一种油井水泥降失水剂制造技术

本发明专利技术提供了一种油井水泥降失水剂，这种降失水剂用于石油、天然气钻井固井过程中降低水泥浆的失水量。该降失水剂是一种五元共聚物，共聚单体为２－丙烯酰胺基－２－甲基丙磺酸（ＡＭＰＳ）、Ｎ，Ｎ′－二甲基丙烯酰胺（ＤＭＡＡ）、一元不饱和羧酸、二元不饱和羧酸、Ｎ，Ｎ′－亚甲基双丙烯酰胺（ＭＢＡ）。本发明专利技术提供的降失水剂具有良好的降失水性能和流变性能，适用温度范围宽，适用于淡水和盐水水泥浆。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油固井
特别涉及一种固井水泥添加剂， 是一种水泥降失水剂，这种降失水剂用于石油、天然气钻井固井过程 中降低水泥浆的失水量。
技术介绍
通常在油、气井注水泥作业中使用的水泥降失水剂。水泥降失水 剂在油井固井施工中能增强水泥浆的保水作用，防止水泥浆在渗透性 地层中先期脱水，保证水泥浆体的稳定性，提高固化水泥石的强度， 防止气窜，提高水泥环的抗渗能力，保护水敏性地层，防止水泥浆滤 液污染油气层及水泥浆颗粒对油气层的堵塞。目前，国内常用的两种降失水剂如聚乙烯醇(PVA)、羟乙基纤维素 (HEC)都具有不同的缺陷。聚乙烯醇(PVA)型降失水剂具有价格低、防 气窜的优点，在低温下无缓凝作用，且与氯化钙配伍性好，但高温适 应性能差，使用温度最高只能达到95°C，而且抗盐(NaCl)性能差，抗 盐能力通常不超过5%。羟乙基纤维素(HEC)等纤维素类降失水剂价格适 中，降失水性能也较强，但增稠作用明显，同时会延缓水泥浆凝固时 间，而且使用温度一般不超过ll(TC，这是因为分子环状链单元中醚键 在高温下会发生氧化分解。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚物是国内外近年来开发 的新型降失水剂，降失水性能较好。国内开发的2-丙烯酰胺基-2-甲基 丙磺酸(AMPS)共聚物主要是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS) /丙烯酰胺(AM)/丙烯酸(AA)三元共聚物。但是AMPS/AM/AA共聚物、AMPS/AM 共聚物(严格地说也是AMPS/AM/AA共聚物，因为共聚物中有部分AM的 酰胺基已水解为羧基)有一个最大的缺陷，就是配制的水泥浆会影响水 泥浆的稠化时间，在7(TC以上时会出现稠化时间"倒挂"现象，即同 一配方情况下温度越高稠化时间反而越长。这种现象会严重影响固井 效果，因为通常情况下要求井底的水泥先凝固，上部的水泥后凝固， 这样有利于防止气窜及水泥环收縮。产生这种现象的原因是尽管2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)在聚合物中有抑制丙烯酰胺(AM)中 酰胺基团(一C0NH2)水解的作用，但当温度升高到7(TC以上时这种抑制 作用大为减弱，丙烯酰胺(AM)的酰胺基水解成羧基的速度随着温度升 高而加快，并超过水泥随温度升高水化加快的效应，造成温度升高水 泥浆稠化时间反而延长的情况。这种实例可以参考文献"新型丙烯酰 胺共聚物油井水泥降失水剂研究"(《石油钻采工艺》2006年第28巻 第5期第23页)。此外，由于AMPS/AM/AA共聚物中引入了较大比例的 阴离子单体AMPS，所以该聚合物电负性大，分散性较强，配制的水泥 浆游离液较多，切力低，容易引起固相颗粒沉降问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种油井水泥降失水剂，将油井水泥降失水 剂添加到固井水泥浆中，扩大现有油井水泥降失水剂的应用温度范围； 提高水泥浆体的切力，提高水泥浆的稳定性。它克服现有AMPS共聚物适应温度范围狭窄、配制的水泥浆体的切力较低、水泥浆的稳定性低 的不足。本专利技术提供的油井水泥降失水剂是一种五元共聚物，该五元共聚物的共聚单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、 N，N， _二甲基 丙烯酰胺(DMAA)、 一元不饱和羧酸、二元不饱和羧酸、N，N， _亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。其中五种单体的重量份比为2-丙烯酰胺基-2-甲 基丙磺酸(AMPS)为20 80份，N,N， 一二甲基丙烯酰胺(DMAA)为20 80份，一元不饱和羧酸为1 15份，二元不饱和羧酸为1 15份，N，N， —亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为0.01 2份；五元共聚物平均相对分子质 量为50， 000 3， 000， 000。较好的五元共聚物油井水泥降失水剂中单体重量百分比分别为 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为40 80份，N，N， 一二甲基丙烯 酰胺(DMAA)为20 60份， 一元不饱和羧酸为2 10份，二元不饱和羧 酸为2 10份，N，N， 一亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为0.01 1份。较好的五元共聚物油井水泥降失水剂平均相对分子质量为 100， 000 1, 000， 000。所述的一元不饱和羧酸单体选自丙烯酸或甲基丙烯酸。所述的二元不饱和羧酸单体选自衣康酸、马来酸、富马酸、拧康 酸或中康酸。所述的五元共聚物降失水剂可用各种熟知的聚合方法制备，通常可采用水溶液聚合方法。一个典型的聚合方法为将所有单体溶解在去离子水中，用氢氧化钠溶液将单体溶液的pH值调为6，将溶液加入到 反应器内，将反应器放入6(TC恒温水浴中，向反应器内通入氮气排除 氧气，待反应器内水溶液的温度达到6(TC后，加入少量的过硫酸钾溶 液以引发反应，使反应持续2 6h，制成五元共聚物溶液或凝胶，经干 燥、粉碎制成粉剂，获得油井水泥降失水剂。本专利技术的水泥降失水剂的使用方法本水泥降失水剂的加量为 0.5 2%(固含量)，使用温度30 18(TC，适用于淡水和盐水水泥浆。本专利技术从三个方面解决了现有AMPS/AM/AA降失水剂存在的问题。 (l)通过用抗水解能力强N，N' —二甲基丙烯酰胺代替丙烯酰胺，有效 抑制了酰胺基在高温下的水解，扩大了产品温度应用范围，使用温度范围由原有30 70。C扩展到30 180°C。 (2)采用N，N， 一亚甲基双丙 烯酰胺使共聚物由线性结构变为微交联结构，微交联结构共聚物容易 在水泥浆中形成三维网状结构，提高水泥浆体的切力，圈闭住自由水， 防止游离液析出，防止水泥颗粒发生沉降，使水泥浆的稳定性得到大 幅提高。(3)共聚物中同时引入一元羧基和二元羧基，使得共聚物对水 泥颗粒的螯合能力比单独的一元或二元羧基都更为增强，从而共聚物 控制滤失的能力更为出色。具体实施方式 实施例1称取100g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、 40g N， N， 一二 甲基丙烯酰胺(DMAA)、 6g丙烯酸(AA)、 6g衣康酸(IA)、 0. 5gN，N， 一 亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，溶于717g去离子水中，加入61g浓度为40% 的氢氧化钠溶液，将pH值调为6。将溶液加入到反应器内，将反应器 放入6(TC恒温水浴中，向反应器内通入氮气排除氧气，待反应器内水 溶液的温度达到6(TC后，加入3g浓度为10%的过硫酸钾溶液引发反应， 反应持续5h，制成五元共聚物溶液，经干燥、粉碎得到油井水泥降失 水剂粉剂产品。获得的五元共聚物油井水泥降失水剂的平均相对分子 质量是420,000。代号为样品l。实施例2称取100g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、 60g N，N， 一二 甲基丙烯酰胺(DMAA)、 8g丙烯酸(AA)、 8g衣康酸(IA)、 0. 3gN，N，— 亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，溶于689g去离子水中。加入65g浓度为40% 的氢氧化钠溶液，将pH值调为6。将溶液加入到反应器内，将反应器 放入6(TC恒温水浴中，向反应器内通入氮气排除氧气，待反应器内水 溶液的温度达到6(TC后，加入3g浓度为10%的过硫酸钾溶液引发反应，反应持续5h，制成五元共聚物溶液，经干燥、粉碎得到油井水泥降失 水剂粉剂产品。获得的五元共聚物油井水泥降失水剂的平均相对分子质量是650，000。代号为样品2。实施例3与实施例1的各组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油井水泥降失水剂，其特征在于：该降失水剂是一种五元共聚物，共聚单体是２－丙烯酰胺基－２－甲基丙磺酸、Ｎ，Ｎ’－二甲基丙烯酰胺、一元不饱和羧酸、二元不饱和羧酸、Ｎ，Ｎ’－亚甲基双丙烯酰胺（ＭＢＡ）；五种单体的重量份为：２－丙烯酰胺基－２－甲基丙磺酸为２０～８０份，Ｎ，Ｎ’－二甲基丙烯酰胺为２０～８０份，一元不饱和羧酸为１～１５份，二元不饱和羧酸为１～１５份，Ｎ，Ｎ’－亚甲基双丙烯酰胺为０．０１～２份；五元共聚物平均相对分子质量为５０，０００～３，０００，０００。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹建龙，朱海金，屈建省，吕光明，高永会，吴达华，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]