CN103881670A - 抗高温油井水泥降失水剂及其制备方法 - Google Patents

抗高温油井水泥降失水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种抗高温油井水泥降失水剂，其原料包括丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，其特征在于原料还包括：甲基丙烯酸羟乙酯（PEMA）、苯乙烯磺酸钠（SS）。

Description

抗高温油井水泥降失水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种油井水泥添加剂，尤其涉及油井固井过程中用于高温高压地层固井的一种抗高温油井水泥降失水剂及其制备方法。 
背景技术
油井水泥是用于封固井壁和套管间的环隙的。封固时，一般是在套管中泵入水泥浆，水泥浆再从环隙中返出。使用这种方法时水泥浆在压力作用下通过渗透性地层时会产生虑失现象即水泥中的水相分离出来进入地层，而留下水泥颗粒，这种现象称为“失水”，如果在注水泥过程中遇到页岩层，水泥浆中的水就会渗入地层，造成水相体积不断减少，严重时水泥浆会变的无法泵送，就是俗话说的“灌香肠”，这样会造成重大损失，甚至使油井报废。 
加入油井水泥降失水剂可以降低水泥浆的失水现象，降失水剂的作用是减少水泥浆的失水量，作用有：①防止水泥浆在渗透性地层，特别是在尾管注水泥时先期脱水；②保护水敏性地层；③改善挤水泥作业；4保证施工安全；5防止油气层的污染。 
目前使用的油井水泥降失水剂为丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等单体为原料的共聚物，由于2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸高温水解及高温条件下聚合物分子链断链等预原因,随温度的升高,水泥浆的失水量会变大,当温度达到150℃时,水泥浆的API失水量变大的趋势会变得明显,当温度达到180℃ 以上时,水泥浆的API失水量就难以控制;本发明就是要解决油井水泥降失水剂的抗高温问题(180℃以上)。 
发明内容
为了解决现有技术中油井水泥降失水剂的抗高温问题，申请人经过反复实验，开发了一种新型的抗高温油井水泥降失水剂及其生产方法，构成本发明的技术方案包括： 
一种抗高温油井水泥降失水剂，其原料包括丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，其特征在于原料还包括：甲基丙烯酸羟乙酯（PEMA）、苯乙烯磺酸钠（SS）。 
前述的降失水剂，其特征在于，所述的原料的摩尔比：丙烯酰胺:丙烯酸:甲基丙烯酸羟乙酯:苯乙烯磺酸钠:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为(1.0～1.5)∶(1.0～1.5)∶(0.5～1.0)∶(1.0～1.5)∶(8.0～10.0)。 
前述的降失水剂，所述原料在合成过程中至少经过了以下步骤： 
1)按下述摩尔比称取原料： 
丙烯酰胺:丙烯酸:甲基丙烯酸羟乙酯:苯乙烯磺酸钠:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为(1.0～1.5)∶(1.0～1.5)∶(0.5～1.0)∶(1.0～1.5)∶(8.0～10.0)； 
2)按10～25wt%的溶液总浓度计算水量，加入反应釜中； 
3)将步骤1中称取的五种单体原料加入反应釜中充分溶解； 
4)给反应釜中的溶液加温至62～70℃； 
5)按反应釜中的溶液的0.1～0.2%的量加入过硫酸铵，反应过程中需控制反应温度至62～90℃； 
6)反应完成后加入溶液浓度0.02～0.05%的对苯二酚。 
一种如上所述的降失水剂的生产方法，其特征在于，所述步骤5的反应时间不少于1.0～2.0小时。 
本发明的降失水剂具有提高的抗高温性能，例如：当温度达到180℃时，水泥浆API失水量不超过50ml/30min。 
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中实施例的指导，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，实施例的测试数据仅作为举例。 
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚物是国内近年来研究最多的一类新型抗高温油井水泥浆降失水剂，主要包括线型和微交联型两大类。线型AMPS共聚物类是在水溶液中主要由AMPS、丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)合成的三元共聚物，利用共聚物中的吸附基团(—CONH2)和磺化基团(—SO3H)在水泥颗粒表面形成“水泥颗粒-线型高分子-水分子吸附层”网状结构的凝胶聚集物。这种凝胶聚集物可以楔入水泥滤饼的微孔结构中，有效降低滤饼的渗透率;同时高分子聚合物还可以适当增加水泥浆液相黏度，从而增加液相向地层滤失的阻力，达到降低水泥浆失水量的效果。 
本发明希望通过在合成原料中增加甲基丙烯酸羟乙酯和苯乙烯磺酸钠，进一步提高降失水剂的耐高温性。选择上述两种新原料是因为一般认为，甲基丙烯酸羟乙酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等可发生共聚,聚合物分子链在高温时不易卷曲,保持水泥浆高温粘度,并可更好地与水泥颗粒结合，使降失水剂具有耐温性能,并使水泥浆高温稳定，不易沉降。而苯乙烯磺酸钠的磺化基团使水泥浆造浆更容易，显著改善水泥浆的低温流变性能，该性能对于降失水剂用于低密度或高密度水泥浆 很重要。 
本发明的实施例中，减阻剂选用丙酮甲醛磺化缩合物，消泡剂选用磷酸三丁酯，缓凝剂选用有机酸盐复合物，与实施例合成的降失水剂一起加入水泥浆中，进行测试。 
实施例1 
步骤1：先按照摩尔比1.0∶1.0∶0.5∶1.0∶8.0称取以下原料：丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。 
步骤2：按10%的溶液总浓度计算水量，加入反应釜中； 
步骤3：将步骤1中称取的五种单体原料加入反应釜中充分溶解； 
步骤4：给反应釜中的溶液加温至62℃； 
步骤5：按反应釜中的溶液的0.1%的量加入过硫酸铵，反应过程中需控制反 
应温度至62℃，反应时间1.0小时； 
步骤6：反应完成后加入溶液浓度0.02%的对苯二酚。 
实施例2 
步骤1：先按照摩尔比1.5∶1.5∶1.0∶1.5∶10.0称取以下原料：丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。 
步骤2：按25%的溶液总浓度计算水量，加入反应釜中； 
步骤3：将步骤1中称取的五种单体原料加入反应釜中充分溶解； 
步骤4：给反应釜中的溶液加温至70℃； 
步骤5：按反应釜中的溶液的0.2%的量加入过硫酸铵，反应过程中需控制反 
应温度至90℃，反应时间2.0小时； 
步骤6：反应完成后加入溶液浓度0.05%的对苯二酚。 
实施例3 
步骤1：先按照摩尔比1.3∶1.3∶0.8∶1.3∶9.0称取以下原料：丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。 
步骤2：按16.5%的溶液总浓度计算水量，加入反应釜中； 
步骤3：将步骤1中称取的五种单体原料加入反应釜中充分溶解； 
步骤4：给反应釜中的溶液加温至66℃； 
步骤5：按反应釜中的溶液的0.15%的量加入过硫酸铵，反应过程中需控制反应温度至76℃，反应时间1.5小时； 
步骤6：反应完成后加入溶液浓度0.03%的对苯二酚。 
把上面合成的降失水剂和其他添加剂如下表组合加入水泥浆，测试性能： 
实验温度<90℃      G级水泥 
实验温度≥90℃     G级水泥+35%硅粉      水固比::0.44 
Figure BDA0000488472120000061
和已有的降失水剂相比，原料中含有功能性单体甲基丙烯酸羟乙酯、苯乙烯磺酸钠的本发明抗高温油井水泥降失水剂具有以下特点： 
1)合成聚合物抗高温性能好，在180℃以上温度条件下,能控制水泥浆API失水量50ml/30min以下。 
2)加入本发明的油井水泥降失水剂的水泥浆高温时不易沉降，水泥浆高温稳定性好。 
3)加入本发明的油井水泥降失水剂的水泥浆流变性能好。 
4)加入本发明的油井水泥降失水剂的水泥浆对水泥石强度无不利影响。 
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。 

Claims (4)

1.一种抗高温油井水泥降失水剂，其原料包括丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，其特征在于原料还包括：甲基丙烯酸羟乙酯（PEMA）、苯乙烯磺酸钠（SS）。
2.如权利要求1所述的降失水剂，其特征在于，所述的原料的摩尔比：
丙烯酰胺:丙烯酸:甲基丙烯酸羟乙酯:苯乙烯磺酸钠:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为(1.0～1.5)∶(1.0～1.5)∶(0.5～1.0)∶(1.0～1.5)∶(8.0～10.0)。
3.一种抗高温油井水泥降失水剂的生产方法，其特征在于，如权利要求1或2所述原料在合成过程中至少经过了以下步骤：
1)按下述摩尔比称取原料：
丙烯酰胺:丙烯酸:甲基丙烯酸羟乙酯:苯乙烯磺酸钠:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为(1.0～1.5)∶(1.0～1.5)∶(0.5～1.0)∶(1.0～1.5)∶(8.0～10.0)；
2)按10～25wt%的溶液总浓度计算水量，加入反应釜中；
3)将步骤1中称取的五种单体原料加入反应釜中充分溶解；
4)给反应釜中的溶液加温至62～70℃；
5)按反应釜中的溶液的0.1～0.2%的量加入过硫酸铵，反应过程中需控制反应温度至62～90℃；
6)反应完成后加入溶液浓度0.02～0.05%的对苯二酚。
4.一种如权利要求3所述的降失水剂的生产方法，其特征在于，所述步骤5的反应时间不少于1.0～2.0小时。
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