CN115850579B - 一种抗盐低温早强降失水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种抗盐低温早强降失水剂及其制备方法，降失水剂由以下组分聚合得到：100重量份的2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、0.1～0.5重量份的交联单体、1～3重量份的分子量调节剂、1～3重量份的醇类单体、8～10重量份的酰胺类单体、0.5～1.0重量份的羧酸类单体以及300～400重量份的水。本申请的降失水剂通过添加交联单体与分子量调节剂控制降失水剂的交联结构及分子量分布，综合提高降失水剂在含盐水泥浆中的控失水能力，还通过添加醇类单体，促进使用降失水剂配制的含盐水泥浆在低温条件下的强度发展，因此，本申请的降失水剂具有良好的控失水性能、抗盐性能及低温早强性能，可保障含盐水泥浆低温下稳定性好、失水优、抗压强度发展快，流变性佳，进而保障固井质量。

Description

一种抗盐低温早强降失水剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及油田固井水泥领域，尤其涉及一种抗盐低温早强降失水剂及其制备方法。

背景技术

盐穴储气库能否长期高效运行的关键取决于盐穴腔体及井筒的密封性能，固井质量对于保障井筒密封最为重要。

盐穴型储气库一般盐层埋深较浅，地层温度低，最高温度为60℃，正常固井作业时井内最高温度一般在50℃左右，冬季时更低。对于含盐水泥浆体系来说，低温下其稳定性差、失水量不易控制、抗压强度发展缓慢，触变性强，流变性不佳，使固井质量难以保证。

目前市售降失水剂多为AMPS聚合物，为提高其控失水能力，尤其是在含盐水泥浆中的控失水能力，常常引入大量含有强吸附能力的羧酸类单体，这往往会导致降失水剂的缓凝性能增强，相同实验条件下，水泥浆的稠化时间延长，抗压强度发展缓慢，尤其在低温条件下，此现象更加明显，严重影响固井施工质量。因此，为保障盐穴型储气库的固井质量，亟需研发出具有抗盐且低温早强的降失水剂。

发明内容

本申请提供一种抗盐低温早强降失水剂及其制备方法，能够具有抗盐、低温早强的特性。

本申请采用了下列技术方案：

本申请提供了一种抗盐低温早强降失水剂，用于盐穴型储气库固井作业，由以下组分聚合得到：

100重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.1～0.5重量份的交联单体、1～3重量份的分子量调节剂、1～3重量份的醇类单体、8～10重量份的酰胺类单体、0.5～1.0重量份的羧酸类单体以及300～400重量份的水。

其中，交联单体与分子量调节剂用于控制降失水剂的交联结构及分子量分布，综合提高降失水剂在使用降失水剂配制而成的含盐水泥浆中的控失水能力。醇类单体用于促进含盐水泥浆在低温条件下的强度发展。

进一步地，交联单体包括二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的至少一种。

进一步地，分子量调节剂包括异丙醇、十二硫醇中的至少一种。

进一步地，醇类单体包括甲基烯丙醇、乙烯醇中的至少一种。

进一步地，酰胺类单体包括N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的至少一种。

进一步地，羧酸类单体包括衣康酸、丙烯酸中的至少一种。

本申请提供了一种上述的抗盐低温早强降失水剂的制备方法，包括以下步骤：

向反应器中加入水、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、交联单体、分子量调节剂、醇类单体、酰胺类单体、羧酸类单体，得到反应液。

搅拌反应液，将反应液的氢离子浓度指数调节至6～7，将反应液的温度升高至50～60℃，待反应液中的各组分均溶解后，向反应液中加入引发剂0.5～0.7重量份，反应2～3小时，冷却至室温，得到降失水剂。

进一步地，向反应器中依次加入水、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、交联单体、分子量调节剂、醇类单体、酰胺类单体、羧酸类单体。

进一步地，在200转/分钟的速度下搅拌反应液。

进一步地，引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的至少一种。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

本申请的降失水剂通过添加交联单体与分子量调节剂控制降失水剂的交联结构及分子量分布，在基本不影响含盐水泥浆流变性能的基础上，综合提高降失水剂在含盐水泥浆中的控失水能力，还通过添加醇类单体及降低羧酸单体用量，促进使用降失水剂配制的含盐水泥浆在低温条件下的强度发展，因此，本申请的降失水剂具有良好的控失水性能、抗盐性能及低温早强性能，使用降失水剂配制含盐水泥浆时，可保障含盐水泥浆低温下稳定性好、失水优、抗压强度发展快，52℃条件下6h起强度，24h抗压强度大于30MPa，流变性佳，进而保障固井质量。本申请的降失水剂适用于盐穴型储气库固井作业。

附图说明

图1是本申请实施例1中降失水剂制备的含盐水泥浆在52℃条件下的稠化曲线图；

图2是本申请实施例2中降失水剂制备的含盐水泥浆在52℃条件下的静胶凝曲线图；

图3是本申请实施例3中降失水剂制备的含盐水泥浆的三轴曲线图。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方法进行清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的实施例提供了一种抗盐低温早强降失水剂，用于盐穴型储气库固井作业，具体用于配制盐穴型储气库固井作业时所用的水泥浆。降失水剂由以下组分聚合得到：

100重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.1～0.5重量份的交联单体、1～3重量份的分子量调节剂、1～3重量份的醇类单体、8～10重量份的酰胺类单体、0.5～1.0重量份的羧酸类单体以及300～400重量份的水。

其中，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸具有良好的水溶性，且其分子内具有亲水性的磺酸基及聚合性的乙烯基，在一定条件下可以与其它组分发生共聚反应。

交联单体可以为二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的至少一种，如交联单体可以为二甲基丙烯酸乙二醇酯，也可以为二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的混合物。

通过添加交联单体，使降失水剂制备含盐水泥浆时，降失水剂进行交联，在含盐水泥浆中形成空间网状结构，这样即使在降低羧酸类强吸附单体的条件下，依然可以控制含盐水泥浆的控失水能力，同时促进含盐水泥浆在低温下的强度发展。

当交联单体的用量超过0.5重量份时，通过本申请的降失水剂制备的含盐水泥浆的稠度高，流变性能变差，因此，交联单体的用量不超过0.5重量份。优选地，交联单体的用量为0.1～0.5重量份。交联单体的用量可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5等重量份。

分子量调节剂可以为异丙醇、十二硫醇中的至少一种，如分子量调节剂可以为异丙醇，也可以为异丙醇、十二硫醇的混合物。分子量调节剂的用量可以为1、1.3、1.5、2、2.3、2.5、3等重量份。

通过添加分子量调节剂，使通过降失水剂制备含盐水泥浆时，可以降低降失水剂的分子量，配合控制交联单体的用量，保障降失水剂形成微交联的状态，使其既能控制含盐水泥浆的失水，又不过分影响含盐水泥浆的流变性能，同时还能对含盐水泥浆起到一定的悬浮稳定作用。

综上可知，上述交联单体与分子量调节剂用于控制降失水剂的交联结构及分子量分布，在基本不影响含盐水泥浆流变性能的基础上，综合提高降失水剂在使用降失水剂配制而成的含盐水泥浆中的控失水能力。

醇类单体可以为甲基烯丙醇、乙烯醇中的至少一种，如醇类单体可以为甲基烯丙醇，也可以为甲基烯丙醇、乙烯醇的混合物。醇类单体的用量可以为1、1.2、1.5、2、2.3、2.5、3等重量份。

通过添加醇类单体，使通过降失水剂制备含盐水泥浆时，降失水剂分子链中含有羟基，可提高含盐水泥浆液相氢氧化钙的浓度，进而加速C₃S的水化速度，促进含盐水泥浆在低温下的强度发展。由此可知，上述醇类单体用于促进含盐水泥浆在低温条件下的强度发展。

本申请的降失水剂中，通过添加交联单体、分子量调节剂和醇类单体，并与其它组分配合作用，在制备含盐水泥浆时可以降低含盐水泥浆的失水量，提高含盐水泥浆的沉降稳定性和流变性能，避免含盐水泥浆出现增稠的现象。同时，还可有效促进含盐水泥浆在低温条件下的水化，达到低温早强的效果。通过本申请的降失水剂制备的含盐水泥浆，低温下稳定性好、失水优、抗压强度发展快，流变性佳，固井质量高，作业效率高。

酰胺类单体可以为N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的至少一种，如酰胺类单体可以为N,N-二甲基丙烯酰胺，也可以为N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺的混合物。其中，N，N-二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺易生成高聚合度的聚合物，可以降低含盐水泥浆的失水量。

酰胺类单体的用量可以为8、8.2、8.5、9、9.3、9.5、10等重量份。

羧酸类单体可以为衣康酸、丙烯酸中的至少一种，如羧酸类单体可以为衣康酸，也可以为衣康酸、丙烯酸的混合物。其中，衣康酸和丙烯酸具有较强的吸附特性，可吸附在水泥颗粒周围，从而降低含盐水泥浆的失水量，但加量过大，会延长含盐水泥浆的稠化时间，延缓含盐水泥浆在低温下的强度发展。

当羧酸类单体的用量超过1.5重量份时，通过本申请的降失水剂制备的含盐水泥浆稠化时间会延长，低温下强度发展缓慢。因此，在本申请的实施例中，羧酸类单体的用量不超过1.0重量份。优选地，羧酸类单体的用量为0.5～1.0重量份。羧酸类单体的用量可以为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0等重量份。

水的用量可以为300、320、340、350、370、380、400等重量份。

盐穴型储气库一般盐层埋深较浅，地层温度低，最高温度为60℃，正常固井作业时井内最高温度一般在50℃左右，冬季时更低。对于含盐水泥浆体系来说，低温下其稳定性差、失水量不易控制、抗压强度发展缓慢，触变性强，流变性不佳，使固井质量难以保证。因此，盐穴型储气库固井添加的降失水剂，需要具有良好的控失水性能、抗盐性能及低温早强性能。本申请的降失水剂具有良好的耐盐及低温早强性能，而且可以避免水泥浆出现增稠的现象，提高水泥浆的流变性能。尤其是，本申请的降失水剂具有良好的低温早强性能，用其配制的水泥浆52℃条件下6h起强度，24h抗压强度大于30MPa，综合性能良好。

上述降失水剂可以在0.5～0.7重量份的引发剂的作用下聚合得到。

引发剂用于引发降失水剂的各组分发生聚合反应，得到降失水剂。引发剂可以为过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的至少一种，如引发剂可以为过硫酸铵，也可以为过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐的混合物，也可以为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐的混合物，在本申请的实施例中，对此不作具体限定。

引发剂的用量可以为0.5、0.6、0.7等重量份。

本申请提供了一种上述抗盐低温早强降失水剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：向反应器中加入水、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、交联单体、分子量调节剂、醇类单体、酰胺类单体、羧酸类单体，得到反应液。

上述步骤中，可以向反应器中依次加入水、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、交联单体、分子量调节剂、醇类单体、酰胺类单体、羧酸类单体。

反应器可以为带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶。

步骤2：搅拌反应液，将反应液的氢离子浓度指数(pH值)调节至6～7，将反应液的温度升高至50～60℃，待反应液中的各组分均溶解后，向反应液中加入引发剂，反应2～3小时，冷却至室温，得到降失水剂。

上述步骤中，可以在200转/分钟的速度下搅拌反应液。

可以通过NaOH溶液调节反应液的pH。其中，NaOH溶液的浓度可以根据需要进行设置并更改，例如，NaOH溶液的浓度可以为0.05mol/L、0.1mol/L或者0.2mol/L，在本申请的实施例中，对此不作具体限定。

本申请的降失水剂为具有一定粘度的淡黄色液体。

本申请的降失水剂的制备方法简单，制得的降失水剂具有抗盐、低温早强的特性，尤其适用于盐穴型储气库盖层的固井施工作业，可保障含盐水泥浆低温下稳定性好、失水优、抗压强度发展快，流变性佳，进而保障固井质量。用本申请的降失水剂配制的韧性自愈合水泥浆失水优、流变性能好、稳定性佳，在低温含盐条件下强度发展快，52℃条件下6h起强度，24h抗压强度大于30MPa，综合性能良好，从而有效保障固井施工安全，提高固井质量。

下面结合具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明：

实施例1

步骤1：按照每重量份1g，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中依次加入300重量份的水、100重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.1重量份的二甲基丙烯酸乙二醇酯、1重量份的异丙醇、1重量份的甲基烯丙醇、8重量份的丙烯酰胺、0.5重量份的衣康酸，得到反应液。

步骤2：在200转/分钟的速度下搅拌反应液，向反应液中加入NaOH溶液，将反应液的氢离子浓度指数(pH值)调节至6，将反应液的温度升高至60℃，待反应液中的各组分均溶解后，向反应液中加入过硫酸铵0.5重量份，恒温反应2小时，自然冷却至室温，得到降失水剂。

实施例2

步骤1：按照每重量份1g，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中依次加入300重量份的水、100重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.5重量份的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、3重量份的十二硫醇、3重量份的乙烯醇、10重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺、1重量份的丙烯酸，得到反应液。

步骤2：在200转/分钟的速度下搅拌反应液，向反应液中加入NaOH溶液，将反应液的氢离子浓度指数(pH值)调节至7，将反应液的温度升高至60℃，待反应液中的各组分均溶解后，向反应液中加入过硫酸铵0.5重量份，恒温反应2小时，自然冷却至室温，得到降失水剂。

实施例3

步骤1：按照每重量份1g，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中依次加入400重量份的水、100重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.3重量份的二甲基丙烯酸乙二醇酯、0.2重量份的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、1重量份的异丙醇、2重量份的十二硫醇、1重量份的甲基烯丙醇、2重量份的乙烯醇、6重量份的丙烯酰胺、4重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺、0.5重量份的丙烯酸、0.5重量份的衣康酸，得到反应液。

步骤2：在200转/分钟的速度下搅拌反应液，向反应液中加入NaOH溶液，将反应液的氢离子浓度指数(pH值)调节至7，将反应液的温度升高至60℃，待反应液中的各组分均溶解后，向反应液中加入过硫酸铵0.5重量份，恒温反应2小时，自然冷却至室温，得到降失水剂。

对比例1

步骤1：按照每重量份1g，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中依次加入300重量份的水、100重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1重量份的甲基烯丙醇、8重量份的丙烯酰胺、1.5重量份的衣康酸，得到反应液。

步骤2：在200转/分钟的速度下搅拌反应液，向反应液中加入NaOH溶液，将反应液的氢离子浓度指数(pH值)调节至6，将反应液的温度升高至60℃，待反应液中的各组分均溶解后，向反应液中加入过硫酸铵0.5重量份，恒温反应2小时，自然冷却至室温，得到降失水剂。

对比例2

步骤1：按照每重量份1g，向带有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中依次加入300重量份的水、100重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.7重量份的二甲基丙烯酸乙二醇酯、1重量份的异丙醇、1重量份的甲基烯丙醇、8重量份的丙烯酰胺、0.5重量份的衣康酸，得到反应液。

步骤2：在200转/分钟的速度下搅拌反应液，向反应液中加入NaOH溶液，将反应液的氢离子浓度指数(pH值)调节至6，将反应液的温度升高至60℃，待反应液中的各组分均溶解后，向反应液中加入过硫酸铵0.5重量份，恒温反应2小时，自然冷却至室温，得到降失水剂。

试验例1

依据盐穴型储气库地质特点及固井要求，设计了1.90g/cm³含盐韧性自愈合水泥浆一套，配方详见表1。其中，水泥均采用胜潍G级油井水泥，增韧剂BCE-310S，遇气自愈合剂BCY-201S，缓凝剂为BXR-200L，消泡剂为G603，减阻剂BCD-200L均采购至天津中油渤星工程科技有限公司，盐为工业NaCl，水为塘沽的自来水。另外，增韧剂可以按照申请号为201611089451.2的专利申请“一种固井水泥浆用纤维增韧剂及其制备方法”中实施例1制备得到。遇气自愈合剂可以按照申请号为201310426597.1的专利申请“一种核壳型聚合物微球及其制备和应用”中实施例1制备得到。

表1含盐韧性自愈合水泥浆配方

含实施例1-3和对比例1-2的降失水剂的含盐水泥浆性能如下：

表2含实施例1-3和对比例1-2的降失水剂的含盐水泥浆性能

从表2和图1-3可以看出：当降失水剂中交联类单体二甲基丙烯酸乙二醇酯或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的加量超过0.5重量份时，如对比例2，由其配置的含盐水泥浆的稠度增加，流动度下降，其中初始稠度大于30Bc，流动度小于18cm，均不满足固井施工要求。同时，相较于对比例1，由实施例1、实施例2及实施例3的降失水剂配置的含盐水泥浆在水泥浆失水量、24h抗压强度及起强度时间等性能方面均具有较强的优势，特别是在水泥浆起强度时间及24h抗压强度方面，含实施例1、实施例2及实施例3的降失水剂的含盐水泥浆的强度发展快，基本6h起强度，24h强度大于30MPa，满足盐穴型储气库固井施工的苛刻要求。

以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，本申请要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种抗盐低温早强降失水剂，其特征在于，用于盐穴型储气库固井作业，由以下组分聚合得到：

100重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.1~0.5重量份的交联单体、1~3重量份的分子量调节剂、1~3重量份的醇类单体、8~10重量份的酰胺类单体、0.5~1.0重量份的羧酸类单体以及300~400重量份的水；

所述交联单体包括二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的至少一种；

所述醇类单体包括甲基烯丙醇、乙烯醇中的至少一种；

所述酰胺类单体包括N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的至少一种；

所述羧酸类单体包括衣康酸、丙烯酸中的至少一种。

2.如权利要求1所述的一种抗盐低温早强降失水剂，其特征在于，

所述分子量调节剂包括异丙醇、十二硫醇中的至少一种。

3.一种权利要求1或2所述的抗盐低温早强降失水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

向反应器中加入水、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、交联单体、分子量调节剂、醇类单体、酰胺类单体、羧酸类单体，得到反应液；

搅拌所述反应液，将所述反应液的氢离子浓度指数调节至6~7，将所述反应液的温度升高至50~60℃，待所述反应液中的各组分均溶解后，向所述反应液中加入引发剂0.5~0.7重量份，反应2~3小时，冷却至室温，得到降失水剂。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

在200转/分钟的速度下搅拌所述反应液。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，

所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的至少一种。