一种无机-有机聚合物油井水泥降失水剂、其制备方法和应用技术

本申请提供了一种无机‑有机聚合物油井水泥降失水剂、其制备方法和应用，该方法包括：提供单体水溶液，所述单体水溶液包括衣康酸、丙烯酰胺类单体、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸和水；将所述单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合，在引发剂存在的条件下进行反应，得到无机‑有机聚合物油井水泥降失水剂。本发明专利技术通过在现有有机聚合物降失水剂基础上引入无机非金属粒子，且硅烷偶联剂的使用使聚合物具有微交联结构，两方面因素能显著提高聚合物降失水剂的抗高温能力，从而解决了现有有机聚合物在高温强碱条件下易降解、官能团水解、解吸附等导致的降失水效果下降问题。本发明专利技术降失水剂所用原料价格适中、制备工艺简单，适用温度范围宽。

A kind of inorganic-organic polymer water loss reducer for oil well cement, its preparation method and Application

This application provides an inorganic organic polymer oil well cement water loss reducer, its preparation method and application. The method includes: providing monomer water solution, which includes itaconic acid, acrylamide monomer, 2 acrylamide 2 methylpropionic acid and water; mixing the monomer water solution with inorganic non-metallic materials and silane coupling agent and storing in initiator. Under these conditions, inorganic and organic polymer water loss reducer for oil well cement is obtained. The invention introduces inorganic non-metallic particles on the basis of the existing organic polymer water loss reducer, and the use of silane coupling agent makes the polymer have micro-crosslinking structure. Two factors can significantly improve the high temperature resistance of the polymer water loss reducer, thereby solving the water loss efficiency caused by the degradation of the existing organic polymer under high temperature and strong alkali conditions, hydrolysis of functional groups, desorption, etc. Fruit decline. The raw material used for the water loss reducer of the invention has the advantages of moderate price, simple preparation process and wide temperature range.

【技术实现步骤摘要】
一种无机-有机聚合物油井水泥降失水剂、其制备方法和应用
本专利技术属于油井水泥外加剂
，涉及一种油井水泥降失水剂，具体地涉及一种无机-有机聚合物油井水泥降失水剂、其制备方法和应用。
技术介绍
固井施工是开采油气前的一项重要准备工作，施工质量的好坏决定着油井的寿命长短和开采量等。固井施工主要包括下套管、注水泥；固井质量的好坏主要与水泥浆的失水、流态和凝结时间等有关。在油井水泥外加剂中，油井水泥降失水剂在油田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，增加水泥环的抗渗能力，保护水敏地层，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，国内现场常用的降失水剂有聚乙烯醇(PVA)。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，但其高温适应性能差，使用温度最高只能达到95℃。近年来，合成聚合物是抗高温油井水泥降失水剂的主要研究方向。申请号为201410428963.1的中国专利文献公开了一种油井水泥降失水剂及其制备方法，其以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N’-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、苯乙烯(SM)、富马酸(FA)为单体，制备得到了四元共聚物油井水泥降失水剂。该降失水剂可以在200℃高温饱和食盐水中将水泥浆API失水量控制在50mL以内。但该方法所用单体苯乙烯为非水溶性单体，在水溶液聚合过程中存在着转化率低等问题，在未进行任何后处理的情况下，苯乙烯单体大部分残留在产物中，影响产品性能。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种无机-有机聚合物油井水泥降失水剂、其制备方法和应用，本专利技术提供的油井水泥降失水剂具有更好的抗高温性能。本专利技术提供一种无机-有机聚合物油井水泥降失水剂的制备方法，包括以下步骤：1)提供单体水溶液，所述单体水溶液包括衣康酸、丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水；2)将所述单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合，在引发剂存在的条件下进行反应，得到无机-有机聚合物油井水泥降失水剂。优选地，所述无机非金属材料选自碳化硅、氮化硅、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种。优选地，所述无机非金属材料为粒径为1～30μm的微粉。优选地，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。优选地，所述步骤1)具体为：将衣康酸于40～50℃溶解于水中，再加入丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水，得到单体水溶液；所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺和N-烷基取代丙烯酰胺中的一种或多种。优选地，所述步骤1)中的单体水溶液用pH调节剂调pH值为6～7，所述pH值调节剂为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或多种；所述步骤2)中，将调pH值后的单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合。优选地，所述步骤2)混合后，升温至55～65℃加入引发剂水溶液，恒温反应6～8h，得到无机-有机聚合物油井水泥降失水剂；所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾和亚硫酸氢钠中的一种或多种。优选地，以质量份数计，所述单体水溶液包括1～5份的衣康酸、7～20份的丙烯酰胺类单体、4～18份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；所述步骤2)中，所述无机非金属材料的质量份数为0.2～5份；所述硅烷偶联剂的质量份数为0.02～0.5份。本专利技术提供一种无机-有机聚合物油井水泥降失水剂，其由上文所述的制备方法制得。本专利技术提供如上文所述的无机-有机聚合物油井水泥降失水剂在油井固井中的应用。与现有技术相比，本专利技术在水溶液环境下，硅烷偶联剂的一端与无机非金属材料表面进行羟基缩合，另一端与含有磺酸基、酰胺基、羧基的水溶性单体进行共聚，得到无机-有机聚合物油井水泥降失水剂。本专利技术通过在现有有机聚合物降失水剂基础上引入无机非金属粒子，且硅烷偶联剂的使用使聚合物具有微交联结构，两方面因素综合作用能显著提高聚合物降失水剂的抗高温能力，从而解决了现有有机聚合物在高温强碱条件下易降解、官能团水解、解吸附等导致的降失水效果下降问题。本专利技术油井水泥降失水剂所用原料价格适中、制备工艺简单，该降失水剂适用温度范围宽，对水泥浆稠化时间、流变性和水泥石强度影响小。实验结果显示，该降失水剂的有效加量为0.8％～1.5％时，水泥浆在80～230℃、6.9MPa时失水量在60mL以下。附图说明图1为实施例1所得降失水剂的红外谱图；图2为实施例1所得降失水剂的热重分析图。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种无机-有机聚合物油井水泥降失水剂的制备方法，包括以下步骤：1)提供单体水溶液，所述单体水溶液包括衣康酸、丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水；2)将所述单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合，在引发剂存在的条件下进行反应，得到无机-有机聚合物油井水泥降失水剂。本专利技术的目的之一在于提供抗高温油井水泥降失水剂的制备方法，所得降失水剂具有更好的抗高温性能，利于应用。本专利技术实施例通过以下技术方案实现，首先制备得到单体水溶液，具体步骤如下：将衣康酸于40～50℃溶解于水中，再加入丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水，得到单体水溶液。所述单体水溶液包括衣康酸、丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水；其中，本专利技术所述丙烯酰胺类单体可选自丙烯酰胺和N-烷基取代丙烯酰胺中的一种或多种，优选为丙烯酰胺，其性能好、成本低。在本专利技术的一些具体实施例中，称取一定量的衣康酸(IA)和水置于带有机械搅拌、温度计、冷凝管的四口烧瓶反应器中，升温至40～50℃，可搅拌15min～30min，使其溶解完全后，再加入一定量的丙烯酰胺类单体如丙烯酰胺(AM)，以及加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和水，得到单体水溶液。以质量份数计，本专利技术实施例中所述单体水溶液包括1～5份的衣康酸、7～20份的丙烯酰胺类单体、4～18份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。以质量份数100计，具体为：1.04～4.31份衣康酸溶解于20～30份水中，再加入7～18.83份丙烯酰胺、4.58～16.24份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和30～50份水。在本专利技术方案中，由衣康酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚得到的有机聚合物体系，其性价比是最佳的。作为优选，所述的单体水溶液用pH调节剂调pH值为6～7；其中，所述pH值调节剂优选为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或多种，更优选为氢氧化钠。本专利技术实施例称取一定量的无机非金属材料和硅烷偶联剂，将两者与所述调pH值后的单体水溶液混合，搅拌。本专利技术实施例在现有有机聚合物降失水体系中引入纳微米无机非金属粒子，提高抗高温能力。其中，所述无机非金属材料优选选自碳化硅、氮化硅、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种，如三氧化二铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)等，更优选为碳化硅或二氧化硅(SiO2)。在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机‑有机聚合物油井水泥降失水剂的制备方法，包括以下步骤：1)提供单体水溶液，所述单体水溶液包括衣康酸、丙烯酰胺类单体、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸和水；2)将所述单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合，在引发剂存在的条件下进行反应，得到无机‑有机聚合物油井水泥降失水剂。

【技术特征摘要】
1.一种无机-有机聚合物油井水泥降失水剂的制备方法，包括以下步骤：1)提供单体水溶液，所述单体水溶液包括衣康酸、丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水；2)将所述单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合，在引发剂存在的条件下进行反应，得到无机-有机聚合物油井水泥降失水剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机非金属材料选自碳化硅、氮化硅、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机非金属材料为粒径为1～30微米的微粉。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：将衣康酸于40～50℃溶解于水中，再加入丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水，得到单体水溶液；所述丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺和N-烷基取代丙烯酰胺中的一种或多种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓岚，陈道元，孙举，郑志军，郭鹏，宋亚静，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11