CN1045587A - 一种水泥浆降滤失剂的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种水泥浆降滤失剂是以多糖高分子化合物或其衍生物与乙烯类单体用过硫酸盐、Mn⁺³或Mn⁺⁷作引发剂进行接枝共聚制得。利用这种接枝共聚产物作为油，气田固井水泥浆降滤失剂水溶性好，降滤失性好，与其他水泥外加剂配伍性好，且具有较好的分散性，在使用此降滤失剂的同时无需加入分散剂，水泥浆也具有较好的流变性。成本低，它是当前油、气田开发中较为理想的降滤失剂。

Description

本发明属于高聚物改性领域。采用天然多糖高分子化合物或其衍生物与乙烯类单体进行共聚反应，制得的接枝共聚产物主要用于油、气田固井水泥浆中作为降滤失剂。

在油、气田钻井过程中和钻井结束后，通常要将套管插入井内，并在套管和井壁的环形空间灌注水泥，以达到巩固井壁和封隔地层的目的，这种过程称为固井。在固井注水泥过程中，为防止滤液漏失，保证固井顺利进行，需要在水泥浆中加入降滤失剂。目前采用的降滤失剂多为纤维素醚类，如羟乙基纤维素（Lee F.Mckenzie，Oil and Gas J.，Dec.12，75，1983）和羧甲基羟乙基纤维素（U.S.4，433，731;U.S.4，466，837）这类降滤失剂常引起水泥浆粘度增加，使用时需加入较多的分散剂，降滤失效果也不理想。对于多糖高分子化合物或其衍生物与乙烯类单体的接枝共聚反应，以往的实验研究（H.Pledger JR.，J.Macromol.Sci-Chem，A22（4），415，1985;D.S.Sood，J.Macromol.Sci-Chem，A22（3），263，1985;Bent Ranby，Polymer Bulletin 5，87，1981;CN 85109462A）主要用作吸湿（水）剂等，未见用于油、气田开发中的降滤失剂。这类接枝共聚反应需要精制原料和单体，在原料和单体中除去杂质和阻聚剂，然后在惰性气体N₂或CO₂的保护下进行接枝共聚反应。这种方法给工业生产带来不便，使设备增多，能源和单体的损耗增大，导致成本增加。

本发明的目的是采用简单的接枝共聚方法，在空气存在下，直接用市售的多糖高分子化合物或其衍生物和乙烯类单体进行接枝共聚反应制造多糖高分子接枝共聚物。

本发明的任务是利用上述接枝共聚产物作为固井水泥浆降滤失剂，其降滤失性和分散性均好，无增稠现象，可解决一般纤维素醚类用作降滤失剂时，使水泥浆增稠和降滤失效果不佳等问题。

本发明提供的水泥浆降滤失剂的制造方法是：

1.可选用市售多糖高分子化合物或其衍生物与含阻聚剂0.1%以下的乙烯类单体用过硫酸盐、Mn⁺³或Mn⁺⁷作引发剂，在空气中氧存在下进行共聚反应制造多糖高分子接枝共聚物。

2.反应温度25～65℃，反应时间1-5小时。

3.在酸性条件下，用离心分离法测定接枝率，用溴加成法测定单体转化率。

本发明提供的水泥浆降滤失剂的制造方法所用起始原料的配方组分（按重量计）为：

多糖高分子化合物或其衍生物（可用淀粉、纤维素、羧甲基淀粉和羧甲基纤维素）        100份

接枝单体（可用丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，苯乙烯，醋酸乙烯和丙烯腈等一种或一种以上的混合物）        30-600份

引发剂（可用过硫酸盐，Mn⁺³和Mn⁺⁷） 0.5-6份

水（可用无离子水）        400-3000份

按上述配方组分称量，将市售的多糖高分子化合物或其衍生物溶于水中，加入接枝单体和引发剂，所用引发剂的分解温度范围可根据体系内反应物的活性大小采用不同的反应温度和反应时间，常用温度为25-65℃，反应时间为1-5小时。反应物中乙烯类单体与多糖高分子化合物或其衍生物的重量比为30-600%，单体和多糖高分子化合物或其衍生物与水的重量比为5-50%，引发剂用量为多糖高分子化合物或其衍生物和单体总量的0.2-3%，在空气中氧存在下进行共聚反应制造多糖高分子接枝共聚物。

制得的接枝共聚产物用作水泥浆降滤失剂的性能如表1所示。

表1 接枝共聚产物对水泥浆性能的影响^＊

^＊其中流变参数用ZNN-D₆型六速旋转粘度计测定。析水、失水和抗压强度按API规范10要求进行测定，接枝共聚产物加入量以水泥计。

本发明具有以下优点：

1.生产工艺简单，无需排除系统内空气中的氧，接枝率可达80%以上。

2.反应速度快，本接枝共聚反应40分钟，单体的转化率可达90%以上。

3.本发明接枝共聚方法制造的多糖高分子接枝共聚产物用作水泥浆降滤失剂的降滤失性能优良，具有较好的分散性，无需加入分散剂，水泥浆也具有较好的流变性。

4.成本低，它是当前油、气田固井水泥浆中较为理想的降滤失剂。

实施例：

1.在带有电动搅拌的三颈瓶中，加入40克可溶性淀粉溶于300ml无离子水中，再加入丙烯酸70克，甲基丙烯酸甲酯10克（所用单体和原料未经除去阻聚剂和杂质），在空气存在下，温度为45℃时加入2%（以反应物总重量计）的高锰酸钾，反应60分钟后取出溶液，按前述方法测定转化率为95.6%，接枝率61.8%，所得接枝共聚产物经中和后即可用作水泥浆降滤失剂。

2.在实例1装置中加入20克取代度为0.2以上的羧甲基淀粉，溶于300ml无离子水中，再加入丙烯酰胺75克，苯乙烯5克在空气存在下，温度为60℃时加入2%（以反应物总重量计）的过硫酸钾，反应四小时后取出溶液，按实施例1的方法处理并分析，转化率为96.8%，接枝率为81.2%。所得产物性能与实施1接近。

3.在实例1装置中加入20克取代度为0.3以上的羧甲基纤维素20克，溶于300毫升无离子水中，再加入甲基丙烯酸75克，醋酸乙烯5克，引发剂Mn⁺⁷换成Mn⁺³其余条件不变，所得产物性能、单体转化率、接枝率与实例1非常接近。

Claims (6)

1、一种水泥浆降滤失剂的制造方法其特征在于：

(1)可选用市售多糖高分子化合物或其衍生物与含阻聚剂0.1%以下的乙烯类单体用过硫酸盐，Mn⁺⁸或Mn⁺⁷作引发剂，在空气中氧存在下进行共聚反应制造多糖高分子接枝共聚物。

(2)反应温度25～65℃，反应时间1～5小时。

(3)在酸性条件下离心分离测定接枝率，用溴加成法测定单体转化率。

2、按照权利要求1所述降滤失剂的制造方法其特征在于该方法所用起始原料的配方组分（按重量计）为：

多糖高分子化合物或其衍生物        100份

接枝单体        30-600份

引发剂        0.5-6份

水        400-3000份

最佳配方组分（按重量计）为：

多糖高分子化合物或其衍生物        100份

接枝单体        200份

引发剂        2份

水        900份

3、按照权利要求1，2所述接枝共聚物其特征在于该共聚物的起始原料的多糖高分子化合物或其衍生物为淀粉、羧甲基淀粉、纤维素和羧甲基纤维素。

4、按照权利要求1，2所述接枝共聚物其特征在于该共聚物的起始原料的接枝单体为丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，苯乙烯，醋酸乙烯和丙烯腈等一种或一种以上的混合物。

5、按照权利要求1，2所述接枝共聚物其特征在于该共聚物的起始原料的引发剂为过硫酸盐，Mn⁺³和Mn⁺⁷。

6、按照权利要求1，2所述接枝共聚物其特征在于该共聚产物用作水泥浆降滤失剂。