CN104263334A - 聚乙烯醇改性的降失水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚乙烯醇改性的降失水剂及其制备方法,所述的改性聚乙烯醇通过将第一单体(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)以及第二单体(丙烯酰胺、N,N-二甲基丙稀酰胺中的一种或两种)接枝于聚乙烯醇骨架、经交联后得到。所述的聚乙烯醇、第一单体及第二单体的质量分数为聚乙烯:30~40%;第一单体:40~50%;第二单体10~30%。本发明的降失水剂提高了聚乙烯醇类降失水剂的适用温度,使用温度可提高至150℃。添加本发明降失水剂的水泥浆高温下API失水量在150mL以内,具有良好的抗盐能力以及流变性能。
Description
技术领域
本发明涉及油田固井作业领域,特别涉及耐高温耐盐的聚乙烯醇改性降失水剂及其制备方法。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性聚合物,分子中有大量的羟基存在。因此,它具有许多优良的特性,例如:成膜性、粘合力、混溶性、耐化学性等,广泛用作油井水泥降失水剂,但未改性的PVA降失水剂效率低、加量大,只能用于50℃以下的地层中。目前,PVA改性主要有2条途径,一是与硼酸、钛酸、铝酸或相应的无机盐交联改性,一是与戊二醛交联改性,这2种改性方法的主要目的均是使其能够在交界处形成低渗透耐温薄膜,属于成膜型降失水剂。在固井施工中,广泛使用的PVA类降失水剂绝大多数是化学交联改性产品,低抗盐,使用温度多在30~97℃,难以满足高温固井的需求,限制了它们的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚乙烯醇类降失水剂及其制备方法,提高该类降失水剂的适用温度,扩展其应用范围。
本发明的技术方案所述的聚乙烯醇(PVA)改性的降失水剂按质量分数由以下原料制备而成:
聚乙烯醇 30~40%,
第一单体 40~50%,
第二单体 10~30%;
所述的第一单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS),具有良好的耐盐性、水溶性和热稳定性,同时具有很强的水化能力;
所述的第二单体为丙烯酰胺(AM)、N,N-二甲基丙稀酰胺(NNDMA)中的一种或两种,这些单体中含有的酰胺基团对水泥离子具有很强的吸附能力,能够有效降低水泥浆的失水。
所述的第二单体由丙烯酰胺和N,N-二甲基丙稀酰胺按1:1~2的质量比组成。
以AMPS、AM对PVA的接枝反应为例,其接枝反应过程见以下方程式。其反应机理为:复合引发剂体系过硫酸钾及亚硫酸氢钠分解产生的自由基引发AMPS、AM单体自由基和在PVA分子链主链上形成的大分子自由基,这三种自由基进行耦合终止反应,实现AMPS、AM对PVA的接枝反应。由于PVA主链上接有羟基的碳原子上的C-H键键能较主链上其他位置的小,因此其更容易形成活性点,接枝反应更容易进行,接枝到PVA主链上的AMPS、AM也主要在这些位置;同时PVA的侧羟基上的氢也易脱落,形成活性中心,也有部分单体在侧羟基位置发生接枝反应。
所述的聚乙烯醇改性的降失水剂的具体制备方法如下:
(1)将聚乙烯醇溶于水,配制成质量分数为10%的聚乙烯醇溶液;
(2)在搅拌的条件下加入第一单体,待第一单体全部溶解后,加入第二单体,即得到聚乙烯醇与单体的混合溶液;
(3)调节pH值为7~8,控制温度在50~70℃,加入引发剂,搅拌反应3~4小时;
(4)保持温度在50~70℃,加入交联剂,搅拌反应0.5~1小时;
(5)将反应后的溶液冷却至室温,得到所述降失水剂。
所述的引发剂为由过硫酸钾和亚硫酸氢钠按1:0.6~0.8的摩尔比组成,加量为聚乙烯醇、第一单体及第二单体质量总和的0.5~2%。
所述的交联剂为乙二胺,加量为聚乙烯醇、第一单体及第二单体质量总和的0.02~0.2%。
本发明所带来的有益技术效果是:
(1)通过对聚乙烯醇接枝改性,得到的改性聚乙烯醇降失水剂具有很好的耐热性能,使用温度可提高至150℃。应用该降失水剂的水泥浆高温下API失水量在150mL以内。
(2)通过对聚乙烯醇接枝改性,得到的改性聚乙烯醇降失水剂具有一定的抗盐能力,改善了聚乙烯醇类降失水剂的低抗盐的性能。
(3)通过对聚乙烯醇接枝改性,得到的改性聚乙烯醇降失水剂具有很好的流变性能,流性指数均大于0.7。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行说明。本实施方式仅是实施本发明的实施例,本发明并不受这些实施方式的限制。
实施例1
在1000mL三口烧瓶中,加入预先配好的10%的PVA水溶液300mL,再加入50gAMPS、20gAM,搅拌均匀,用10%NaOH溶液调节混合溶液的pH至7~8,边搅拌边加热至60℃,加入引发剂过硫酸钾1.35g,亚硫酸氢钠0.35g引发反应3h,最后加入0.2g乙二胺交联剂交联反应1h,得到乳白色液态产物,即所述的降失水剂。
实施例2
在1000mL三口烧瓶中,加入预先配好的10%的PVA水溶液350mL, 再加入40gAMPS、25gNNDMA,搅拌均匀,用10%NaOH溶液调节混合溶液的pH至7~8,边搅拌边加热至50℃,加入引发剂过硫酸钾1.35g,亚硫酸氢钠0.40g引发反应4h,最后加入0.1g乙二胺交联剂交联反应0.5h,得到乳白色液态产物,即所述的降失水剂。
实施例3
在1000mL三口烧瓶中,加入预先配好的10%的PVA水溶液400mL,再加入40gAMPS、10gAM、10gNNDMA,搅拌均匀,用10%NaOH溶液调节混合溶液的pH至7~8,边搅拌边加热至70℃,加入引发剂过硫酸钾0.6g,亚硫酸氢钠0.15g引发反应3h,最后加入0.02g乙二胺交联剂交联反应1h,得到乳白色液态产物,即所述的降失水剂。
添加所述降失水剂的水泥浆的性能测试、评价
(1)添加所述降失水剂的水泥浆的降失水性能
表1为不同温度下添加PVA改性降失水剂水泥浆的降失水性能。通过在聚乙烯醇链上接枝AMPS,使得聚乙烯醇具有很好的耐热性能,接枝改性PVA降失水剂的使用温度提高到了150℃,高温下能够将水泥浆的API失水量控制在150mL以内。
表1:不同温度下添加PVA改性降失水剂水泥浆的降失水性能
注:水泥浆配方为:嘉华G级油井水泥600g+4~5%接枝改性PVA+0.5~2%缓凝剂ZH-8+自来水(水灰比0.44)。
(2)添加所述降失水剂的水泥浆的抗盐性能
表2为PVA改性的降失水剂在90℃盐水中的降失水性能。通过对比数据可以看出,通过对聚乙烯醇进行接枝改性,使得接枝改性PVA降失水剂具有一定的抗盐能力,改善了聚乙烯醇类降失水剂的低抗盐的性能。
表2:90℃条件下添加PVA改性的降失水剂的水泥浆的抗盐性能
注:水泥浆配方为:嘉华G级油井水泥600g+4%接枝改性PVA+0.5%缓凝剂ZH-8+自来水(水灰比0.44)。实验使用的降失水剂为实施例1中的降水剂。
(3)添加所述降失水剂的水泥浆的流变性能
表3是添加PVA改性的降失水剂的水泥浆的流变性能数据。水泥浆体系中加入接枝改性PVA后,具有很好的流变性能,流性指数均大于0.7。 接枝改性PVA对水泥浆没有明显增稠作用,加量增大时不会增加水泥浆的稠度。常规密度水泥浆中不需要加入分散剂,水泥浆的流动度一般都大于21cm,有利于现场施工的泵送。
表3:添加PVA改性的降失水剂的水泥浆的流变性能
注:水泥浆配方1:嘉华G级水泥+4%改性PVA+自来水(水灰比0.44),配方2:嘉华G级水泥+4%改性PVA+0.6%ZH-2+自来水(水灰比0.44),配方3:嘉华G级水泥+5%改性PVA+0.5%ZH-8+自来水(水灰比0.44)。实验使用的降失水剂为实施例1中的降水剂。
Claims (5)
1.一种聚乙烯醇改性的降失水剂,其特征在于将第一单体及第二单体接枝于聚乙烯醇骨架、经交联后得到,所述的聚乙烯醇、第一单体及第二单体的质量分数如下:
聚乙烯醇 30~40%,
第一单体 40~50%,
第二单体 10~30%;
所述的第一单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸;
所述的第二单体为丙烯酰胺、N,N-二甲基丙稀酰胺中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的降失水剂,其特征在于所述的第二单体由丙烯酰胺和N,N-二甲基丙稀酰胺按1:1~2的质量比组成。
3.根据权利要求1或2所述的降失水剂的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将所述聚乙烯醇溶于水,配制成质量分数为10%的聚乙烯醇溶液;
(2)在搅拌的条件下加入所述第一单体,待第一单体全部溶解后,加入所述第二单体,即得到聚乙烯醇与单体的混合溶液;
(3)调节pH值为7~8,调节温度至50~70℃,加入引发剂,搅拌反应3~4小时;
(4)保持温度在50~70℃,加入交联剂,搅拌反应0.5~1小时;
(5)将反应后的溶液冷却至室温,得到所述降失水剂。
4.根据权利要求3所述的降失水剂的制备方法,其特征在于:所述的引发剂为由过硫酸钾和亚硫酸氢钠按1:0.6~0.8的摩尔比组成,加量为聚乙烯醇、第一单体及第二单体质量总和的0.5~2%。
5.根据权利要求3所述的降失水剂的制备方法,其特征在于:所述的交联剂为乙二胺,加量为聚乙烯醇、第一单体及第二单体质量总和的0.02~0.2%。
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