CN104263334B - 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

聚乙烯醇改性的降失水剂及其制备方法
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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