卻至室溫，得到耐高溫共聚物 油井水泥緩凝劑。
[0012] 上述制備方法中，優(yōu)選地，步驟（1)中攪拌轉(zhuǎn)速為200-350r/min。
[0013] 上述制備方法中，優(yōu)選地，步驟（3)中攪拌時間為20-40min。
[0014] 在上述制備方法中，優(yōu)選地，所采用的鏈轉(zhuǎn)移劑為十二硫醇、次磷酸或異丙醇。
[0015] 在上述制備方法中，優(yōu)選地，所采用的引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨或偶氮二異丁 咪唑啉鹽酸鹽。
[0016] 上述制備方法中，優(yōu)選地，在步驟（5)中，使用質(zhì)量濃度為40%的氫氧化鈉溶液對 pH值進行調(diào)節(jié)。
[0017] 本發(fā)明還提供一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑，其是由上述方法制備得到的。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，上述耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑緩凝劑 的粘度為300-1800mPa · S，分子量為4800-123580 ;更優(yōu)選地，耐高溫共聚物油井水泥緩凝 劑的粘度為400-1000mPa · s，分子量為6000-50000。
[0019] 本發(fā)明提供的耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑的制備方法比較簡單，所得到的緩凝 劑產(chǎn)品性能穩(wěn)定。該緩凝劑的耐溫可達230°C、抗鹽達飽和；高溫分散性弱，可解決水泥漿 高溫嚴重沉降的問題，有利于提高固井一、二界面膠結(jié)質(zhì)量。該緩凝劑與多種外加劑配伍性 和相容性好，其加量與水泥漿稠化時間線性關(guān)系好，低溫下水泥石強度發(fā)展快，水泥漿綜合 性能良好，可解決長封固段大溫差固井水泥漿頂部超緩凝難題，對深井長封固段提高固井 質(zhì)量、簡化井身結(jié)構(gòu)及節(jié)約鉆井成本等方面具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為實施例1的緩凝劑不同加入量下水泥漿稠化時間與溫度的關(guān)系圖；
[0021] 圖2為加入實施例1的緩凝劑的鹽濃度為15%的G級水泥漿在130°C X65MPa條 件下的稠化曲線圖；
[0022] 圖3a為加入實施例1的共聚物緩凝劑的G級水泥漿170°C X 90MPa稠化曲線圖；
[0023] 圖3b為加入對比例1的共聚物緩凝劑的G級水泥漿170°C X 90MPa稠化曲線圖；
[0024] 圖4a為加入實施例1的共聚物緩凝劑的G級水泥漿140°C X 70MPa稠化曲線圖；
[0025] 圖4b為加入對比例2的共聚物緩凝劑的G級水泥漿140°C X 70MPa稠化曲線圖；
[0026] 圖5a為加入實施例1的共聚物緩凝劑的G級水泥漿210°C X IHMPa稠化曲線圖；
[0027] 圖5b為加入對比例3的共聚物緩凝劑的G級水泥漿210°C X IHMPa稠化曲線圖；
[0028] 圖6為加入實施例1、對比例1和對比例2的共聚物緩凝劑的G級水泥漿經(jīng) 150°C (BHCT)養(yǎng)護后進行BP沉降穩(wěn)定性試驗對比圖；
[0029] 圖7為加入實施例1和對比例1提供的共聚物緩凝劑的G級水泥漿的 70°C X 2IMPa靜膠凝強度發(fā)展曲線對比圖；
[0030] 圖8為實施例1提供的共聚物緩凝劑的紅外光譜圖。

【具體實施方式】
[0031] 為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技 術(shù)方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。
[0032] 實施例1
[0033] 本實施例提供了一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑的制備方法，包括以下步驟：
[0034] 分別稱取105g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、7. 5g二甲基二烯丙基氯化銨、15g 馬來酸酐，溶于350g去離子水中，然后轉(zhuǎn)移至裝有攪拌器、溫度計、恒壓滴定漏斗及氮氣入 口的四口燒瓶中，加熱攪拌且通入氮氣，使原料充分溶解；
[0035] 在升溫攪拌的過程中向溶液體系中分別加入0. 15g多聚磷酸鈉和0. 15g二苯胺基 脲，使其完全溶解；
[0036] 當(dāng)溶液溫度升至60°C (該溫度為反應(yīng)溫度）時向其中加入3. Og異丙醇并以250r/ min攪拌20min，然后緩慢滴加 IOg質(zhì)量濃度為30 %的偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽引發(fā)劑溶 液，加入引發(fā)劑溶液2min后滴加 22. 5g丙烯酸，緩慢升溫至80°C恒溫回流4h后，滴加質(zhì)量 分數(shù)為40 %的氫氧化鈉溶液把上述溶液pH值調(diào)至4后持續(xù)反應(yīng)0. 5h，自然冷卻至室溫，制 得共聚物緩凝劑。
[0037] 該共聚物緩凝劑的表觀黏度為960mPa · s，相對分子量為43280。
[0038] 對本發(fā)明中實施例1制得的緩凝劑性能測試如表1所示。
[0039] 表 1
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑的制備方法，包括以下步驟， (1) 按45-80 :5-17 :8-20 :7-18的質(zhì)量比分別稱取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二 甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酸或甲基丙烯酸、馬來酸酐或衣康酸或富馬酸四種聚合單體，將 2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨、馬來酸酐或衣康酸或富馬酸溶于 占四種單體總質(zhì)量186% -400%的去離子水中，得到單體混合溶液，然后將單體混合溶液 轉(zhuǎn)移至反應(yīng)容器中，在氮氣氛中攪拌并加熱，得到混合溶液； (2) 向上述混合溶液中分別加入占單體總質(zhì)量0. 08% -0. 2 %的多聚磷酸鈉和占單體 總質(zhì)量0. 08% -0. 2 %的二苯胺基脲，使其完全溶解； (3) 將混合溶液的溫度升至50-70°C，加入占單體總質(zhì)量0. 5% -2. 5 %的鏈轉(zhuǎn)移劑，恒 溫攪拌； (4) 稱量占單體總質(zhì)量1. 2 % -3. 0 %的引發(fā)劑，配成質(zhì)量濃度為15 % -40 %的引發(fā)劑水 溶液； (5) 將引發(fā)劑水溶液和丙烯酸或甲基丙烯酸分別逐滴加入步驟（3)的混合溶液中，緩 慢升溫至70-85°C回流4-10h后，調(diào)節(jié)pH值至4-6后，冷卻至室溫，得到耐高溫共聚物油井 水泥緩凝劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1)中攪拌轉(zhuǎn)速為200-350r/ min〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3)中攪拌時間為20-40min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鏈轉(zhuǎn)移劑為十二硫醇、次磷酸或 異丙醇。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨或 偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟（5)中，使用質(zhì)量濃度為40% 的氫氧化鈉溶液對pH值進行調(diào)節(jié)。
7. -種耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑，其是按照權(quán)利要求1-6任一項所述的耐高溫共 聚物油井水泥緩凝劑的制備方法制備得到的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑，其中，該緩凝劑的粘度為 300-1800mPa ? s，分子量為 4800-123580。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的耐高溫共聚物油井水泥緩凝劑，其中，該緩凝劑的粘度為 400-1000mPa ? s，分子量為 6000-50000。
【文檔編號】C08F220/58GK104403056SQ201410643111
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】于永金, 夏修建, 劉碩瓊, 靳建洲, 齊奉忠, 袁進平, 徐 明, 馮宇思 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院