CN113736016B - 油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆及其制备方法。所述油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆包括：硅酸盐水泥、硅粉、降失水剂、缓凝剂SD210、消泡剂、配浆水以及耐高温聚合物悬浮稳定剂，其中，还包括微硅或铁矿粉。所述油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆的制备方法将硅酸盐水泥、硅粉、降失水剂、缓凝剂、消泡剂、配浆水以及耐高温聚合物悬浮稳定剂配制成水泥浆，其中，还包括微硅或铁矿粉。本发明可以避免因高温热降解导致聚合物黏度的明显下降，从而增强其高温悬浮能力。耐高温悬浮稳定剂性能可耐至200℃高温，有效避免高温时水泥浆因自身热运动加剧导致沉降失稳的问题，防止水泥浆沉降、产生游离液而影响层间封隔等问题。

Description

油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆及其制备方法
技术领域
本发明属于油井水泥领域，具体涉及油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆及其制备方法。
背景技术
近年来，随着油气资源开发时间的延长及开发重点的深入，增产增稳的难度不断加大，深层油气资源已成为目前勘探开发的重点领域。而由于深井、超深井地层温度高、压力大，固井工程面临着更多挑战，特别是高温下水泥浆的沉降稳定性问题尤为突出。水泥浆沉降稳定性是保证水泥浆获得优良性能的前提，稳定性不好直接影响着固井施工安全和固井质量。
专利号为CN107973546A、名称为“一种固井用油井水泥悬浮剂及其制备方法和固井用水泥浆”公开了一种固井用油井水泥悬浮剂，其组分包括硅的氧化物、酸性高锰酸钾。所述悬浮剂可以在低密度水泥浆中起到悬浮减轻剂的作用，增强体系的稳定性，同时在低温水泥浆中不会造成水泥浆增稠现象，在高温水泥浆中不会发生分解。但加入过多无机矿物稳定剂，会对水泥石强度发育有不良影响。
专利号为CN111154034A、名称为“一种油井水泥专用高温悬浮剂及其制备方法”公开了一种固井用水泥浆稳定剂，其包括：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10～20份、乙烯基吡咯烷酮5～10份、丙烯酰胺晶体5～10份、去离子水60～80份、过硫酸钾0.01～0.05份、吊白粉0.01～0.05份、氢氧化钠2～5份、硅酸镁铝60～80份合成了高分子聚合物，可提高水泥浆的沉降稳定性。但该稳定剂作为一种高分子量聚合物会引起水泥浆的流动性能变差、低温下黏度增大等现象。
专利号为CN111808231A、名称为“热增粘共聚物类水泥浆高温稳定剂及其制备方法”公开了一种热增粘共聚物类稳定剂，其由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、温敏单体和交联剂共聚而成。该水泥浆稳定剂高温增粘效果明显，可显著改善水泥浆高温稳定性，能够在深井和超深井中很好的解决由于其他外加剂变稀、水泥颗粒沉降加剧等造成的水泥浆稳定性差难题。但该稳定剂应用温度受限，综合性能耐温仅达到150～180℃。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明目的之一在于提供一种油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆。本发明的另一目的在于提供一种油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆的制备方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂，所述耐高温聚合物悬浮稳定剂为四元聚合物，分子量可为1200000～1500000g/mol，反应单体可包括：16～20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、8～12重量份的丙烯酰胺、3～6重量份的二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)、4～8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、0.25～0.6重量份的引发剂。
在本发明的一个示例性实施例中，所述引发剂可包括：0.1～0.3重量份的过硫酸钾和0.15～0.3重量份的亚硫酸氢钠。
本发明另一方面提供了一种油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆：所述水泥浆可包括所述的油井水泥用耐高温聚合物悬浮稳定剂以及硅酸盐水泥，耐高温聚合物悬浮稳定剂的加量为硅酸盐水泥质量的3.5％～5.5％。
在本发明的一个示例性实施例中，硅酸盐水泥为油井水泥，所述水泥浆可包括：565～575重量份的硅酸盐水泥、190～205重量份的硅粉、25～30重量份的微硅、45～48重量份的降失水剂、22～25重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、345～355重量份的配浆水以及3.5～5.5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂，硅酸盐水泥为油井水泥和/或矿渣水泥。
在本发明的一个示例性实施例中，硅酸盐水泥为油井水泥，所述水泥浆还包括：425～435重量份的硅酸盐水泥、215～225重量份的硅粉、345～355重量份的铁矿粉、38～42重量份的降失水剂、28～32重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、225～235重量份的配浆水以及4～5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂，硅酸盐水泥为油井水泥和/或矿渣水泥。
在本发明的一个示例性实施例中，所述降失水剂和/或所述缓凝剂可以为AMPS类聚合物。
本发明的又一方面提供了油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂的制备方法，所述制备方法可包括如下步骤：配制引发剂溶液；向200重量份的水中加入16～20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、8～12重量份的丙烯酰胺、3～6重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、4～8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，溶解并混合均匀成水溶液体系；调节水溶液体系的pH至7～8，得到反应体系；在冰浴条件下向反应体系中通入惰性气体除氧，然后缓慢加入所述引发剂溶液，在65～70℃温度条件下恒温搅拌反应，降至室温后停止反应，得到溶液产物；将溶液产物加入到萃取剂中，萃取剂为丙酮或乙醇，萃取、烘干、粉碎后，再次溶解于蒸馏水中萃取、烘干、粉碎、过80目筛，得到耐高温聚合悬浮稳定剂。
在本发明的一个示例性实施例中，通入氮气时间可以为20～40min，恒温搅拌反应时间可以为480～600min。
在本发明的一个示例性实施例中，可以通过pH调节剂调节pH值，pH调节剂可以为质量浓度35％的氢氧化钠溶液，pH调节剂的加入量可以为7～8重量份。
本发明的再一方面提供了油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂的水泥浆，所述制备方法可包括如下步骤：将3.5～5.5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂与565～575重量份的硅酸盐水泥、190～205重量份的硅粉、25～30重量份的微硅、45～48重量份的降失水剂、22～25重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、345～355重量份的配浆水配制成水泥浆，或将4～5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂与425～435重量份的硅酸盐水泥、215～225重量份的硅粉、345～355重量份的铁矿粉、38～42重量份的降失水剂、28～32重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、225～235重量份的配浆水配制成水泥浆。
在本发明的一个示例性实施例中，所述失水剂和/或所述缓凝剂可以为AMPS类聚合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：可以避免因高温热降解导致聚合物黏度的明显下降，从而增强其高温悬浮能力。
本发明的耐高温悬浮稳定剂性能可耐至200℃高温，该悬浮稳定剂可有效避免高温时水泥浆因自身热运动加剧导致沉降失稳的问题，防止水泥浆沉降、产生游离液而影响层间封隔等问题。
附图说明
图1示出了本发明的示例性实施例1的聚合物红外光谱图。
图2示出了本发明的示例性实施例1的聚合物热分析曲线图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆、固井用水泥浆及其制备方法。
为了改善沉降失稳的问题，目前常用的方法是可以通过掺入无机材料和有机高分子类悬浮剂。无机材料可以主要包括超细材料、粘土类物质及触变材料等，这类材料一般粒径很小、比表面积较大，对水的吸附、控制作用比水泥强得多，对水泥浆体系具有较好的增稠作用且具有一定的触变性，从而具备一定的悬浮能力。但其掺量增加到一定程度后会使浆体增稠明显，不利于现场混灰和泵送，因此在一定程度上限制其在水泥浆体系中的应用；有机高分子类材料包括植物胶类、纤维素类及合成高分子，可以通过增加浆液的粘度及水泥颗粒间的粘滞性能来提高浆体的稳定性，但在高温下有机聚合物的降解反应易导致热降粘现象，使得悬浮剂在耐温与增黏性能上仍需进一步提升。同时，悬浮稳定剂应用受温度限制，难以改善水泥浆的高温稳定性。
本发明的主要技术构思为：选用耐高温分子材料，通过合理的分子结构设计，使聚合物在一定温度下能发生疏水缔合，分子链不易发生缠绕，增加其运动的空间位阻，从而使得聚合物分子结构在高温下变化较小，宏观表现为粘度下降趋势减小。可以避免因高温热降解导致聚合物黏度的明显下降，从而增强其高温悬浮能力。
第一示例性实施例
在本发明的第一示例性实施例中，提供了一种油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂，该耐高温聚合物悬浮稳定剂为四元聚合物，分子量为1200000～1500000g/mol，反应单体包括：16～20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、8～12重量份的丙烯酰胺、3～6重量份的二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)、4～8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、0.25～0.6重量份的引发剂。
可选择地，所述引发剂可以包括：0.1～0.3重量份的过硫酸钾和0.15～0.3重量份的亚硫酸氢钠。
其中，悬浮稳定剂分子量为1200000～1500000g/mol，分子量分布较宽，分子交联的粘弹性更好，单位体积内链末端数适中，对强度影响小，且其分子中的活性吸附基团增多，可增加聚合物分子在水泥颗粒表面的吸附量。
其中，通过在聚合物大分子亲水主链上引入NVP耐高温疏水侧链基团，增强了聚合物侧链刚性，从而提升耐温耐剪切性能；同时AMPS中强阴离子基团的较强的静电斥力作用可以使主链更加伸展，可对聚合物的分子内缔合起到一定的抑制作用。二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)作为一种容易聚合的阳离子疏水单体，使聚合物在水中能发生疏水缔合，并且季铵盐类相比脂类具有更好的抗温性。因此在高温下可使得分子间相互缔合形成网架结构，承托水泥颗粒，防止水泥浆发生沉降，使得其有效解决水泥浆高温下的沉降失稳问题，保证高温深井固井施工安全与固井质量。
根据本发明示例性实施例的悬浮稳定剂耐高温性能好，抗可耐至200℃高温。
第二示例性实施例
在本发明的第二示例性实施例中，提供了一种油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂水泥浆。该水泥浆包括所述的油井水泥用耐高温聚合物悬浮稳定剂以及硅酸盐水泥，耐高温聚合物悬浮稳定剂的加量为硅酸盐水泥质量的3.5％～5.5％。
其中，高温聚合物悬浮稳定剂的加量为硅酸盐水泥质量的3.5％～5.5％，该加量条件下高温聚合物能达到悬浮效果的同时对水泥浆综合性能影响较小。
硅酸盐水泥可以为油井水泥、矿渣水泥等中的至少一项。例如，G级油井水泥，G级油井水泥可以采用市售的嘉华水泥。水泥浆可以包括：565～575重量份的硅酸盐水泥、190～205重量份的硅粉、25～30重量份的微硅、45～48重量份的降失水剂、22～25重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、345～355重量份的配浆水以及3.5～5.5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂。水泥浆还可以包括：425～435重量份的硅酸盐水泥、215～225重量份的硅粉、345～355重量份的铁矿粉、38～42重量份的降失水剂、28～32重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、225～235重量份的配浆水以及4～5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂，硅酸盐水泥为油井水泥和/或矿渣水泥。
其中，微硅可以为凝聚硅灰，主要成分(99％以上)为二氧化硅，其能够填充水泥颗粒间的孔隙。能够显著提高抗压、抗折、抗渗等性能；同时具有保水、防止离析等作用。
消泡剂可以为二甲基硅油、酯类等，具有抑泡、消泡、防气窜功能。
硅粉可以为石英砂材料。通过加入硅粉的方法提高水泥基材料再高温下的长期抗压强度稳定发育。
拌浆水可以为自来水。
所述降失水剂和/或所述缓凝剂可以为川庆公司提供的AMPS类聚合物。例如，降失水剂可以为SD130，缓凝剂可以为SD210。
第三示例性实施例
在本发明的第三示例性实施例中，提供了一种油井水泥用耐高温聚合悬浮稳定剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、配制引发剂溶液。
具体地，可取过硫酸钾和亚硫酸氢钠配制成引发剂溶液待用。按重量组分计，0.1～0.3重量份的过硫酸钾和0.15～0.3重量份的亚硫酸氢钠。
S2、向200重量份的水中加入16～20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、8～12重量份的丙烯酰胺、3～6重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、4～8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，溶解并混合均匀成水溶液体系。
具体地，可以将200份去离子水投入反应容器中，在搅拌过程下：将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸16～20份，丙烯酰胺8～12份，二烯丙基二甲基氯化铵3～6份，N-乙烯基吡咯烷酮4～8份溶解并混合均匀。
S3、调节水溶液体系的pH至7～8，得到反应体系。
其中，调节pH至7～8，在实验过程中环境中的pH会影响聚合物中酸根的存在状态，使得聚合物中的其他离子与阳离子单体中铵根离子之间的静电作用发生改变。当溶液中的pH在7～8的时候，分子中的-COO-呈离子状态，此时离子的静电作用比较强。
具体地，可通过pH调节剂调节pH值，pH调节剂为质量浓度35％的氢氧化钠溶液，pH调节剂的加入量为7～8重量份。
其中，采用35％氢氧化钠溶液进行pH值的调节，氢氧化钠与反应物质无其他副反应。且氢氧化钠溶液浓度＜35％，加入50份以上pH变化较小，氢氧化钠溶液浓度＞35％，只加1份pH值超过8。
S4、在冰浴条件下向反应体系中通入惰性气体除氧，然后缓慢加入所述引发剂溶液，在65～70℃温度条件下恒温搅拌反应，降至室温后停止反应，得到溶液产物。
具体地，冰浴条件的温度为0～5℃。
其中，冰浴下通惰性气体氮气，是为了防止在通入氮气的过程中，体系内残留的氧气为体系发生自聚反应等副反应提供了条件。
其中，温度控制在65～70℃温度条件下恒温搅拌反应，反应温度太低，达不到引发剂分解所需的活化能，引发剂的分解效率比较低，在溶液中产生的自由基少，反应生成的产品分子量较低，导致聚合物的悬浮稳定性能较差；当反应温度高于70℃之后，高温加剧了引发剂的分解速率，体系内由于引发剂分解形成的大量自由基不仅使得链转移常数增加，也增大了链终止的几率，使得反应过程中链支化反应增强，从而导致聚合物的聚合度小、聚合物的分子量低，因而聚合物的悬浮稳定性能差。
具体地，通入氮气时间为20～40min，恒温搅拌反应时间为480～600min。
其中，冰浴下通惰性气体氮气，是为了驱逐氧气，保证反应体系的稳定，保护反应正常进行。通入氮气时间20min体系内氧气可以除尽。恒温搅拌反应时间为480～600min的范围内，聚合物合成转化率能达到70％以上。反应时间不足，合成不充分；反应时间大于600min后，产物转化率变化幅度小于5％。
S5、将溶液产物加入到丙酮或乙醇，萃取、烘干、粉碎后，再次溶解于蒸馏水中萃取、烘干、粉碎、过80目筛，得到耐高温聚合悬浮稳定剂。
其中，分两次萃取、烘干、粉碎可尽可能多的去除溶液产物中的未参与聚合反应的小分子或聚合程度较小链段较短的小分子，使得溶液产物分子更加均一。
第四示例性实施例
在本发明的第四示例性实施例中，提供了一种固井用水泥浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将3.5～5.5重量份的耐高温聚合物悬浮稳定剂与565～575重量份的硅酸盐水泥、190～205重量份的硅粉、25～30重量份的微硅、45～48重量份的降失水剂、22～25重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、345～355重量份的配浆水配制成水泥浆，或将4～5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂与425～435重量份的硅酸盐水泥、215～225重量份的硅粉、345～355重量份的铁矿粉、38～42重量份的降失水剂、28～32重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、225～235重量份的配浆水配制成水泥浆。
降失水剂和/或所述缓凝剂可以为AMPS类聚合物。
为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例，下面结合具体示例来说明耐高温聚合悬浮稳定剂的制备方法。
示例1
本示例制备耐高温聚合物悬浮稳定剂，其制备方法包括以下步骤：
(1)取过0.1重量份过硫酸钾和0.15重量份亚硫酸氢钠溶解于200重量份的水中配制成引发剂溶液待用。
(2)向200份去离子水中搅拌加入16重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，8重量份的丙烯酰胺，3重量份二烯丙基二甲基氯化铵，4重量份N-乙烯基吡咯烷酮并混合均匀得到水溶液。
(3)在常温下向水溶液中加入浓度为35％的氢氧化钠溶液7重量份将溶液PH调整为7。
(4)在冰浴条件下向反应体系中通入氮气20～40min，然后缓慢加入备用的引发剂溶液，将反应温度设定为65～70℃进行反应，持续恒温搅拌反应480～600min止反应。
(5)将溶液产物加入到500重量份的丙酮或乙醇，萃取、烘干、粉碎后，再次溶解于蒸馏水中萃取、烘干、粉碎成80目颗粒状制得目标产物。
示例2
本示例制备耐高温聚合物悬浮稳定剂，其制备方法包括以下步骤：
(1)取0.2重量份过硫酸钾和0.3重量份亚硫酸氢钠溶解于200重量份的水中配制成引发剂溶液待用。
(2)向200份去离子水中搅拌加入18重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，12重量份的丙烯酰胺，5重量份二烯丙基二甲基氯化铵，6重量份N-乙烯基吡咯烷酮并混合均匀得到水溶液。
(3)在常温下向水溶液中加入浓度为35％的氢氧化钠溶液8重量份将溶液PH调整为8。
(4)在冰浴条件下向反应体系中通入氮气30min，然后缓慢加入备用的引发剂溶液，将反应温度设定为65～70℃进行反应，持续恒温搅拌反应480～600min，降至室温后停止反应。
(5)将溶液产物加入到500重量份的丙酮或乙醇，萃取、烘干、粉碎后，再次溶解于蒸馏水中萃取、烘干、粉碎成80目颗粒状制得目标产物。
示例3
本示例制备耐高温聚合物悬浮稳定剂，其制备方法包括以下步骤：
(1)取0.15重量份过硫酸钾和0.2重量份亚硫酸氢钠溶解于200重量份的水中配制成引发剂溶液待用。
(2)向200份去离子水中搅拌加入17重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，10重量份的丙烯酰胺，4重量份二烯丙基二甲基氯化铵，5重量份N-乙烯基吡咯烷酮并混合均匀得到水溶液。
(3)在常温下向水溶液中加入浓度为35％的氢氧化钠溶液7～8重量份将溶液PH调整为7。
(4)在冰浴条件下向反应体系中通入氮气30min，然后缓慢加入备用的引发剂溶液，将反应温度设定为65～70℃进行反应，持续恒温搅拌反应600min，降至室温后停止反应。
(5)将溶液产物加入到500重量份的丙酮或乙醇，萃取、烘干、粉碎后，再次溶解于蒸馏水中萃取、烘干、粉碎成80目颗粒状制得目标产物。
应用例1
本示例是利用耐高温聚合物悬浮稳定剂制备固井用水泥浆，按照下述质量份数配比称量各组分：
G级油井水泥：570份；硅粉：200份；微硅：30份；降失水剂SD130：48份；缓凝剂SD210：24份；消泡剂：2份；上述示例1所制耐高温聚合物悬浮稳定剂：3.5份和配浆水：350份。按照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法油井水泥试验方法配制水泥浆。
应用例2
按照下述质量份数配比称量各组分：
G级油井水泥：570份；硅粉：200份；微硅：30份；降失水剂SD130：48份；缓凝剂SD210：24份；消泡剂：2份；上述示例2所制耐高温聚合物悬浮稳定剂：4份和配浆水：350份。按照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法油井水泥试验方法配制水泥浆。
应用例3
按照下述质量份数配比称量各组分：
G级油井水泥：430份；硅粉：220份；铁矿粉：350份；降失水剂SD130：40份；缓凝剂SD210：30份；消泡剂：2份；上述示例3所制耐高温聚合物悬浮稳定剂：4.5份和配浆水：230份。按照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法油井水泥试验方法配制水泥浆。
对比示例1
G级油井水泥：570份；硅粉：200份；微硅：30份；降失水剂SD130：48份；缓凝剂SD210：24份；消泡剂：4份和配浆水：350份。按照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法配制水泥浆。
对比示例2
G级油井水泥：570份；硅粉：190份；微硅：25份；降失水剂SD130：45份；缓凝剂SD210：22份；消泡剂：3份和配浆水：350份；上述示例1所制耐高温聚合物悬浮稳定剂：3份，按照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法配制水泥浆。
对比示例3
G级油井水泥：430份；硅粉：220份；铁矿粉：350份；降失水剂SD130：40份；缓凝剂SD210：30份；消泡剂：2份；配浆水：230份。按照GB/T 19139-2012油井水泥试验方法油井水泥试验方法配制水泥浆。
性能指标测试
利用FTIR红外光谱仪测试示例1的聚合物红外光谱图。利用DSC823 TGA/SDTA85/e型热分析仪测试示例1所得聚合物进行热稳定性分析。
图1示出了本发明的示例性实施例1的聚合物红外光谱图，图2示出了本发明的示例性实施例1的聚合物热分析曲线图。从图1和图2可知，3440cm-1和1674cm-1处分别是AM中酰胺基中N-H和C＝O的伸缩振动峰；1187cm-1、1042cm-1、632cm-1处分别为AMPS中的磺酸基中S＝O、S-O和C-S的伸缩振动峰；1552cm-1处是NVP中N-H的变形振动峰；2923cm-1和2836cm-1处为疏水长链上甲基和亚甲基的特征峰，3159cm-1处为铵根离子-N+(CH3)2-R形式的特征峰，可以证明二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)在聚合物中的存在；同时885～995cm-1和3075～3090cm-1区间未出现C＝C的伸缩振动峰。以上结果说明了聚合物与预期产物一致。从图2上可以看出，在热重测试中，TG为热重分析，DTG是单位时间内物质的失重速率。对聚合物P-AB进行热稳定性分析测试，从开始升温至聚合物分解的温度范围内悬浮剂P-AB的热分解主要分为3个阶段：第1失重区根据热重曲线显示，72.3～144.3℃的质量损失为12.21％，该阶段出现质量损失的原因是温度升高后分子链中的自由水和结合水受热挥发产生了质量损失。第2失重区热重曲线显示，334.5～387.2℃的质量损失为33.01％，是由于聚合物P-AB分子链中酰胺基团、磺酸基团等侧链基团大量分解。第3失重区于453.9～628.4℃区间样品的质量损失为29.32％，可以看出样品在这段区间内聚合物主链才开始发生分解。结果分析说明合成的聚合物悬浮剂P-AB具有优异的热稳定性。
测试上述应用示例1～3以及对比示例1～3中所得产品的性能参数。性能测试方法如下：
按照中华人民共和国国家标准GB/T 19139-2012油井水泥试验方法中第十五章“水泥浆稳定性试验”的要求，对水泥浆游离液、水泥浆流动度及沉降稳定性进行测定，游离液测试温度为90℃。水泥浆的沉降稳定性评价通过自制的玻璃沉降管来进行测试，管长20mm，内径25mm，在200℃下养护24h。结果如下表1。
表1水泥浆综合性能评价
Figure BDA0003302470870000111
从表1可以看出，应用例1～3中的水泥浆游离液都为0，应用例1中常规密度水泥石和应用例2中高密度水泥石上下密度差均小于0.02，满足高温深井固井工程要求，水泥浆与常用的油井水泥其他外加剂，例如降失水剂、缓凝剂等具有良好的配伍性，对抗压强度影响小，对高温深井固井工程要求水泥浆的常规性能无不良影响。
根据本发明的悬浮稳定剂，具有良好的高温悬浮水泥浆能力，抗温达200℃以上。
根据本发明的悬浮稳定剂，可有效避免高温时水泥浆因自身热运动加剧导致沉降失稳的问题，防止水泥浆沉降、产生游离液而影响层间封隔等问题。
根据本发明的悬浮稳定剂，既有良好的悬浮水泥浆体系的作用，又能保证在高温下热降解效应小，浆体稳定性良好，同时与常用的油井水泥其他外加剂具有良好的配伍性，对高温深井固井工程要求水泥浆的常规性能(例如，流变性、抗压强度、降失水性等)无不良影响。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (11)

1.一种耐高温聚合物悬浮稳定剂，其特征在于，所述耐高温聚合物悬浮稳定剂为四元聚合物，分子量为1200000～1500000g/mol，反应单体包括：16～20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、8～12重量份的丙烯酰胺、3～6重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、4～8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮、0.25～0.6重量份的引发剂；
所述耐高温聚合物悬浮稳定剂通过以下制备方法得到，所述制备方法包括如下步骤：
向200重量份的水中加入16～20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、8～12重量份的丙烯酰胺、3～6重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、4～8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，溶解并混合均匀成水溶液体系；
调节水溶液体系的pH至7～8，得到反应体系；
在冰浴条件下向反应体系中通入氮气，然后缓慢加入所述引发剂溶液，在65～70℃温度条件下恒温搅拌反应，降至室温后停止反应，得到溶液产物；
将溶液产物加入到萃取剂中，萃取、烘干、粉碎后，再次溶解于蒸馏水中萃取、烘干、粉碎、过筛，得到耐高温聚合悬浮稳定剂。
2.根据权利要求1所述的耐高温聚合物悬浮稳定剂，其特征在于，所述引发剂包括：0.1～0.3重量份的过硫酸钾和0.15～0.3重量份的亚硫酸氢钠。
3.一种固井用水泥浆，其特征在于，所述固井用水泥浆包括如权利要求1或2所述的耐高温聚合物悬浮稳定剂以及硅酸盐水泥，耐高温聚合物悬浮稳定剂的加量为硅酸盐水泥质量的3.5％～5.5％。
4.根据权利要求3所述的固井用水泥浆，其特征在于，硅酸盐水泥为油井水泥，所述水泥浆包括：565～575重量份的硅酸盐水泥、190～205重量份的硅粉、25～30重量份的微硅、45～48重量份的降失水剂、22～25重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、345～355重量份的配浆水以及3.5～5.5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂，硅酸盐水泥为油井水泥和/或矿渣水泥。
5.根据权利要求3所述的固井用水泥浆，其特征在于，硅酸盐水泥为油井水泥，所述水泥浆还包括：425～435重量份的硅酸盐水泥、215～225重量份的硅粉、345～355重量份的铁矿粉、38～42重量份的降失水剂、28～32重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、225～235重量份的配浆水以及4～5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂，硅酸盐水泥为油井水泥和/或矿渣水泥。
6.根据权利要求4或5所述的固井用水泥浆，其特征在于，所述降失水剂和/或所述缓凝剂为AMPS类聚合物。
7.一种制备如权利要求1或2所述的耐高温聚合悬浮稳定剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
配制引发剂溶液；
向200重量份的水中加入16～20重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、8～12重量份的丙烯酰胺、3～6重量份的二烯丙基二甲基氯化铵、4～8重量份的N-乙烯基吡咯烷酮，溶解并混合均匀成水溶液体系；
调节水溶液体系的pH至7～8，得到反应体系；
在冰浴条件下向反应体系中通入氮气，然后缓慢加入所述引发剂溶液，在65～70℃温度条件下恒温搅拌反应，降至室温后停止反应，得到溶液产物；
将溶液产物加入到萃取剂中，萃取剂为丙酮或乙醇，萃取、烘干、粉碎后，再次溶解于蒸馏水中萃取、烘干、粉碎、过80目筛，得到耐高温聚合悬浮稳定剂。
8.根据权利要求7所述的耐高温聚合悬浮稳定剂的制备方法，其特征在于，通入氮气时间为20～40min，恒温搅拌反应时间为480～600min。
9.根据权利要求7所述的耐高温聚合悬浮稳定剂的制备方法，其特征在于，通过pH调节剂调节pH值，pH调节剂为质量浓度35％的氢氧化钠溶液，pH调节剂的加入量为7～8重量份。
10.一种固井用水泥浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
采用如权利要求7-9中任意一项所述的制备方法制备得到耐高温聚合悬浮稳定剂；
将3.5～5.5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂与565～575重量份的硅酸盐水泥、190～205重量份的硅粉、25～30重量份的微硅、45～48重量份的降失水剂、22～25重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、345～355重量份的配浆水配制成水泥浆，或将4～5重量份的所述耐高温聚合物悬浮稳定剂与425～435重量份的硅酸盐水泥、215～225重量份的硅粉、345～355重量份的铁矿粉、38～42重量份的降失水剂、28～32重量份的缓凝剂SD210、1～3重量份的消泡剂、225～235重量份的配浆水配制成水泥浆。
11.根据权利要求10所述的固井用水泥浆的制备方法，其特征在于，所述失水剂和/或所述缓凝剂为AMPS类聚合物。
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