CN1050211A - 一种油井水泥减阻剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用作油井水泥减阻剂的高分子量 的磺化酮醛缩聚物的制备方法。采用焦亚硫酸钠的 碱溶液作磺化剂，丙酮和甲醛作单体，调整酮、醛、焦 亚硫酸钠的配比，控制适宜温度，改变工艺条件，用先 降温后升温进行回流的途径，使磺化反应和缩聚反应 同时进行，所得产物经干燥成固态产品。本法原料易 得，生产成本低，产品的磺化度高，能改善水泥浆的流 变性。产品在常温或高温减阻性能都较好，还具有一 定降失水性和缓凝作用，便于现场施工。

Description

本发明涉及一种油气井固井用的水泥浆减阻剂的制备方法，此减阻剂是一种高磺化度、适当分子量分布的酮醛缩聚物，属于高分子化工领域。

目前，国内还没有专门用于油气井固井用的水泥浆减阻剂，而是用建筑工业上的混凝土减水剂萘磺酸盐的甲醛缩合物（FDN）和木质素磺酸钙（CLS）来代替。在钻井过程的固井作业中，要将油井水泥浆通过井底泵送到套管与井筒的环形空间，要求水泥浆有良好的流动度和可泵性。为了提高水泥浆对泥浆的顶替效率，应采取低速紊流固井，这就要求水泥浆有良好的流变性。随着近代钻井深度增加，井下温度逐渐增高，井下情况日趋复杂，固井作业中需要使用耐高温、性能良好的水泥浆。在国内用作油井水泥减阻剂的代用品（FDN和CLS），其主要缺点是抗盐性能差、抗高温性能差（从60℃开始明显增稠）、用量稍大时水泥浆易聚沉。

从国外的相关材料来看，在USP4557763中公开了一种通过聚合和磺化而生成磺化酮醛缩聚物的方法。它的目的是用于油井水泥浆的配制，用作减阻剂，同时认为磺化的目的是使聚合物溶解。其构成主要是用亚硫酸钠作磺化剂，先后分别加入酮、醛，分别与丙酮和甲醛反应生成能溶于水的磺化度较低的酮醛缩聚物，在工艺上采用升温回流，其反应温度较低。它们的不足之处是：在制备过程中，磺化剂加量较小，反应温度较低，所得产品磺化度较小，低于0.48，因而耐高温性能差，在80℃的温度下，减阻效果大大降低。

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处，着眼于在适当聚合度的基础上，改变磺化剂，改进工艺条件，提高磺化度，以提供一种新型磺化酮醛缩聚物-耐高温油井水泥减阻剂的制备方法。

本发明认为磺酸根不仅可增大处理剂的溶解性，而且可增大处理剂在水泥粒子上的吸附能力，使粒子带电荷，提高水泥粒子的分散能力。为此提高酮醛缩聚物的磺化度，是本制备方法发明的关键。本发明采用焦亚硫酸钠的碱溶液作磺化剂，调整酮、醛、焦亚硫酸钠的配比，提高磺化剂的用量。适当提高反应温度，改变工艺条件，使磺化反应和缩聚反应同时进行。此法可制得高磺化度的磺化酮醛缩聚物，用作油井水泥减阻剂。

本发明的磺化酮醛缩聚物油井水泥减阻剂的制备方法为：将丙酮和甲醛的混合液按一定比例一起按适当流速加入到焦亚硫酸钠的碱溶液中，在有搅拌和回流装置的反应釜中加热，温度控制在50～70℃。待酮醛混合液加完后，反应物的颜色逐步由无色变为橙色，再变为黑红色。反应时间为1小时。所用原料的摩尔比为：焦亚硫酸钠∶氢氧化钠∶丙酮∶甲醛等于0.4～0.6∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶2.8～3.2。待反应完后，将反应物放置12小时，温度降至室温，然后再加热至95±5℃，回流1小时即得液态产品。经喷雾干燥得固态产品。此种产品的固体含量为35%时，测定其200ml的漏斗粘度为10～16秒，PH值为9～12。

以上合成工艺的改变在于使磺化度提高，其平均磺化度为0.50～0.80，控制聚合度，使聚合物的平均分子量在4000～16000的范围内。

经过对生成物的剖析，根据红外光谱所作出的判断，制备方法的化学反应方程式如下：

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、产物的磺化度高，耐高温性能好，产物在常温（25℃）和高温（80℃、130℃）减阻性能都较好。

2、采用焦亚硫酸钠与比较便宜的碱液（30%）用作磺化剂，降低了生产成本。

3、本油井水泥减阻剂加入水泥浆中能延长凝结时间，便于施工。

4、本产品能降低表观粘度，有一定降失水作用。

采用本方法所合成的油井水泥减阻剂的特性为：

平均聚合度：20～90

平均磺化度：0.50～0.80

平均分子量：4000～16000

实施例1：称取焦亚硫酸钠60.0克，溶于130ml水中，加入液碱（30%）84克，搅拌加热至70℃。再滴入152克甲醛（37%）与丙酮37克的混合液反应，反应物的颜色逐步由无色变为橙色，再变为黑红色，反应时间为1小时。放置1小时等温度自然冷却至50℃，再加热至98℃回流1小时。此时产品的200ml漏斗粘度为14±2秒;600转表观粘度（25℃）为30±2mpa.s。将以上溶液喷雾干燥，得棕黑色粉末，即为成品（样品A）。

实施例2：称取焦亚硫酸钠57.0克，溶于120ml水中，加入30%的液碱66ml，甲醛（37%）38ml，加热至60℃。再滴入47ml丙酮与100ml甲醛的混合液反应1小时。反应物放置12小时后，再加热至95℃，回流1小时。将所得溶液喷雾干燥得棕黑色粉末168克（样品B）。

实施例3：用嘉华G级油井水泥，按API标准方法配制水灰比为0.44的水泥浆。用样品A作减阻剂，并测定有关性能得下表1。

注：AV-表观粘度  PV-塑性粘度  YP-屈服值

n-流性指数  K-稠度系数

实施例4：用嘉华G级油井水泥，按API标准方法配制水灰比为0.44的水泥浆。用样品B作减阻剂，并测定有关性能得下表2。

由表1、表2可知本发明的产品，在常温（25℃）及高温（80℃、130℃）下都有良好的减阻性能。在130℃能使n值升到0.8以上，k值降到0.8以下，明显地改善了油井水泥浆的流变性能。本产品能将水泥浆的凝结时间延长，便于现场施工。

Claims (5)

1、一种高磺化度的磺化酮醛缩聚物油井水泥减阻剂的制备方法，其特征在于：磺化酮醛缩聚物(结构式为：

其中n、m、l、k为平均聚合度)是以焦亚硫酸钠的碱溶液作磺化剂，调整酮、醛、焦亚硫酸钠的配比，控制适宜温度，改变工艺条件，使反应时磺化与缩聚同时进行，所得磺化酮醛缩聚物用作油井水泥减阻剂。

2、根据权利要求1所述的磺化酮醛缩聚物，其特征在于：将丙酮和甲醛的混合液按一定比例一起加入到焦亚硫酸钠的碱溶液中，使磺化度提高，其平均磺化度为0.50～0.80，平均分子量为4000～16000。

3、根据权利要求1所述，其特征在于：所用原料的摩尔比为：焦亚硫酸钠∶氢氧化钠∶丙酮∶甲醛等于0.4～0.6∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶2.8～3.2。

4、根据权利要求1所述，其特征在于改变工艺条件，采用先降温后升温进行回流，从而得到高磺化度的产品。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于温度先保持在50～70℃，反应1小时，将反应物放置12小时，待温度降至室温，然后再加热至95±5℃，回流1小时即得液态产品，经喷雾干燥得固态产品。