一种油井水泥分散剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含硼聚合物，包括式I所示的结构单元，式II所示的结构单元，任选的式III所示的结构单元，以及任选的式IV所示的结构单元：并提供了一种上述含硼聚合物的制备方法以及其作为油井水泥分散剂的应用。本发明专利技术的含硼聚合物使用硼酸基团作为锚固点位，可有效防止水泥颗粒发生团聚，改善水泥浆的流动性能，采用式I的结构做骨架，具有抗高温抗盐特性，作为水泥分散剂分散效果优异，适用温度可达25

【技术实现步骤摘要】
一种油井水泥分散剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及油田固井的
，具体涉及一种油井水泥分散剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]在石油天然气的钻井过程中，需要将套管下入指定井深，然后在套管和井筒之间的环空中泵入水泥浆，即固井作业，以起到平衡地层压力、封隔油气水层和支撑套管等作用。所泵送的水泥浆需要具备良好的流动性能，然而在实际施工中，尤其在高温、高压、复杂井的固井施工中，水泥浆中往往需要加入缓凝剂、分散剂、加重剂、减轻剂、橡胶材料、胶乳材料等外加剂或外掺料，在固定的水灰比情况下，这些外加剂或外掺料往往导致浆体黏稠、难以泵送，无法实施固井作业。
[0003]在水泥浆中加入分散剂能够使得水泥浆在固定的水灰比条件下粘度下降、流动性能增加、实现低速下紊流注水泥浆。另外，分散剂还能改变水泥石的微观孔隙结构，使大孔减少，生成更多的微孔，水泥石结构更为密实，因而提高了水泥的耐久性、耐井下流体的化学腐蚀性和抗渗性。目前国内外油井水泥浆分散剂主要是磺化醛酮缩聚物分散剂，这种分散剂具有价格低、分散性好、与多数外加剂配伍性良好的优点，自七十年代问世以来，在油田得到广泛应用，但随着新材料新助剂的不断涌现及环保要求标准的日益提高，磺化醛酮缩聚物类分散剂的缺点暴露出来：一是与新型助剂不配伍，例如与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为主要单体的聚合物分散剂存在竞争吸附问题；二是对于添加了复杂颗粒(如胶乳、橡胶颗粒等)的水泥浆，其分散效率低；三是其原料含甲醛，生产及使用过程均不环保。因此，现场需一种配伍性好、高效、环保的分散剂取代现有的磺化醛酮缩聚物分散剂。
[0004]目前的传统的磺化醛酮分散剂在实际固井施工中难以满足特殊水泥浆体系的配浆需求或与新外加剂不配伍的问题越来越突出，而建筑行业使用的最新一代聚羧酸分散剂又存在耐温性低、难以满足油井水泥行业高温高压环境应用需求的问题。因此，目前固井现场需要一种配伍性能好、耐温性好，可以满足油井水泥行业高温高压环境的一种油井水泥分散剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对传统的磺化醛酮分散剂在实际固井施工中难以满足特殊水泥浆体系的配浆需求或与新外加剂不配伍的问题越来越突出，新一代聚羧酸分散剂又存在耐温性低、难以满足油井水泥行业高温高压环境应用需求的问题，提供了一种水泥分散剂及其制备方法，本专利技术的水泥分散剂为一种含硼聚合物，是一种针对油井水泥而合成的新型的含硼酸基团的水溶性聚合物，该水泥分散剂使用硼酸基团作为锚固点位，可有效防止水泥颗粒发生团聚，改善水泥浆的流动性能，适用温度可达25-120℃；采用AMPS做骨架，具有抗高温抗盐特性。与现有的磺化醛酮缩聚物分散剂相比，本专利技术水泥分散剂原料无毒、生产过程不产生三废、产品具有生物可降解性，是一款环保型分散剂。
[0006]本专利技术的一方面提供了一种含硼聚合物，包括式I所示的结构单元，式II所示的结
构单元，任选的式III所示的结构单元，以及任选的式IV所示的结构单元：
[0007][0008]其中，R1、R2、R5、R6各自独立地选自氢和C
1-C6的烷基，优选选自氢和C
1-C4的烷基，更优选选自氢、甲基、乙基和丙基；R3选自C
1-C6的亚烷基和C
6-C
10
的亚芳基，优选选自C
1-C4的亚烷基和C
6-C8的亚芳基，更优选选自亚甲基、亚乙基和亚苯基；R4各自独立地选自氢和C
1-C6的烷基或COOM4，优选选自氢和C
1-C4的烷基或COOM4，更优选选自氢、甲基、乙基、羧酸和乙基羧酸；X选自O和NH，优选为NH；Y选自氢、C
1-C6的烷基、C
6-C
10
的芳基和COOM5，优选选自氢、C
1-C4的烷基、C
6-C8的芳基和COOM5，更优选选自氢、甲基、乙基、苯基和羧基；Q选自COOM6、SO3M7和PO3M8M9；M
1-M9各自独立地选自氢、金属和含有1-4个碳原子的烷羟基，优选选自氢、碱金属和乙基羟基，更优选选自氢、锂、钾和钠；m为1-4的整数，优选选自1、2；n为0-4的整数，优选选自0、1、2；q为0-4的整数，优选选自0、1、2。
[0009]根据本专利技术的优选实施方式，式I所示的结构单元包括但不限于如式A、式B所示的结构单元：
[0010][0011]根据本专利技术的优选实施方式，式II所示的结构单元包括但不限于如式C-G所示的结构单元：
[0012][0013][0014]其中，M2、M3各自独立地选自氢、碱金属和乙基羟基，更优选选自氢、锂、钾和钠。
[0015]根据本专利技术的优选实施方式，式III所示的结构单元包括但不限于如式H-L所示的结构单元：
[0016][0017]在一些具体的实施方式中，式I所示的结构单元、式II所示的结构单元和式III所示的结构单元的摩尔比为(1-10):(1-10):(0-5)，优选为(3-7)：(3-5)：(0-2)。
[0018]在一些具体的实施方式中，式I所示的结构单元、式II所示的结构单元和式IV所示的结构单元的摩尔比为(1-10):(1-10):(0-5)，优选为(3-7)：(3-5)：(0-2)。
[0019]本申请的专利技术人在研究过程中发现，在含式I所示的结构单元和式II所示的结构单元的共聚物中，式I所示的结构单元作为聚合物的骨架，具有抗高温、抗盐的特性，为分散剂提供了环境适应性；式II所示的结构单元在聚合物中硼酸基团作为锚固点位可以吸附到水泥颗粒上，对水泥颗粒进行分散，有效的防止了水泥颗粒的团聚，改善了水泥浆的流动性。
[0020]其中，式III所示的结构单元和式IV所示的结构单元是任选地结构部分，如果存在的话，各式III所示的结构单元和式IV所示的结构单元独立地位于式I所示的结构单元和式II所示的结构单元之间的聚合部分，加入式III所示的结构单元和式IV所示的结构单元具有较高的电荷密度，可以有效增加吸附位点，或是增强吸附能力，在水泥颗粒表面形成稳定的吸附层能够有效降低水泥颗粒之间的相互作用力，从而改善水泥浆的流动性。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，所述含硼聚合物的分子量为5000-60000。
5)，优选为(3-7)：(3-5)：(0-2)。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述引发剂可以是高分子聚合领域已知的常用的引发剂，例如可以选自偶氮类引发剂、过氧化物或过氧酯类引发剂、氧化-还原引发剂中的一种。
[0032]在一些具体的实施方式中，所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种或多种。
[0033]在一些具体的实施方式中，所述过氧化物或过氧酯类引发剂包括过硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯或过氧化甲乙酮中的一种或多种。
[0034]在一些具体的实施方式中，所述氧化-还原引发体系中氧化剂包括双氧水、过硫酸盐中的一种或多种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含硼聚合物，包括式I所示的结构单元，式II所示的结构单元，任选的式III所示的结构单元，以及任选的式IV所示的结构单元：其中，R1、R2、R5、R6各自独立地选自氢和C
1-C6的烷基，优选选自氢和C
1-C4的烷基，更优选选自氢、甲基、乙基和丙基；R3选自C
1-C6的亚烷基和C
6-C
10
的亚芳基，优选选自C
1-C4的亚烷基和C
6-C8的亚芳基，更优选选自亚甲基、亚乙基和亚苯基；R4各自独立地选自氢和C
1-C6的烷基或COOM4，优选选自氢和C
1-C4的烷基或COOM4，更优选选自氢、甲基、乙基、羧酸和乙基羧酸；X选自O和NH，优选为NH；Y选自氢、C
1-C6的烷基、C
6-C
10
的芳基和COOM5，优选选自氢、C
1-C4的烷基、C
6-C8的芳基和COOM5，更优选选自氢、甲基、乙基、苯基和羧基；Q选自COOM6、SO3M7和PO3M8M9；M
1-M9各自独立地选自氢、金属和含有1-4个碳原子的烷羟基，优选选自氢、碱金属和乙基羟基，更优选选自氢、锂、钾和钠；m为1-4的整数，优选选自1、2；n为0-4的整数，优选选自0、1、2；q为0-4的整数，优选选自0、1、2。2.根据权利要求1所述的聚合物，其特征在于，式I所示的结构单元、式II所示的结构单元和式III所示的结构单元的摩尔比为(1-10):(1-10):(0-5)，优选为(3-7)：(3-5)：(0-2)；和/或，式I所示的结构单元、式II所示的结构单元和式IV所示的结构单元的摩尔比为(1-10):(1-10):(0-5)，优选为(3-7)：(3-5)：(0-2)。3.一种含硼聚合物的制备方法，包括将单体A、单体B和任选的单体C或单体D在引发剂和链转移剂的作用下进行聚合；
其中，R1、R2、R5、R6各自独立地选自氢和C
1-C6的烷基，优选选自氢和C
1-C4的烷基，更优选选自氢、甲基、乙基和丙基；R3选自C
1-C6的亚烷基和C
6-C
10
的亚芳基，优选选自C
1-C4的亚烷基和C
6-C8的亚芳基，更优选选自亚甲基、亚乙基和亚苯基；R4各自独立地选自氢和C
1-C6的烷基或COOM4，优选选自氢和C
1-C4的烷基或COOM4，更优选选自氢、甲基、乙基、羧酸和乙基羧酸；X选自O和NH，优选为NH；Y选自氢、C
1-C6的烷基、C
6-C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王牧，苗霞，周仕明，刘建，汪晓静，
申请(专利权)人：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：