CN1058983A

CN1058983A - 一种油井水泥降滤失剂的制备方法

Info

Publication number: CN1058983A
Application number: CN 91103278
Authority: CN
Inventors: 佟曼丽; 姚晓; 陈大钧; 李秀花; 李文建
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1992-02-26

Abstract

本发明是一种用于油气井固井作业的水泥降滤失剂的制备方法。按一定比例将丙烯酰胺与丙烯酸盐溶液相混合，引发剂为氧化还原体系，在氮气保护下，搅拌升温至一定温度反应较长时间，即得液体产品。经干燥得到白色固体粉末的无规共聚物，平均分子量为15～20万。本产品在常温及高温(95℃)均有优良的控制滤失的能力，流动性能好，无增稠现象。并能与其它外加剂复配使用，有一定的分散作用和抗盐作用，无超缓凝副作用，实践证明效果良好。

Description

本发明涉及一种用于油气井固井作业的水泥降滤失剂的制备方法，此降滤失剂是由丙烯酰胺-丙烯酸盐在水溶液中发生共聚而生成的一种无规共聚物，它属于高分子化工领域。

目前，国内仅有少数几种油气井水泥降滤失剂，如LW-1、S24等。LW-1是丙烯酰胺-丙烯酸的高温（70-80℃）共聚产物，并复配以少量缓凝剂（HR-A），其主要缺点是抗盐性差、增稠及后缓凝作用。S₂₄系羧甲基纤维素与其它材料的复配产物，主要缺点是不耐盐、用量大及性能不稳定。

目前国外使用的油井水泥降滤失剂多为HEC和聚胺类。HEC有增稠和缓凝的副作用，且升高温度或遇到盐水时失去作用。聚胺类则易使水泥浆缓凝和发生沉降。L.F.Mckenzie在SPE1-623，279（1982）中介绍了丙烯酰胺-丙烯酸共聚物，它可在26.7℃-60℃范围内起作用，并且可抗一定数量的CaCl₂、但在温度高于47.8℃时，有很强的缓凝作用，从而影响水泥石的早期强度。它的聚合方法来自于U.S.2.868，753（1959），即丙烯酰胺（AM）/丙烯酸（AA）＝9-7∶1-3（摩尔比）∶少量（0.25%）过硫酸铵引发，在70～80℃下反应4小时，产物为分子量大于1.5×10⁵的共聚物。它的不足之处在于：在合成过程中，引发剂用量少，高温引发，反应时间短，转化率不够高;共聚物组成及分子量分布不理想，因而使该产品有增稠、超缓凝及强度低等副作用。

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处，着眼于在聚合反应的方法上加以改进，改变投料比和引发体系，改变共聚物组成、分子量范围及分子量分布，提高转化率，提供一种合理的大分子链结构的共聚物，以制备出一种耐高温、抗盐的油气井水泥降滤失剂。

本发明认为：在油气井水泥降滤失剂AM-AA-Na无规共聚物中，链节上的酰胺基是吸附性基团，羧基是水化基团。吸附基与水化基比例适当时，大分子链吸附到水泥颗粒表面并生成水化层，它能阻止水泥颗粒聚结，起到分散作用。同时，分子链上不同链节上的吸附基吸附水泥颗粒，形成布满整个体系的网状结构，并足以形成薄而致密的滤饼，从而降低失水。因此吸附基与水化基的比例及分子量分布是影响降滤失剂的关键因素。本发明是通过调整共聚物的单体组成、引发剂用量、引发方式、反应时间等因素，来得到合乎要求的油气井水泥降滤失剂。

本发明的产物丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚物的制备方法是：按一定比例将丙烯酰胺溶液与丙烯酸盐溶液混合，单体的浓度为10～30%。引发剂为氧化还原体系（过硫酸铵-亚硫酸氢钠），用量为0.5～1.5%。在氮气保护下，搅拌升温至25～55℃，反应18小时左右，生料为液体产品。经喷雾干燥得到丙烯酰胺-丙烯酸盐无规共聚物（简称XS-1）。

反应条件及合成产品的特征：

单体的摩尔比为：丙烯酰胺（AM）∶丙烯酸盐（AA-Na）＝1～6∶3～1

单体的浓度：10～30%

引发剂的用量：0.5～1.5%（单体量）

反应温度：引发阶段的温度为50±5℃聚合反应后期温度为30±5℃

反应压力：常压

反应时间：18小时左右

转化率：大于95%

产品：白色固体粉末，沉淀及不溶物≯1%，共聚物含量≮95%

平均分子量：15～20万

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、产品结构组成合理，分子量分布较宽，耐温性好，在25～95℃范围内有优异的降滤失性，流动性能好，无增稠现象。

2、采用氧化-还原引发体系，反应活化能低，反应易于进行。反应时间长，有利于提高转化率。

3、产品在加量增大时，有促初凝、缓终凝的作用，无超缓凝副作用。

4、能与其它外加剂，加缓凝剂、促凝剂、分散剂、比重调节剂等复配作用。

5、有一定的分散作用和抗盐作用。

实施例1、分别称取丙烯酰胺35.0克、NaHSO₃0.01865克、（NH₄）₂S₂O₈0.2865克，量取丙烯酸34.0毫升，自来水28.40毫升。将上三种固体分别溶解，将丙烯酰胺与丙烯酸溶液充分混合，在氮气保护下，搅拌升温至32±3℃，加入引发剂，保持反应温度不超过60℃，反应8小时后，恒温静置10小时。加入阻聚剂，最后得到液体产品，将产品烘干即为降滤失剂（23A）。

实施例2、分别称取丙烯酰胺150克，NaHSO₃0.675克、（NH₄）₂S₂O₈1.575克，量取丙烯酸50.0毫升，水750毫升。将两种单体混合搅拌，在氮气保护下，升温至50±2℃时，依次加入引发剂，20分钟后体系粘度增大，反应10小时后，恒温30±2℃静置10小时，将所得产品干燥即得到白色固体-降滤失剂（123L）。

实施例3、使用嘉华G级油井水泥，按API标准（API SPec 10A，1986）配制水灰比为0.44的水泥浆，用样品23A作降滤失剂，进行水泥浆性能测定，结果见表1：

编号

样品加量(%)

试验温度（℃）

密度(g/3cm)

流动度(cm)

试验压力(MPa)

滤失量(ml/30min)

初终凝hr:min

初凝

终凝

12345

00.51.82.02.0

2525257590

1.861.871.871.871.88

272624.52323

0.70.70.73.57.0

68034154068

1:50--2:10-

2:20--3:00-

实施例4，使用嘉华G级油井水泥，按API标准方法配制水灰比0.44的水泥浆。用样品123L作降滤失剂，并测定其性能，见表2：

编号	样品加量（％）	试验温度（℃）	流动度（cm)	实验压力(MPa)	滤失量(ml/30min)	强度48h
							1234567	00.51.01.52.002.0	25252525259595	727262624.52372725	0.70.70.70.70.77.07.0	6803011.87.551740113	---低低18MPa低

由表1，表2可知本发明的产品，在常温（25℃）及高温（95℃）下均具有优良的控制滤失的能力，并且不增稠，无超缓凝等副作用

Claims

1、一种用于油气井固井作业的水泥降滤失剂的制备方法，其特征在于：按一定比例将丙烯酰胺溶液与丙烯酸盐溶液混合，引发剂为氧化还原体系(过硫酸铵-亚硫酸氢钠)，在氮气保护下，搅拌升温至25～55℃，反应18小时左右，生料为液体产品，经喷雾干燥得到丙烯酰胺-丙烯酸盐的无规共聚物。

2、根据权利要求1所述，其特征在于：所用单体原料的摩尔比为：丙烯酰胺∶丙烯酸盐等于1～6∶3-1，单体的浓度为10～30%。

3、根据权利要求1所述，其特征在于：聚合反应中引发剂为氧化还原体系（过硫酸铵-亚硫酸氢钠），其用量为0.5～1.5%（单体量），即大引发剂量，使产品有个合理的分子量分布。

4、根据权利要求1所述，其特征在于：为了抑制后缓凝而采用两段温度控制，即引发阶段的温度为50±5℃，聚合反应后期温度控制在30±5℃。