油田固井用苯丙胶乳及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种油井固井用苯丙胶乳及其制备方法。该苯丙胶乳由苯乙烯、丙烯酸酯类化合物、其他功能性水溶性单体以及任选的带有磺酸官能团的水溶性单体在乳化剂、引发剂以及任选的链转移剂和/或交联剂的作用下通过乳液聚合反应制得。本发明专利技术还涉及该苯丙胶乳在油井固井中的应用。将苯丙胶乳加入固井用的水泥浆体系中，可有效的降低水泥浆的滤失量，在高温下API控制失水均在50mL以下，增加油井水泥的致密性，降低水泥石渗透率，有效阻止固井封固段的油气水窜发生，同时改善水泥石的力学性能，提高油气井固井质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油田固井
，具体涉及一种油田固井用苯丙胶乳及其制备与应用。
技术介绍
随着我国油气资源的勘探工作不断向深层复杂地质构造带地区扩展，深井、超深井固井面临着高温高压防气窜难题。而加入胶乳外加剂的胶乳水泥浆具有抗高温、防油气水窜、降失水保护油气层的特点，能够有效地提高深井和超深井的固井质量，是目前国内外公认的防窜性能优良的水泥浆体系。目前用于油田固井作业的胶乳水泥浆大部分是丁苯胶乳水泥浆体系，而应用苯丙胶乳水泥浆目前还未见报道。现有的丁苯胶乳水泥浆体系存在合成条件复杂、不易控制、敏感性强、现场调整非常困难等难题。因此，目前存在的问题是急需研究开发一种合成条件简单、易于控制，现场调整使用方便的油田固井用胶乳水泥浆体系。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种油田固井用苯丙胶乳及其制备方法。将该苯丙胶乳复配相关外加剂体系，形成一种适合油气水窜的胶乳水泥浆体系，可以提高固井第一和第二胶结面的胶结强度，降低水泥石的渗透率，减少油气水窜现象的发生；并且可增加水泥石的弹韧性，减少水泥石在射孔、压裂等固井后续作业的破裂程度，提高固井质量。为此，本专利技术第一方面提供了一种油田固井用苯丙胶乳，其由苯乙烯、丙烯酸酯类化合物、其他功能性水溶性单体以及任选的带有磺酸官能团的水溶性单体在乳化剂、引发剂以及任选的链转移剂和/或交联剂的作用下通过乳液聚合反应制得。根据本专利技术，所述苯丙胶乳由基于质量计的以下组分通过乳液聚合反应制得：在本专利技术的一些实施例中，所述其他功能性水溶性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺中的至少一种。在本专利技术的另一些实施例中，所述带有磺酸官能团的水溶性单体包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯磺酸钠(SAS)、甲基丙烯磺酸钠(SMS)和乙烯基苯磺酸钠中的至少一种。根据本专利技术，所述丙烯酸酯类化合物包括丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸烷基酯；所述丙烯酸酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的一种或多种；所述甲基丙烯酸烷基酯包括甲基丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸丁酯。根据本专利技术，所述乳化剂为阴离子和非离子复合乳化剂；所述阴离子乳化剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十四烷基酚聚醚磺基琥珀酸单酯钠盐和十二烷基酚醚硫酸铵盐中的至少一种；所述非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯(10)醚。在本专利技术的一些实施例中，所述交联剂包括二乙烯基苯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、1,6-己二醇丙烯酸酯和新戊二醇丙烯酸酯中的一种或多种。在本专利技术的另一些实施例中，所述链转移剂包括C2-C12的烷基硫醇、巯基丙酸、巯基乙酸、巯基乙醇和巯基硅烷中的一种或多种。在本专利技术的其他实施例中，所述引发剂包括偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂和氧化还原引发剂中的至少一种。本专利技术第二方面提供了一种如本专利技术第一方面所述的苯丙胶乳的制备方法，包括：步骤A，将组分a、b、d、g和h以及任选的组分c、e和f中的至少一种与水混合，经乳化处理制得单体预乳液；步骤B，将引发剂与水混合，制备引发剂溶液；步骤C，将5％-10％(质量)的单体预乳液与5％-10％(质量)的引发剂溶液进行反应，制得乳液种子；步骤D，向乳液种子中滴加剩余的单体预乳液和剩余的引发剂溶液进行反应，制得反应混合物；步骤E，向反应混合物中滴加氧化还原引发剂，待滴加完毕后，再加入pH调节剂，即得苯丙胶乳。在本专利技术的一些实施例中，在步骤C中，所述反应的温度为80-90℃。在本专利技术的另一些实施例中，在步骤D中，所述滴加的时间为2-6h。优选所述滴加的时间为2-4h。根据本专利技术，在步骤E中，所述苯丙胶乳中乳胶粒的平均粒径为180nm；所述滴加的时间为2h。本专利技术第三方面提供了一种固井用水泥浆体系，其以重量计含有以下组分：其中，所述苯丙胶乳为如本专利技术第一方面所述的苯丙胶乳或如本专利技术第二方面所述方法制备的苯丙胶乳。本专利技术第四方面提供了一种如本专利技术第一方面所述的苯丙胶乳、如本专利技术第二方面所述方法制备的苯丙胶乳或如本专利技术第三方面所述的固井用水泥浆体系在油田固井中的应用。具体实施方式为使本专利技术更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本专利技术，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本专利技术的应用范围。如前所述，现有的丁苯胶乳水泥浆体系存在合成条件复杂、不易控制、敏感性强、现场调整非常困难等难题，且应用苯丙胶乳水泥浆目前还未见报道。本专利技术通过引入一些其他功能性水溶性单体和带有磺酸官能团的水溶性单体的方式进行乳液聚合制备一种油田固井用苯丙胶乳。将该胶乳用于制成固井用水泥浆体系，合成条件简单、易于控制，且现场调整使用方便。因此，本专利技术第一方面涉及一种油田固井用苯丙胶乳，其由苯乙烯、丙烯酸酯类化合物、其他功能性水溶性单体以及任选的带有磺酸官能团的水溶性单体在乳化剂、引发剂以及任选的链转移剂和/或交联剂的作用下通过乳液聚合反应制得。根据本专利技术，所述苯丙胶乳由基于质量计的以下组分通过乳液聚合反应制得：在本专利技术的一些实施例中，所述其他功能性水溶性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺中的至少一种。本专利技术中可任选的加入带有磺酸官能团的水溶性单体。在本专利技术的另一些实施例中，所述带有磺酸官能团的水溶性单体包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯磺酸钠(SAS)、甲基丙烯磺酸钠(SMS)和乙烯基苯磺酸钠中的至少一种。本专利技术中由于共聚中加入了含有磺酸基的单体或其他功能性水溶性单体，因此胶乳与油井水泥具有很好的相容性。根据本专利技术，所述丙烯酸酯类化合物包括丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸烷基酯；所述丙烯酸酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的一种或多种；所述甲基丙烯酸烷基酯包括甲基丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸丁酯。本专利技术中的酯类软单体，可以有效降低聚合物的玻璃化温度，所合成的苯丙胶乳具有高效的降失水功能。本专利技术中所有共聚单体均为液态单体，生产参数容易控制，合成的苯丙胶乳固含量相比其他固井丁苯胶乳高，这样在加量同等的条件下更能达到胶乳水泥浆的性能要求。根据本专利技术，所述乳化剂为阴离子和非离子复合乳化剂。所述阴离子乳化剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十四烷基酚聚醚磺基琥珀酸单酯钠盐和十二烷基酚醚硫酸铵盐中的至少一种；所述非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯(10)醚。本专利技术中可任选的加入交联剂。在本专利技术的一些实施例中，所述交联剂包括二乙烯基苯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、1,6-己二醇丙烯酸酯和新戊二醇丙烯酸酯中的一种或多种。本专利技术所述用语“任选的”是指可以加入，也可以不加入。本专利技术中可任选的加入链转移剂。所述链转移剂包括C2-C12的烷基硫醇、巯基丙酸、巯基乙酸、巯基乙醇和巯基硅烷中的一种或多种。根据本专利技术，所述引发剂包括偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂和氧化还原引发剂中的至少一种。所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈和/或偶氮二异庚腈。所述过氧化物类引发剂为无机过氧化物类引发剂，包括过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种或多种。所述氧化还原引发剂为叔丁基过氧化氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油田固井用苯丙胶乳，其由苯乙烯、丙烯酸酯类化合物、其他功能性水溶性单体以及任选的带有磺酸官能团的水溶性单体在乳化剂、引发剂以及任选的链转移剂和/或交联剂的作用下通过乳液聚合反应制得。

【技术特征摘要】
1.一种油田固井用苯丙胶乳，其由苯乙烯、丙烯酸酯类化合物、其他功能性水溶性单体以及任选的带有磺酸官能团的水溶性单体在乳化剂、引发剂以及任选的链转移剂和/或交联剂的作用下通过乳液聚合反应制得。2.根据权利要求1所述的苯丙胶乳，其特征在于，所述苯丙胶乳由基于质量计的以下组分通过乳液聚合反应制得：3.根据权利要求1或2所述的苯丙胶乳，其特征在于，所述其他功能性水溶性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺中的至少一种。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的苯丙胶乳，其特征在于，所述带有磺酸官能团的水溶性单体包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠和乙烯基苯磺酸钠中的至少一种。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的苯丙胶乳，其特征在于，所述丙烯酸酯类化合物包括丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸烷基酯；所述丙烯酸酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的一种或多种；所述甲基丙烯酸烷基酯包括甲基丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸丁酯；所述乳化剂为阴离子和非离子复合乳化剂；所述阴离子乳化剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十四烷基酚聚醚磺基琥珀酸单酯钠盐和十二烷基酚醚硫酸铵盐中的至少一种；所述非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯(10)醚；所述交联剂包括二乙烯基苯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、1,6-己二醇丙烯酸酯和新戊二醇丙烯酸酯中的一种或多种；所述链转移剂包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王其春，孔祥明，曾敏，汪晓静，刘伟，徐春虎，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11