一種油井水泥耐高溫懸浮劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油田完井技術(shù)固井領(lǐng)域所用的水泥外加劑，是一種耐高溫懸浮劑，主 要用于提高水泥漿穩(wěn)定性，有效控制水泥漿游離液。
【背景技術(shù)】
[0002] 油氣井采油之前要進行注水泥作業(yè)，W達到封隔油、氣、水層，阻止地層間流體相 互竄流，保護生產(chǎn)層的目的。注水泥作業(yè)要求水泥漿要有良好的綜合性能，W保證安全施工 和良好的封固質(zhì)量。水泥漿穩(wěn)定性是水泥漿重要性能指標(biāo)之一，水泥漿穩(wěn)定性差會造成如 下危害；（1)水泥石的致密程度及膠結(jié)強度從上到下會不斷減弱，對水泥環(huán)的封固質(zhì)量造 成不良影響；（2)在水泥柱中形成油、氣、水竄的通道，影響固井質(zhì)量和施工安全，在水平井 和大斜度井中表現(xiàn)尤為突出；（3)井筒上部水泥膠結(jié)疏松、強度下降，可能會導(dǎo)致地層封固 失效和地層流體運移，減弱了對儲層的控制能力。因此，水泥漿穩(wěn)定性應(yīng)引起高度重視。
[0003] 水泥漿的穩(wěn)定性主要包括游離液和沉降穩(wěn)定性兩方面，游離液少、沉降穩(wěn)定性好 是水泥漿穩(wěn)定性的表現(xiàn)。目前，對水泥漿穩(wěn)定性的研究較少，國內(nèi)大多數(shù)油田固井前只對游 離液進行評價，對水泥漿的沉降穩(wěn)定性評價很少，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的沉降后也缺乏有效的解決辦 法，尤其高溫深井的逐漸增多，高溫沉降已成為目前固井面臨的一個普遍問題?，F(xiàn)場多采用 加入微娃等超細材料來提高水泥漿穩(wěn)定性，但常會導(dǎo)致漿體太稠且不能有效抑制高溫變稀 造成的沉降。
[0004] 水泥漿懸浮劑是?？谟迷谒酀{中阻止顆粒沉降、增加體系穩(wěn)定性的一種油井水 泥外加劑。水泥漿懸浮劑是固井外加劑中發(fā)展較晚，種類較少的一種材料。主要包括有機 聚合物、生物聚合物、娃酸鋼W及膨潤±、綠坡縷石、娃灰等。隨著人們對固井質(zhì)量要求的提 高，懸浮劑的開發(fā)也逐漸受到重視。目前固井懸浮劑可應(yīng)用的產(chǎn)品數(shù)量很少，且耐溫能力有 限綜合性能欠佳，常會存在低溫增稠嚴(yán)重，高溫過分稀釋的問題，限制了懸浮劑的加量和可 適應(yīng)溫度范圍，高溫起不到良好的懸浮能力。有的懸浮劑還會對稠化、強度、失水等性能產(chǎn) 生不良影響，從而影響固井質(zhì)量。因此，研究耐溫能力強，綜合性能良好的耐高溫懸浮劑具 有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種油井水泥用耐高溫懸浮劑，該懸浮劑耐溫可達17(TC，綜 合性能良好，能有效解決水泥漿穩(wěn)定差的問題，從而保證施工安全和提高固井質(zhì)量。
[0006] 本發(fā)明提供的耐高溫懸浮劑是鉆井膨潤±與一種疏水締合水溶性聚合物的復(fù)合 物，復(fù)配最佳比例為5:1 (質(zhì)量比）。其中，疏水締合水溶性聚合物采用易于工業(yè)化的無皂乳 液聚合方法制得，聚合單體為2-丙帰醜胺基-2-甲基丙礙酸、丙帰醜胺、N，N-二甲基丙帰 醜胺和一種含有疏水基團物質(zhì)，含疏水基團的單體選自苯己帰、帰丙基二甲基十八烷基氯 化倭、丙帰酸了醋。四種單體重量份配比為；2-丙帰醜胺基-2-甲基丙礙酸35~80份，丙 帰醜胺10~60份，N，N-二甲基丙帰醜胺5~10份，含有疏水基團的單體5~20份。
[0007] 所述的耐高溫懸浮劑的具體制備方法如下：在燒杯中加入適量蒸傭水，按照上述 質(zhì)量配比稱取2-丙帰醜胺基-2-甲基丙礙酸、丙帰醜胺、N，N-二甲基丙帰醜胺單體于容器 中攬拌溶解，然后加入氨氧化鋼調(diào)節(jié)溶液pH= 7,倒入清洗干凈的H頸瓶中，再加入稱取好 的含疏水基團單體，開啟攬拌和加熱裝置，并充入氮氣進行保護。當(dāng)體系溫度達到5(TC時加 入引發(fā)劑，引發(fā)聚合反應(yīng)，溫度保持在85~10(TC，恒溫反應(yīng)化制得粘稠狀的疏水締合水溶 性聚合物的水溶液，將其用己醇洗涂純化，再倒入巧盤中，放入烘箱，在100~15(TC下進行 干燥，最后研磨得到純的粉末狀產(chǎn)物。將鉆井膨潤±和疏水締合水溶性聚合物固體粉末按 5:1的質(zhì)量比混合均勻即可得到耐高溫懸浮劑產(chǎn)品。所用引發(fā)劑為氧化還原類物質(zhì)。
[000引本發(fā)明具有如下有益效果：
[0009] (1)采用復(fù)配的方式，將懸浮劑增稠、觸變和形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的機理有機的結(jié)合在了 一塊，使懸浮劑在低溫和高溫下都具有良好的懸浮能力，可顯著改善水泥漿的穩(wěn)定性，應(yīng)用 溫度高達17(TC，可W滿足日益發(fā)展的鉆完井工程的需要。
[0010] (2)鉆井膨潤±可^逐漸吸水膨脹而形成觸變性的凝膠礦物，具有較強的高溫懸 浮能力，且低溫增稠不明顯，與少量疏水締合水溶性聚合物復(fù)配可W避免低溫過分增稠，保 證施工的順利進行。
[0011] (3)通過引入疏水單體采用無皂乳液聚合的方式合成出疏水締合水溶性聚合物， 疏水締合物可W發(fā)生疏水締合作用，產(chǎn)生動態(tài)物理交聯(lián)，增粘作用明顯，且其黏度受電解 質(zhì)、溫度影響較小，在一定溫度范圍內(nèi)不會出現(xiàn)嚴(yán)重的高溫變稀現(xiàn)象，從而保持水泥漿的高 溫穩(wěn)定性。
[0012] (4)少量耐高溫懸浮劑就可W顯著改善水泥漿穩(wěn)定性，對水泥漿其他性能（如稠 化時間、失水、抗壓強度等）無不良影響。
【附圖說明】
[0013] 圖1 17(TC水泥柱密度分布情況。
【具體實施方式】
[0014] 含疏水基團的單體選自苯己帰、帰丙基二甲基十八烷基氯化倭或丙帰酸了醋。所 用引發(fā)劑為過硫酸鐘和亞硫酸氨鋼氧化還原體系。
[001引 實施例1:
[0016] 稱取2-丙帰醜胺基-2-甲基丙礙酸65份、丙帰醜胺25份，N，N-二甲基丙帰醜胺 5份于燒杯中，攬拌溶解，然后加入氨氧化鋼調(diào)節(jié)溶液抑=7,倒入清洗干凈的H頸瓶中，再 加入5份含疏水基團單體，開啟攬拌和加熱裝置，充入氮氣。當(dāng)體系溫度達到5(TC時加入 0.6份引發(fā)劑，引發(fā)聚合反應(yīng)，恒溫反應(yīng)化停止反應(yīng)。將合成產(chǎn)物用己醇洗涂純化、干燥、研 磨得到固體粉末，將鉆井膨潤±和疏水締合水溶性聚合物固體粉末按5:1的質(zhì)量比混合均 勻制成耐高溫懸浮劑，標(biāo)記為1#樣品。
[0017] 實施例2;
[0018]稱取2-丙帰醜胺基-2-甲基丙礙酸55份、丙帰醜胺30份、N，N-二甲基丙帰醜胺 5份于燒杯中攬拌溶解，然后加入氨氧化鋼調(diào)節(jié)溶液抑=7,倒入清洗干凈的H頸瓶中，再 加入10份含疏水基團單體，開啟攬拌和加熱裝置，充入氮氣。當(dāng)體系溫度達到5(TC時加入 0. 6份引發(fā)劑，引發(fā)聚合反應(yīng)，恒溫反應(yīng)化停止反應(yīng)。將合成產(chǎn)物用己醇洗涂純化、干燥、研 磨得到固體粉末，將鉆井膨潤±和疏水締合水溶性聚合物固體粉末按5:1的質(zhì)量比混合均 勻制成耐高溫懸浮劑，標(biāo)記為2#樣品。
[0019] 制得的耐高溫懸浮劑樣品性能評價
[0020] 按照GB/T19139-2012《油井水泥試驗方法》中規(guī)定的試驗方法對樣品進行評價。 圖1和表1為高溫下加入懸浮劑樣品的水泥漿的穩(wěn)定性評價，表2為懸浮劑 樣品對水泥漿的流變性能的影響評價，表3為懸浮劑樣品對水泥漿其他性能的影響 評價。評價所用水泥漿基礎(chǔ)配方（質(zhì)量比）為；G級水泥100+娃粉35+緩凝劑2. 5+降失 水劑5. 0+水55. 0+懸浮劑樣品（加量見表中所示）（水泥漿密度1. 87g/cm3)。
[0021] (1)測試在17(TC下不加懸浮劑和加入懸浮劑樣品的水泥漿穩(wěn)定性，測試結(jié) 果見表1和圖1。
[0022] 表117(TC下的水泥漿穩(wěn)定性試驗結(jié)果
[0023]
陽024](注；不加懸浮劑樣品的水泥柱發(fā)生嚴(yán)重收縮，上部為一層游離液）
[00巧]由上述實驗結(jié)果可知，加入1 %的1# (或2#)懸浮劑樣品，水泥漿的游離液和密度 差都明顯降低，水泥漿穩(wěn)定性得到明顯改善。
[002引 似測試懸浮劑樣品在不同加量下、2(TC和9(TC的流變數(shù)據(jù)變化情況，測試 結(jié)果如表2。
[0027] 表2懸浮劑樣品不同加量下常溫和9(TC流變數(shù)據(jù)
[0028]
[0029]
[0030] 由表2可知；加入1# (或2#)懸浮劑樣品的水泥漿流變數(shù)據(jù)，20°C與90°C的檢測 結(jié)果變化不大，流變數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，且和不加懸浮劑樣品的水泥漿相比常溫下流變數(shù)據(jù)增 加較小。送也說明，1#(或2柏懸浮劑樣品低溫不過分增稠，且可在一定程度上抑制高溫變 稀現(xiàn)象，從而可W保證水泥漿具有良好的流變性能和沉降穩(wěn)定性。
[0031] (3)測試懸浮劑樣品在不同加量下水泥漿其他性能，測試溫度為145C，測 試結(jié)果如表3。
[0032] 表3水泥漿綜合性能表
[0033]
[0034] 由表3可知，1#(或2柏懸浮劑樣品不僅可W顯著改善水泥漿穩(wěn)定性，而且對水泥 漿稠化、失水及抗壓強度等性能無不良影響。
[0035] 實驗證明，本發(fā)明的耐高溫懸浮劑可W有效解決水泥漿的穩(wěn)定性問題，在17(TC下 仍具有良好的懸浮能力，且低溫不過分增稠、高溫不過分稀釋，對水泥漿其他性能無不良影 響，是一種綜合性能良好的耐高溫懸浮劑。
【主權(quán)項】
1. 一種油井水泥耐高溫懸浮劑，其特征在于：由鉆井膨潤土和一種疏水締合水溶性聚 合物按質(zhì)量5:1復(fù)配制得； 所述的疏水締合物是采用無皂乳液聚合方法合成的四元共聚物，聚合單體組成質(zhì)量配 比為：2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸35~80份，丙烯酰胺10~60份，N，N-二甲基丙烯 酰胺5~10份，含有疏水基團的單體5~20份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥耐高溫懸浮劑，其特征在于：所述疏水締合水溶性 聚合物是采用無皂乳液聚合方法制備的，所用引發(fā)劑為氧化還原類物質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥耐高溫懸浮劑，其特征在于：所述的含有疏水基團 的單體選自苯乙烯、烯丙基二甲基十八烷基氯化銨或丙烯酸丁酯。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種油井水泥耐高溫懸浮劑；由鉆井膨潤土和一種疏水締合水溶性聚合物按質(zhì)量5:1復(fù)配制得；疏水締合物是采用無皂乳液聚合方法合成的四元共聚物，聚合單體組成質(zhì)量配比為：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸35～80份，丙烯酰胺10～60份，N，N—二甲基丙烯酰胺5～10份，含有疏水基團的單體5～20份；該耐高溫懸浮劑耐溫可達170℃，可有效解決水泥漿的穩(wěn)定性問題，且低溫不過分增稠、高溫不過分稀釋，綜合性能良好。
【IPC分類】C08F2/22, C08F220/18, C09K8/467, C08F212/08, C08F220/56, C08F220/58, C08F226/02
【公開號】CN105199690
【申請?zhí)枴緾N201410285681
【發(fā)明人】盧海川, 邢秀萍, 謝承斌, 李立榮, 霍明江
【申請人】天津中油渤星工程科技有限公司, 中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團海洋工程有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月23日