CN102086386A - 一种耐200℃油井水泥用防沉降剂及其制备方法 - Google Patents

一种耐200℃油井水泥用防沉降剂及其制备方法 Download PDF

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林荣壮
戴建文
姜晓超
杨勇
和传健
马淑梅
王旭光
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Abstract

本发明涉及一种耐200℃油井水泥用防沉降剂及其制备方法，该耐200℃油井水泥用防沉降剂，由下列原料制得，各原料按重量份配比：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸90～105份；丙烯酰胺4～10份；N-乙烯基吡咯烷酮2～4份；去离子水560～620份；30%（W/W）NaOH溶液51～72份；过硫酸铵0.3～1份。该防沉降剂能够适用200℃超高温井，降低深井固井成本，防止高温下水泥浆的沉降，保证固井施工安全。

Description

一种耐200℃油井水泥用防沉降剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田钻井领域一种固井水泥外加剂，尤其是一种耐200℃油井水泥用防沉降剂及其制备方法。
背景技术
对于深井水泥浆来说，井底循环温度很高，由于高温作用引起水泥浆中颗粒的布朗运动加快，浆体的稀释引起水泥浆不稳定性的加剧，易导致水泥浆沉降，不能有效地封固油气层，因此需要在水泥浆中加入防沉降剂来提高其沉降稳定性。目前，还没有能在200℃使用的油井水泥用防沉降剂，限制了深井的勘探开发工作。
发明内容
为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供一种耐200℃油井水泥用防沉降剂及其制备方法，该防沉降剂能够适用200℃超高温井，降低深井固井成本，防止高温下水泥浆的沉降，保证固井施工安全。
本发明的技术方案: 该耐200℃油井水泥用防沉降剂由下列原料制得，各原料按重量份配比：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸90～105份；丙烯酰胺4～10份；N-乙烯基吡咯烷酮2～4份；去离子水560～620份；30%（W/W）NaOH溶液 51～72份； 过硫酸铵0.3～1份。
上述的耐200℃油井水泥用防沉降剂的制备方法，包括下列步骤：按照上述的重量配比首先在搅拌釜中加入去离子水、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮，打开冷却水循环搅拌，缓慢滴加30%NaOH 溶液，控制温度15～30℃，用去离子水冲洗料斗，加入搅拌釜内，通入氮气一小时，升温至65度，用去离子水溶解过硫酸铵，投入反应釜中，保持65度反应6小时即得该防沉降剂。
本发明的防沉降剂结构式如下：
Figure 2010106051795100002DEST_PATH_IMAGE001
本发明 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）是其分子主链为碳链结构，稳定性很高，其大侧基增强了分子链的刚性, 能够提高聚合物的抗高温性能；并且其含有的磺酸根(-SO3)能够与水泥颗粒表面的钙离子形成配位键，这种配位键的络合作用使极性基团的亲固能力大为增强，所形成的水泥浆网状结构比较稳定，对水泥颗粒有支撑作用。N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）是其结构中具有刚性结构的吡咯环,和其他单体共聚后,在线性高分子的侧链上有许多刚性的环状机构, 保证了聚合物具有良好的抗高温性能。NaOH是为了与酸性的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）中和，使聚合物呈中性。丙烯酰胺（AM）是其结构中含有酰胺基(-CONH2)能够通过氢键吸附大量的水,形成了较厚的吸附水化膜，有效地防止了水泥颗粒的聚结，使水泥颗粒均匀分散在水泥浆中。去离子水是为了排除普通水中杂质对聚合物的影响。过硫酸铵（APS）是引发剂，可降低分解活化能，从而可以使聚合反应在较低的温度下进行，有利于节省能源，可改善聚合物性能。
因此，AMPS和NVP作为具有优良抗温能力的水溶性单体可以保证所合成的聚合物具有优异的抗温性能，从而提高了本发明防沉降剂整体的抗温能力高达200℃。加之聚合物中含有大量的酰胺基(-CONH2)和磺酸根(-SO3)对水泥颗粒的分散和支撑作用，使本发明防沉降剂能够让水泥颗粒在高温下处于悬浮状态，达到了高温下调节水泥浆的沉降稳定性。
本发明具有如下有益效果：a.该防沉降剂能够防止200℃下水泥浆的沉降。b.该防沉降剂与其他外加剂的配伍性良好。c.提供了一种新型防沉降剂，扩大了可选择范围，有利于降低生产成本。
具体实施方式：
下面对本发明作进一步说明：
实施例1：
防沉降剂的制得：在搅拌釜中加入595份去离子水，加入90份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)，丙烯酰胺(AM)7.5份，N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)1.5份，打开冷却水循环搅拌，缓慢滴加30%NaOH 58份，控制温度15～30℃，用5.0份去离子水冲洗料斗，加入搅拌釜内，通入氮气一小时，升温至65度，用5.0份去离子水溶解0.4份过硫酸铵（APS），投入反应釜中，保持65度反应6小时即得该防沉降剂。
对所得的防沉降剂进行实验，实验按照《油井水泥试验方法GB/T 19139—2003》标准进行检测。
试验装置：美国千德乐仪器公司3170型瓦林搅拌器；美国千德乐仪器公司8240型高温高压稠化仪；美国千德乐仪器公司高温高压养护釜。结果见表1。
           防沉降剂性能检测            表1
Figure 447827DEST_PATH_IMAGE002
实施例2：
防沉降剂的制得：在搅拌釜中加入585份去离子水，加入99.5份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)，丙烯酰胺(AM)8.5份，N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)1.5份，打开冷却水循环搅拌，缓慢滴加30%NaOH 64份，控制温度15～30℃，用5.0份去离子水冲洗料斗，加入搅拌釜内，通入氮气一小时，升温至65度，用5.0份去离子水溶解0.5份过硫酸铵（APS），投入反应釜中，保持65度反应6小时即得该防沉降剂。
对所得的防沉降剂进行实验，实验按照《油井水泥试验方法GB/T 19139—2003》标准进行检测。
试验装置：美国千德乐仪器公司3170型瓦林搅拌器；美国千德乐仪器公司8240型高温高压稠化仪；美国千德乐仪器公司高温高压养护釜。结果见表2。              
            防沉降剂性能检测              表2
Figure 2010106051795100002DEST_PATH_IMAGE003
实验结果表明本发明已经达到可以现场应用的条件，以实施例2中配制防沉降剂效果相对较好，防沉降剂与水泥质量比为3：100时就可以使水泥浆在高温下几乎没有沉降。

Claims (2)

1.一种耐200℃油井水泥用防沉降剂，由下列原料制得，各原料按重量份配比：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸90～105份；丙烯酰胺4～10份；N-乙烯基吡咯烷酮2～4份；去离子水560～620份；30%（W/W）NaOH溶液 51～72份； 过硫酸铵0.3～1份。
2.权利要求1所述的耐200℃油井水泥用防沉降剂的制备方法，包括下列步骤：按照权利要求1所述的重量配比首先在搅拌釜中加入去离子水、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮，打开冷却水循环搅拌，缓慢滴加30%NaOH 溶液，控制温度15～30℃，用去离子水冲洗料斗，加入搅拌釜内，通入氮气一小时，升温至65度，用去离子水溶解过硫酸铵，投入反应釜中，保持65度反应6小时即得该防沉降剂。
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