CN104059623A - 耐高温、耐盐降失水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温、耐盐降失水剂，由以下重量份的组分聚合而成：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸40～60份；丙烯酰胺10～40份；烷基取代丙烯酰胺或N-乙烯基吡咯烷酮10～40份；不饱和羧酸5～30份；对苯乙烯磺酸钠5～20份；以及占上述5种组分质量总和0.1％～1.0％的引发剂。本发明还提供了该降失水剂的制备方法。本发明提供的降失水剂耐高温性能更好，正常使用温度最高可达200℃；耐盐能力更强，可耐受饱和NaCl溶液。加入该降失水剂的水泥浆体系稳定性好，抗压强度高，不存在稠化时间随温度升高，反而变长的“倒挂”现象。

Description

耐高温、耐盐降失水剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及石油钻探领域，特别是涉及一种耐高温、耐盐降失水剂及其制备方法。

背景技术：

目前，油井固井作业中常用的降失水剂包括聚乙烯醇类、纤维素类和2-丙烯酰胺基-二甲基丙磺酸(AMPS)类。聚乙烯醇类降失水剂具有价格低、制备工艺简单、低温下无缓凝作用等优点，但是此类降失水剂的耐盐耐高温性差，最高使用温度不超过95℃，耐盐能力不超过5％(NaCl浓度)。纤维素类降失水剂来源丰富，价格低廉，在石油工业中有着广泛应用，然而此类降失水剂的缺点是水溶性差，粘度高，延迟水泥石强度发展，最高使用温度也不超过110℃，同样不适合在高温条件下应用。

AMPS类降失水剂是目前国内外集中开发的一类新型降失水剂。公开号为CN1058983A的专利申请公开了一种油井水泥降失水剂的制备方法。该方法将丙烯酰胺(AM)及丙烯酸(AA)经自由基聚合制备降失水剂。获得的产品具有较好的控制滤失能力，流动性能好，无增稠现象，但是产品中的丙烯酰胺在温度大于70℃时，酰胺基易发生水解形成羧基，对水泥浆起到缓凝的作用，导致出现温度越高，水泥浆稠化时间越长的“倒挂”现象，影响固井质量。为避免上述“倒挂”现象，专利号为200810226689.4的专利引入了N’N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)来代替丙烯酰胺，DMAA中酰胺基的氢原子被甲基取代，可以有效地抑制酰胺基的水解。但是N’N-二甲基丙烯酰胺的水化性能较丙烯酰胺差，且单体较昂贵，大量的引入该单体不仅影响降失水剂的控制滤失能力，而且增加了产品成本，影响推广应用。专利号为201110063542.X的专利同样公开了一种AMPS类降失水剂。该产品由AMPS、N’N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺和马来酸酐四种单体聚合而成。该产品成本较低，具有一定的分散性，且不存在高温条件下水泥浆出现“倒挂”的现象。然而该降失水剂的使用温度只能达到150℃，而且高温条件下水泥浆体系稳定性差，容易出现分层现象。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种耐高温、耐盐的降失水剂。

本发明的另一个目的是提供一种耐高温、耐盐降失水剂的制备方法。

本发明技术方案如下：

所述耐高温、耐盐降失水剂是由以下重量份的组分聚合而成：

以及占上述5种组分质量总和0.1％～1.0％的引发剂。

其具体制备方法如下：

(1)将上述5种组分在适量水中溶解，使所得溶液中溶质的质量分数为10～20％；

(2)调节溶液的PH值至2～6；

(3)加热溶液至40～60℃，加入引发剂过硫酸铵，持续反应2～6小时后干燥粉碎，得到产品。

其中，AMPS含有的水溶性、强阴离子性磺酸基，具有良好的抗盐性及热稳定性。烷基取代丙烯酰胺是N’N-二甲基丙烯酰胺、N’N-二乙基丙烯酰胺或其结构类似物。该类烷基取代丙烯酰胺与丙烯酰胺相比，由于其酰胺基上两个活泼的氢原子被烷基取代，所以有效地抑制了酰胺基在高温下的水解，避免了水泥浆稠化时间“倒挂”现象，由此提升了降失水剂的耐高温性能。此外，烷基取代丙烯酰胺也可以用抗水解能力较强的N-乙烯基吡咯烷酮替代。不饱和羧酸可以是丙烯酸、甲基丙烯酸或衣康酸等具有较强的吸附能力的酸类，其作用在于保证降失水剂具有良好的控制失水性能。对苯乙烯磺酸钠为含有磺酸基的链刚性单体，能够进一步提高降失水剂的抗高温、抗盐性能。

通过上述技术方案制备获得的降失水剂具有良好的控制失水能力，与现有的三元或四元共聚物降失水剂相比，耐高温性能更好(正常使用温度最高可达200℃)，耐盐能力更强(可耐受饱和NaCl溶液)。加入该降失水剂的水泥浆体系稳定性好，抗压强度高，也不存在稠化时间随温度升高，反而变长的“倒挂”现象。

附图说明：

图1为添加了本发明降失水剂的水泥浆在不同温度下的稠化时间。

具体实施方式：

1.降失水剂的制备：

实施例1

按重量份称取以下5种组分：

将上述5中单体溶于400份水中；用氢氧化钠溶液调节溶液PH值调至2；将溶液加入到三口烧瓶内，40℃恒温水浴，并进行搅拌，当三口烧瓶内的溶液温度达到40℃后，加入1份过硫酸铵引发剂，持续反应6小时，干燥粉碎，得到产品。

实施例2

按重量份称取以下5种组分：

将上述5中单体溶于566份水中；用氢氧化钠溶液调节溶液PH值调至4；将溶液加入到三口烧瓶内，50℃恒温水浴，并进行搅拌，当三口烧瓶内的溶液温度达到50℃后，加入0.5份过硫酸铵引发剂，持续反应4小时，干燥粉碎，得到产品。

实施例3

按重量份称取以下5种组分：

将上述5中单体溶于900份水中；用氢氧化钠溶液调节溶液PH值调至5；将溶液加入到三口烧瓶内，60℃恒温水浴，并进行搅拌，当三口烧瓶内的溶液温度达到60℃后，加入0.1份过硫酸铵引发剂，持续反应2小时，干燥粉碎，得到产品。

2.降失水剂的性能评价：

根据GB/T19139-2003制备水泥浆并测定失水、稠化时间、抗压强度等性能。具体水泥浆配方如下：

表16种水泥浆体系的配方

	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5	配方6
							G级油井水泥	100a	100	100	100	100	100
降失水剂	0.6	1	1	1	1.2	1.6
							水	44	—	—	58	57	54
缓凝剂BXR-200L	0.2	0.2	0.2	1	—	—
							缓凝剂BXR-300L	—	—	—	—	2	—
缓凝剂GH-9	—	—	—	—	—	5
							消泡剂	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05
硅粉	—	—	—	32	32	30
							微硅	—	—	—	3	3	5
18％b食盐水	—	52	—	—	—	—

饱和食盐水

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60

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注：a：重量份数，b：溶液百分比浓度

表1水泥浆配方中的缓凝剂BXR-200L、BXCR-300L为天津中油渤星工程科技股份有限公司产品；缓凝剂GH-9为卫辉市化工有限公司产品；消泡剂为渤海钻探第二固井公司产品。

采用由实施例1～3获得的降失水剂，按照上述6种配方制备水泥浆，并水泥浆的性能进行评价，结果如下：

表2不同温度条件下水泥浆的综合性能

添加了降失水剂的水泥浆体系稳定性好，抗压强度高。水泥浆稠化时间不存在随温度升高，反而变长的“倒挂”现象。需要说明的是，120℃～200℃下水泥浆稠化时间明显延长并不是降失水剂高温水解引起的“倒挂”现象，而是由于水泥浆体系中改变了缓凝剂的种类和添加量，其目的在于满足高温环境下的安全施工要求。为了进一步证明技术效果，发明人对表2中3种采用配方1的水泥浆在不同温度下的稠化时间进行了测定，由于配方1中的缓凝剂不属于高温缓凝剂，所以对高温下的稠化时间几乎无影响。测试结果表明3种水泥浆的稠化时间随着温度的升高而降低，不存在“倒挂”现象(图1)。从表2中还可以看出由实施例1～3获得的降失水剂具有良好的控制失水能力和耐高温能力，应用温度最高可达200℃；抗盐能力强，可正常应用于饱和食盐水环境中。

Claims (6)

1.一种耐高温、耐盐降失水剂，其特征在于由以下重量份的组分聚合而成：

以及占上述5种组分质量总和0.1％～1.0％的引发剂。

2.根据权利要求1所述的降失水剂，其特征在于所述烷基取代丙烯酰胺为N’N-二甲基丙烯酰胺或N’N-二乙基丙烯酰胺。

3.根据权利要求1所述的降失水剂，其特征在于所述不饱和羧酸为丙烯酸、甲基丙烯酸或衣康酸中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的降失水剂，其特征在于所述引发剂为过硫酸铵。

5.一种权利要求1所述耐高温、耐盐降失水剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将所述5种组分在适量水中溶解，使所得溶液中溶质的质量分数为10～20％；

(2)调节溶液的PH值至2～6；

(3)加热溶液至40～60℃，加入所述引发剂，持续反应2～6小时后干燥粉碎，得到产品。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述引发剂为过硫酸铵。