用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑及其制備方法和用途，包括a)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，60份-70份的A組分，10份-20份的B組分，15份-25份的C組分，10份-18份的D組分，單體質(zhì)量總和占水質(zhì)量的35％-45％。b)首先用一部分水配成引發(fā)劑溶液備用，向反應(yīng)釜中依次投加B組分、D組分并補(bǔ)足水量，以65轉(zhuǎn)/分鐘-80轉(zhuǎn)/分鐘速度攪拌使物料溶解均勻，將A組分緩慢加入反應(yīng)釜中，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6-7，將C組分投加反應(yīng)釜，升溫至50℃-55℃，緩慢向釜中加入引發(fā)劑快速攪拌2min，升溫至60℃-70℃后以65轉(zhuǎn)/分鐘-80轉(zhuǎn)/分鐘速度恒溫?cái)嚢?h-3h，進(jìn)行聚合反應(yīng)，然后加入終止劑，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?.5h-1h，攪拌下出料，得本發(fā)明降失水劑液體，經(jīng)干燥、粉碎得到低密度超低密度油井水泥漿用降失水劑粉體。
【專利說明】用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑及其制備方 法和用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水泥漿降失水劑及其制備方法，屬于固井工程領(lǐng)域，尤其是一種 用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑及其制備方法和用途。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油田勘探步伐的不斷加大及鉆探技術(shù)的提高，特別是當(dāng)今開采程度的加劇， 深井和長(zhǎng)封井的數(shù)量越來越多，低壓易漏井和深井長(zhǎng)封井的固井難點(diǎn)也日益突顯出來。為 避免易漏井和長(zhǎng)封井固井施工中出現(xiàn)漏失，并保證封固質(zhì)量，對(duì)固井水泥漿的各項(xiàng)性能提 出了更高的要求，常規(guī)水泥漿體系已不能滿足此類井的固井要求，目前低密度水泥漿體系 的使用是解決該類固井問題的主要方法，但是，由于漂珠本身的密度與水泥等其它外摻料 密度差異大，低密度水泥漿極易沉降分層，其流變性及穩(wěn)定性變差，尤其經(jīng)過高溫會(huì)進(jìn)一步 加劇分層，綜合性能調(diào)節(jié)難度大。水泥漿穩(wěn)定性是水泥漿體系設(shè)計(jì)首要考察的基本性能指 標(biāo)，也是其他性能的基礎(chǔ)，較差的沉降穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致水泥漿性能不穩(wěn)定，抗壓強(qiáng)度下降，固 井施工過程中容易引起憋泵等復(fù)雜情況；同時(shí)，由于低密度水泥漿體系水灰比較高，自由水 含量大，API失水量難以控制，游離水和失水的產(chǎn)生將會(huì)使水泥漿拌合水明顯減少，造成流 變參數(shù)、稠化時(shí)間等漿體性能偏離原始設(shè)計(jì)，影響頂替效率和施工質(zhì)量，甚至產(chǎn)生橋堵造成 憋泵或阻止液柱壓力的傳遞，加劇水泥凝固過程中的失重，影響固井施工安全和油氣的勘 探開發(fā)。因此，有必要開發(fā)一種降失水劑，既具有良好的控制低密度水泥漿失水作用，又可 以有助于低密度水泥漿高溫下漿體穩(wěn)定性的提高。
[0003] 傳統(tǒng)的線性高分子聚合物和成膜型降失水劑，由于低密度高強(qiáng)度水泥漿中超細(xì)材 料過多而導(dǎo)致其成膜效果不好，從而導(dǎo)致失水性能較差，同時(shí)該降失水劑不能有效抗溫和 耐鹽，而采用成餅型AMPS類降失水劑，可提高低密度水泥漿的失水性能，并具有良好的抗 溫耐鹽性能。
[0004] 專利號(hào)為201110063542. X的專利提供了一種耐高溫油井水泥降失水劑及其制 備方法，該降失水劑的原料包括：2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、N，N-二甲基丙 烯酰胺（DMAA)、丙烯酰胺（AM)、馬來酸酐（MA)，其中四種單體的質(zhì)量份數(shù)為：2_丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸（AMPS) 50份-65份，N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA) 8份-25份，丙烯酰胺 (AM) 10份-15份，馬來酸酐（MA) 5份-10份，該降失水劑具有很好的耐溫耐鹽能力。但該降 失水劑具有分散作用，其稠度系數(shù)較低，不適合用于低密度超低密度水泥漿。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑及其制備 方法和用途，采用該方法制備的降失水劑抗溫耐鹽，可以有效控制低密度超低密度油井水 泥漿失水，提高低密度超低密度油井水泥漿高溫下的沉降穩(wěn)定性，改善其流變性，尤其應(yīng)用 于低壓易漏井和深井長(zhǎng)封井的固井工程。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種用于低密度、超低密度油井水泥漿的 降失水劑，降失水劑是由A、B、C、D四種單體組分通過水溶液聚合而成，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括 60份-70份的A組分，10份-20份的B組分，15份-25份的C組分，10份-18份的D組分；
[0007] 所述A組分為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鹽中 的一種或它們的混合物；
[0008] 所述B組分為甲基丙烯酸、甲基丙烯酸鹽的一種或它們的混合物；
[0009] 所述C組分為丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺中的一種或它們的混合物；
[0010] 所述D組分為N-乙烯基吡咯烷酮、馬來酸、富馬酸中的一種或它們的混合物。
[0011] 所述A、B、C、D四種單體質(zhì)量總和占水質(zhì)量的35% -45%。
[0012] 所述A組分為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；B組分為甲基丙烯酸；C組分為 N，N-二甲基丙烯酰胺；D組分為富馬酸。
[0013] 聚合的引發(fā)劑是過硫酸鹽類，終止劑是次亞磷酸鹽類。
[0014] 所述引發(fā)劑的加入量是占所述A、B、C、D四種單體質(zhì)量總和的0. 2% -1. 0% ;終止 劑的加入量是占所述A、B、C、D四種單體質(zhì)量總和的0.5% -1.5%。
[0015] 所述引發(fā)劑為過硫酸銨，終止劑為次亞磷酸鈉。
[0016] 上述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑的制備方法，包括以下步驟： 首先用一少量水配成引發(fā)劑溶液備用，向反應(yīng)釜中依次投加 B組分、D組分并補(bǔ)足水量，以 65轉(zhuǎn)/分鐘-80轉(zhuǎn)/分鐘速度攪拌使物料溶解均勻，將A組分緩慢加入反應(yīng)釜中，充分溶 解，攪拌均勻后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6-7,將C組分投加反應(yīng)釜，溶解均勻，在攪拌下升溫 至50°C -55°C，緩慢向釜中加入引發(fā)劑溶液，快速攪拌2min，升溫至60°C -70°C后以65轉(zhuǎn) /分鐘-80轉(zhuǎn)/分鐘速度恒溫?cái)嚢?h-3h，進(jìn)行聚合反應(yīng)，然后加入終止劑，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?0. 5h-lh，攪拌下出料，得降失水劑液體，經(jīng)干燥、粉碎得到降失水劑粉體。
[0017] 所述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑用于低壓易漏井和深井長(zhǎng)封 井的固井工程施工。
[0018] 本發(fā)明提供了不同于現(xiàn)有技術(shù)的油井水泥降失水劑的制備工藝方法，與現(xiàn)有技術(shù) 相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：
[0019] 1.本發(fā)明的降失水劑，有良好的水溶性，冷水中可溶，可有效控制低密度超低密度 水泥漿失水，尤其適合于低壓易漏井和深井長(zhǎng)封井的固井工程中應(yīng)用。
[0020] 2.本發(fā)明的降失水劑耐溫抗鹽性能好，可耐至180°C高溫，抗至飽和鹽水，有效改 善低密度超低密度水泥漿在高溫下的沉降穩(wěn)定性和流變性，固結(jié)后水泥石強(qiáng)度高。
[0021] 3.本發(fā)明降失水劑的水溶液具有合適的粘度，通過在聚合物中引入磺酸基團(tuán)和羧 酸基團(tuán)保證聚合物分子同水泥顆粒間具有良好的吸附及包覆能力。
[0022] 4.本發(fā)明降失水劑合成條件溫和，成本較低，易于工業(yè)化推廣。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0024] 本發(fā)明低密度超低密度水泥漿用降失水劑由A、B、C、D四種組分通過水溶液聚合 而成，其中：
[0025] 所述A組分選自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、2_丙烯酰胺基-2-甲基 丙磺酸鹽中的一種或它們的混合物；
[0026] 所述B組分選自甲基丙烯酸（MAA)、甲基丙烯酸鹽中的一種或它們的混合物；
[0027] 所述C組分選自丙烯酰胺（AM)、N，N_二甲基丙烯酰胺（DMAA)中的一種或它們的 混合物；
[0028] 所述D組分選自N-乙烯基吡咯烷酮（NVP)、馬來酸（MA)、富馬酸（FA)中的一種或 它們的混合物。
[0029] 為了獲得更好的效果，
[0030] 優(yōu)選A組分為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS);優(yōu)選B組分為甲基丙烯酸 (MAA);優(yōu)選C組分為N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA);優(yōu)選D組分為富馬酸（FA)。
[0031] 反應(yīng)單體的配比及總濃度直接影響聚合反應(yīng)速率和產(chǎn)物性能，單體總濃度過大， 易發(fā)生暴聚或產(chǎn)物粘度過大，反之，單體總濃度過小則易造成反應(yīng)速率低，產(chǎn)品有效濃度降 低。因此，本發(fā)明優(yōu)選四種單體的質(zhì)量份數(shù)為：2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)60 份-70份；甲基丙烯酸（MAA) 10份-20份；N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA) 15份-25份；富馬 酸（FA) 10份-18份，單體質(zhì)量總和占水質(zhì)量的35 % -45 %。
[0032] 聚合反應(yīng)引發(fā)劑為過硫酸鹽類，更優(yōu)選過硫酸銨。
[0033] 引發(fā)劑的加入量影響聚合反應(yīng)產(chǎn)物分子量的大小，引發(fā)劑加入量大時(shí)，產(chǎn)生的自 由基多，引發(fā)點(diǎn)多，產(chǎn)物的分子量小，反之，其加入量小時(shí)，產(chǎn)生的自由基少，引發(fā)點(diǎn)少，產(chǎn)物 的分子量大。因此，為了得到具有合適分子量及其分布的聚合物降失水劑，引發(fā)劑的加入量 是占所述A、B、C、D四種單體質(zhì)量總和的0. 2% -1.0%。
[0034] 聚合反應(yīng)終止劑為次亞磷酸鹽，更優(yōu)選次亞磷酸鈉。終止劑的加入量是占所述A、 B、C、D四種單體質(zhì)量總和的0.5% -1.5%。
[0035] 上述的低密度超低密度油井水泥漿用降失水劑的制備方法，包括以下步驟：首先 用一部分水配成引發(fā)劑溶液備用，向反應(yīng)釜中依次投加 B組分、D組分并補(bǔ)足水量，以65 轉(zhuǎn)/分鐘-80轉(zhuǎn)/分鐘速度攪拌使物料溶解均勻，將A組分緩慢加入反應(yīng)釜中，充分溶 解，攪拌均勻后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6-7,將C組分投加反應(yīng)釜，溶解均勻，在攪拌下升溫 至50°C -55°C，緩慢向釜中加入引發(fā)劑溶液，快速攪拌2min，升溫至60°C -70°C后以65轉(zhuǎn) /分鐘-80轉(zhuǎn)/分鐘速度恒溫?cái)嚢?h-3h，進(jìn)行聚合反應(yīng)，然后加入終止劑，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?〇.5h-lh，攪拌下出料，制得本發(fā)明降失水劑液體，經(jīng)干燥、粉碎得到低密度超低密度油井水 泥漿用降失水劑粉體。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 樣品1配方：15. 6克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、3. 9克N，N-二甲基 丙烯酰胺（DMAA)、4. 1克富馬酸（FA)、2. 6克甲基丙烯酸（MAA)、0. 21克過硫酸銨、0. 14克終 止劑、73. 8克水。
[0038] 樣品2配方：18. 4克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、4. 6克N，N-二甲基 丙烯酰胺（DMAA)、4. 5克富馬酸（FA)、3. 2克甲基丙烯酸（MAA)、0. 246克過硫酸銨、0. 31克 終止劑、69. 3克水。
[0039] 樣品3配方：16克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、4. 8克N，N-二甲基丙 烯酰胺（DMAA)、5. 5克富馬酸（FA)、3. 7克甲基丙烯酸（MAA)、0. 24克過硫酸銨、0. 3克終止 齊U、70克水。
[0040] 制備方法：選擇配方（1)或（2)或（3)其中一組，首先用適量水溶解過硫酸銨配成 引發(fā)劑溶液備用。向反應(yīng)釜中依次投加甲基丙烯酸（MAA)、富馬酸（FA)并補(bǔ)足水量，開啟 攪拌，以65轉(zhuǎn)/分鐘速度攪拌使物料溶解均勻，將2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS) 緩慢加入反應(yīng)釜中，充分溶解，攪拌均勻后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至7,將N，N-二甲基丙烯酰 胺（DMAA)投加反應(yīng)荃，溶解均勻，在攪拌下升溫至50°C，緩慢向釜中加入引發(fā)劑溶液，快速 攪拌2min，升溫至60°C并以65轉(zhuǎn)/分鐘速度恒溫?cái)嚢?. 5h，進(jìn)行聚合反應(yīng)，然后加入終止 齊IJ，繼續(xù)恒溫?cái)嚢瑭? 5h，攪拌下出料，制得本發(fā)明降失水劑液體，經(jīng)干燥、粉碎得到本發(fā)明低 密度超低密度油井水泥漿用降失水劑粉體。
[0041] 本發(fā)明的降失水劑產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)完全符合中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) "油井水泥外加劑評(píng)價(jià)方法第二部分：降失水劑"的各項(xiàng)指標(biāo)要求。實(shí)驗(yàn)中原料成分全部來 源于市售。
[0042] 實(shí)施例2
[0043] 按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19139-2003 "油井水泥試驗(yàn)方法"第五章要 求的方法制備低密度水泥漿。
[0044] 低密度淡水水泥漿基本組成：G級(jí)水泥600g ;減輕劑300g ;微硅18g ;緩凝劑3. 0g， 混合水與水泥干灰質(zhì)量比為0. 7。
[0045] 低密度鹽水水泥漿基本組成：G級(jí)水泥600g ;減輕劑300g ;微硅18g ;緩凝劑3. 0g， 18%鹽水混合水與水泥干灰質(zhì)量比為0. 95。
[0046] (1)本發(fā)明油井水泥降失水劑在低密度水泥漿中的降濾失性能評(píng)價(jià)
[0047] 按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19139-2003 "油井水泥試驗(yàn)方法"第十章要 求的方法測(cè)定實(shí)施例1配方（1)樣品的降失水性能實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。
[0048] 表1本發(fā)明在低密度水泥漿中性能評(píng)價(jià)表
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑，其特征在于，降失水劑是由A、 B、C、D四種單體組分通過水溶液聚合而成，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，包括60份-70份的A組分，10 份-20份的B組分，15份-25份的C組分，10份-18份的D組分； 所述A組分為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鹽中的一 種或它們的混合物； 所述B組分為甲基丙烯酸、甲基丙烯酸鹽的一種或它們的混合物； 所述C組分為丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺中的一種或它們的混合物； 所述D組分為N-乙烯基吡咯烷酮、馬來酸、富馬酸中的一種或它們的混合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑，其特征在于， 所述A、B、C、D四種單體質(zhì)量總和占水質(zhì)量的35% -45%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑，其特征在于， 所述A組分為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；B組分為甲基丙烯酸；C組分為N，N-二甲基 丙烯酰胺；D組分為富馬酸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑，其特征在 于，聚合的引發(fā)劑是過硫酸鹽類，終止劑是次亞磷酸鹽類。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑，其特征在于， 所述引發(fā)劑的加入量是占所述A、B、C、D四種單體質(zhì)量總和的0. 2% -1. 0% ;終止劑的加入 量是占所述A、B、C、D四種單體質(zhì)量總和的0. 5% -1.5%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑，其特征在于， 所述引發(fā)劑為過硫酸銨，終止劑為次亞磷酸鈉。
7. 如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑的制備 方法，其特征在于，包括以下步驟：首先用一少量水配成引發(fā)劑溶液備用，向反應(yīng)釜中依次 投加 B組分、D組分并補(bǔ)足水量，以65轉(zhuǎn)/分鐘-80轉(zhuǎn)/分鐘速度攪拌使物料溶解均勻，將A 組分緩慢加入反應(yīng)釜中，充分溶解，攪拌均勻后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6-7,將C組分投加反 應(yīng)釜，溶解均勻，在攪拌下升溫至50°C -55°C，緩慢向釜中加入引發(fā)劑溶液，快速攪拌2min， 升溫至60°C -70°C后以65轉(zhuǎn)/分鐘-80轉(zhuǎn)/分鐘速度恒溫?cái)嚢?h-3h，進(jìn)行聚合反應(yīng)，然后 加入終止劑，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?. 5h-lh，攪拌下出料，得降失水劑液體，經(jīng)干燥、粉碎得到降失 水劑粉體。
8. 如權(quán)利要求1所述的用于低密度、超低密度油井水泥漿的降失水劑用于低壓易漏井 和深井長(zhǎng)封井的固井工程施工。
【文檔編號(hào)】C08F220/54GK104152124SQ201410364128
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】劉中華 申請(qǐng)人:天津科力奧爾工程材料技術(shù)有限公司