CN104193897A

CN104193897A - 一种耐高温抗盐油井水泥降失水剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104193897A
Application number: CN201410428963.1A
Authority: CN
Inventors: 田宝振; 钟福海; 陈�光; 高飞; 尹璇; 吴晋波; 尹璐; 覃毅
Original assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明公开了一种耐高温抗盐油井水泥降失水剂及其制备方法，该降失水剂用于石油、天然气钻井固井过程中降低水泥浆的失水量。该降失水剂是一种四元共聚物，共聚单体为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)、富马酸(FA)，引发剂为过硫酸按与亚硫酸氢钠的混合液。本发明所提供的降失水剂具有良好的控制失水能力，且能抗200℃高温和抗饱和盐水能力，适用范围宽(40-200℃)。

Description

一种耐高温抗盐油井水泥降失水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种油田固井用的降失水剂及其制备方法,属于油田化学及油气井固井领域。用于石油、天然气井的固井过程中降低水泥浆的失水量，且能抗200℃高温和抗饱和盐水能力，适用范围宽。

背景技术

油气井钻井完成后，需要下入套管并泵入水泥浆来封固套管与地层之间的环形空间。通常情况下，水泥浆是通过套管送入井底，然后从环形空间上返。由于地层条件复杂，井下条件恶劣，固井时水泥浆在压差的作用下，水泥浆中的自由水会从水泥浆中滤出，进入地层，通常将这个过程称为水泥浆的失水。如果水泥浆的失水得不到很好地控制，随着水泥浆液相含量的降低，水泥浆的流动性变差，稠化时间缩短，严重时导致水泥浆失去流动能力，变得不可泵送，造成严重的事故；大量的水泥浆滤液进入油气层，会对油气层产生伤害，不利于油气层的保护；在固井的候凝阶段，如果水泥浆失水量得不到控制，会引起严重的水泥浆失重，而引发环空气窜。因此，水泥浆降失水剂在固井施工的安全和提高固井质量方面，起着至关重要的作用。

目前,已有许多类型的油井水泥降失水剂用于注水泥作业。常用的有纤维素醚类(羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素等)、聚乙烯醇类、聚丙烯酰胺类、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)类。聚丙烯酰胺类和聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)类是合成聚合物，其控制失水能力强、抗盐和耐温，特别是AMPS聚合物类降失水剂更具有优异的耐高温和抗盐性能，AMPS已成为高温降失水剂的主要合成单体。

专利号ZL201110063542.X的专利发布了一种四元共聚物降失水剂，共聚单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N'一二甲基丙烯酰胺(DMAA)、丙烯酰胺(AM)、马来酸酐(MA)，引发剂为过硫酸胺与亚硫酸氢钠的混合液。该发明所提供的降失水剂具有良好的控制失水能力和改善水泥浆流变性的能力，在中低温时具有良好的耐温抗盐能力，但温度高于150℃时失水难以控制在理想范围内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温抗盐油井水泥降失水剂及其制备方法,该降失水剂可以在200℃高温和饱和食盐水中将水泥浆API失水量控制在50ml以内。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种耐高温抗盐油井水泥降失水剂的制备方法，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种单体：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、富马酸FA，其中四种单体的重量份数为:2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸AMPS45份～70份,N,N'-二甲基丙烯酰胺DMAA10份～25份,苯乙烯SM10份～30份,富马酸FA5份～10份；

b)采用调整溶液的浓度、溶液的pH值、反应温度、引发剂加量、反应时间的溶液聚合条件的方法,使原料水溶液反应；

c)引发剂为质量比1:1的过硫酸胺与亚硫酸氢钠。

所述步骤a)中单体质量总和占溶液总质量的15％～35％。

具体说，按比例将所有单体溶解在去离子水中，调节单体溶液的pH值为4～7，将溶液注入到反应釜中，加热并通入氮气排除氧气，当反应温度达到40℃～80℃，加入占单体质量总和0.2％～2.0％的过硫酸胺和亚硫酸氢钠用以引发反应，反应持续2～6个小时，制成白色或浅黄色粘稠四元共聚物溶液，即获得液体油井水泥降失水剂。

上述的耐高温抗盐油井水泥降失水剂的制备方法所合成的聚合物类油井水泥降失水剂。

本发明的有益效果是：本发明的降失水剂具有良好的控制失水能力，且能抗200℃高温和抗饱和盐水能力，适用范围宽(40-200℃)。

附图说明

图1是本发明的聚合物的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明耐高温抗盐油井水泥降失水剂的制备方法，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种单体: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)、富马酸(FA)，其中四种单体的重量份数为:2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)45份～70份,N,N'-二甲基丙烯酰胺(DMAA)10份～25份,苯乙烯(SM)10份～30份,富马酸(FA)5份～10份。

b)采用调整溶液的浓度、溶液的pH值、反应温度、引发剂加量、反应时间等溶液聚合条件的方法，使原料水溶液进行反应。

c)引发剂为过硫酸胺与亚硫酸氢钠(质量比1:1)。

反应单体的总浓度影响聚合反应速率和产物降失水性能。单体总浓度过大,易发生暴聚或产物粘度过大；反之，单体总浓度过小则易造成反应速率过低，产品有效浓度降低。因此本发明优选的步骤a)反应单体重量总和占溶液总重量的15％～35％。

所述的油井水泥降失水剂合成方法为水溶液聚合方法:具体说，按比例将所有单体溶解在去离子水中，调节单体溶液的pH值为4～7，将溶液注入到反应釜中，加热并通入氮气排除氧气，当反应温度达到40℃～80℃，加入占单体质量总和0.2％～2.0％的过硫酸胺和亚硫酸氢钠用以引发反应，反应持续2～6个小时，制成白色或浅黄色粘稠四元共聚物溶液，即获得液体油井水泥降失水剂。

实施例1

按重量份数，称取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)41.45份,N,N'-二甲基丙烯酞胺(DMAA)7.93份，苯乙烯(SM)8.33份，富马酸(FA)4.64份。溶于145份去离子水中，加入适量氢氧化钠溶液，将pH值调为7。将溶液加入到三口烧瓶内，将三口烧瓶放入60℃的恒温水浴中，开始搅拌，并向三口烧瓶中通入氮气排除氧气，待三口烧瓶内水溶液的温度达到60℃以后，加入9.35份过硫酸胺和亚硫酸氢钠的质量浓度均为10％的混合溶液引发反应，反应持续6个小时，制成浅黄色四元共聚物粘稠溶液。代号为样品1。

如图1所示，本发明的聚合物的红外光谱图。2923cm^-1为-CH₃的不对称伸缩振动峰，1650cm^-1为-C＝O的伸缩振动峰，1650cm^-1、1530cm^-1和1390cm^-1是-COO-的伸缩吸收峰，1440cm^-1为长链亚甲基的不对称弯曲振动峰，1040cm^-1和1200cm^-1为-SO₃ ^-的对称和不对称振动吸收峰，623cm^-1处为C-S的伸缩振动峰，1600cm^-1是苯环的特征吸收峰，692cm^-1是单取代苯的特征吸收峰，1620cm^-1～1635cm^-1未见碳碳双键的特征吸收峰，这表明共聚物是由这四种单体合成的，得到了所设计的目的产物。

实施例2

本发明油井水泥降失水剂的降失水性能评价

在夹江油井水泥中加入一定质量百分数(以水泥质量为基准)的样品1，按GB10238-2005标准制备水灰比为0.44的水泥浆，然后按中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5504.2-2005“油井水泥降失水剂评价方法”测定样品1的失水量，评定样品1的降失水性能。

按照上述方法评定样品1对油井水泥的降失水效果，结果见表1。实验结果表明，本发明的油井水泥降失水剂，在40℃～200℃范围内的淡水溶液中不仅具有良好的降失水性能，而且在NaCl质量百分浓度为36％的饱和盐水溶液中仍具有较好的降失水能力，并且水泥浆的游离液含量为0，这说明本发明的油井水泥降失水剂具有较好的耐高温抗盐、降失水性能。

表1水泥浆失水量性能表

本发明聚合物中磺酸基团具有耐温抗盐的优异性能，吸附能力强的羧酸基团提高了降失水剂在高温下的控制失水能力，链刚性基团(苯环)提高了分子链的抗高温能力；在淡水条件下该降失水剂加量为4％时150℃和200℃水泥浆的失水量分别为60ml和87ml、加量为6％时150℃和200℃水泥浆的失水量分别为24ml和46ml；在90℃盐水浓度为36％的情况下该降失水剂加量为4％时水泥浆失水量112ml，加量为6％时失水量48ml。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims

1.一种耐高温抗盐油井水泥降失水剂的制备方法，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种单体：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、富马酸FA，其中四种单体的重量份数为:2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸AMPS45份～70份,N,N'-二甲基丙烯酰胺DMAA10份～25份,苯乙烯SM10份～30份,富马酸FA5份～10份；

c)引发剂为质量比1:1的过硫酸胺与亚硫酸氢钠。

2.根据权利要求1所述的耐高温抗盐油井水泥降失水剂的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中单体质量总和占溶液总质量的15％～35％。

3.根据权利要求1或2所述的耐高温抗盐油井水泥降失水剂的制备方法，其特征在于，按比例将所有单体溶解在去离子水中，调节单体溶液的pH值为4～7，将溶液注入到反应釜中，加热并通入氮气排除氧气，当反应温度达到40℃～80℃，加入占单体质量总和0.2％～2.0％的过硫酸胺和亚硫酸氢钠用以引发反应，反应持续2～6个小时，制成白色或浅黄色粘稠四元共聚物溶液，即获得液体油井水泥降失水剂。

4.一种权利要求1-3任一项所述的耐高温抗盐油井水泥降失水剂的制备方法所合成的聚合物类油井水泥降失水剂。