一种用于油井水泥的降失水剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于油井水泥的降失水剂，其原料包括按质量份数计的以下组分：水：100质量份；单体聚乙烯醇：7

【技术实现步骤摘要】
一种用于油井水泥的降失水剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于油气井固井领域，进一步说，涉及一种用于油井水泥的降失水剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在油气井注水泥作业中，通过水泥车将水泥浆泵入井内，经过替浆的过程将水泥浆顶替到套管与井眼之间的环形空间，达到封隔油、气、水层，保护生产层和支撑保护套管的目的。
[0003]用于油井水泥的降失水剂是一种油井水泥的外加剂，通常用于油、气井注水泥作业所使用的水泥浆中。用于油井水泥的降失水剂能控制水泥浆中液相向渗透性地层滤失，从而保持水泥浆的适当的水灰比。它是油井水泥外加剂中最重要的一类外加剂，其使用直接关系到固井施工的成败、固井质量、油井寿命及产能等一系列问题。固井时水泥浆只有保持一定的水灰比，才能够从套管泵送至井下，然后从环形空间返回至设计位置。如果水泥浆大量“失水”，水泥浆的密度、稠化时间、流变性能等随之改变，甚至变的不可泵送，导致固井失败。大量的水泥浆滤液进入地层也会造成地层不同程度的伤害。
[0004]油气井固井施工中降低水泥浆失水，主要有五个方面的意义：
①
防止油气层被污染，以利于提高采收率；
②
保护水敏性地层；
③
防止水泥浆在渗透性地层先期脱水；
④
防止环空气窜；
⑤
保证水泥浆的流动性，提高顶替效率。因此，在水泥浆体系设计中通常加入降失水剂来控制水泥浆失水。
[0005]用于油井水泥的降失水剂大多是高分子聚合物，如改性纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、水解聚丙烯腈、部分水解聚丙烯酰胺、合成水溶性聚合物等。其中聚乙烯醇因为没有缓凝作用，具有成膜性优异，价格低廉，在中低温固井中被广泛使用。
[0006]但是聚乙烯醇降失水剂的耐温性不好，目前常用的有耐温(使用温度)约90℃和约120℃的产品。对此，现有技术中采用交联剂对聚乙烯醇进行交联而改进其耐温性能，但是改进的效果并不理想。另外，由于引入了阴离子等其他单体，而使降失水剂的组成和作用复杂化，不利于在现场使用时，根据需要进行灵活机动的性能调整。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于油井水泥的降失水剂及其制备方法和应用。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于油井水泥的降失水剂，其原料包括按质量份数计的以下组分：
[0009]水：100质量份；
[0010]单体聚乙烯醇：7-12质量份；
[0011]芳香醛类交联剂：0.1-0.2质量份；
[0012]硼酸：0.05-0.15质量份；
[0013]浓盐酸：0.1-0.2质量份；以及
[0014]氢氧化钠：0.5-0.8质量份。
[0015]本申请的专利技术人经研究发现，通过使单体聚乙烯醇的羟基与芳香醛类交联剂中的醛基进行化学交联，形成良好的空间网状结构，从而能够显著地改善降失水剂的耐温性能。另外，通过在此基础上使用硼酸进行络合交联，能够进一步改善降失水剂的网状结构的均一性，提高其成膜性，从而得到即使在120℃以上的高温下也能够适用的降失水剂。另一方面，由于在该降失水剂中没有使用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)等阴离子单体作为交联剂，因而可以避免阴离子单体对水泥浆的稠化时间、抗压强度等的影响，适合大温差固井使用。
[0016]根据本专利技术的一些具体的实施方式，浓盐酸为浓度为37％以上的浓盐酸。
[0017]根据本专利技术的一些具体的实施方式，芳香醛类交联剂、硼酸、氢氧化钠均为固体粉末。
[0018]根据本专利技术的优选实施方式，芳香醛类交联剂具有苯环和两个以上的醛基，这是因为苯环的刚性结果更利于形成稳定的网络结构，优选为均苯三甲醛、对苯二甲醛、邻苯二甲醛、间苯二甲醛、邻苯三甲醛中的至少一种。从进一步改善降失水剂的成膜性和耐温性的观点出发，特别优选为使用均苯三甲醛。
[0019]根据本专利技术的优选实施方式，所述单体聚乙烯醇的聚合度为1700-2400。通过将所述单体聚乙烯醇的分子量限定为上述特定范围，能够有效控制合成的降失水剂的应用性能。若单体聚乙烯醇的的聚合度低于1700，则合成的降失水剂的耐温性差；若单体聚乙烯醇的聚合度高于2400，则合成降失水剂的粘度不易控制，容易在合成过程中凝胶化。
[0020]根据本专利技术的优选实施方式，所述单体聚乙烯醇的醇解度为80-90％，优选为88％。在该醇解度的范围的单体聚乙烯醇在合成时易于溶解，且羟基保有量适宜。
[0021]根据本专利技术的优选实施方式，所述单体聚乙烯醇为粒径为100-200目的粉末。
[0022]根据本专利技术的一些具体的实施方式，所述单体聚乙烯醇为PVA1788、PVA2088或PVA2488。
[0023]根据本专利技术的优选实施方式，所述降失水剂的适用温度范围为10℃-160℃，优选为120-150℃。如上所述，现有的聚乙烯醇降失水剂只能在120℃以下的环境中使用。而本专利技术的聚乙烯醇降失水剂由于具有由单体聚乙烯醇、芳香醛类交联剂以及硼酸形成的稳定均一的网状结构，即使在120℃以上的高温下也具有优异的成膜性，因而是一种可以在10℃-160℃的较宽的温度范围内使用的降失水剂。
[0024]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述降失水剂的制备方法，包括在搅拌状态下，进行的如下步骤：
[0025]向水中加入单体聚乙烯醇粉末，升温到80℃-95℃，直至聚乙烯醇粉末完全溶解，并保持30-60分钟；
[0026]加入芳香醛类交联剂和浓盐酸，以进行一次交联反应；
[0027]加入氢氧化钠，以终止所述一次交联反应；以及
[0028]加入硼酸，以进行二次交联反应。
[0029]本申请的专利技术人经研究发现，通过一次交联反应使单体聚乙烯醇的羟基与芳香醛类交联剂中的醛基进行交联，形成良好的空间网状结构，从而能够显著地改善降失水剂的
耐温性能。另外，通过在此基础上的二次交联反应，使硼酸与上述空间网状结构络合，能够进一步改善降失水剂的网状结构的均一性，提高其成膜性和耐温性，从而能够制备出即使在120℃以上的高温下也能够适用的降失水剂。
[0030]根据本专利技术的优选实施方式，所述一次交联反应的温度为55℃-60℃，反应时间为30-60分钟。
[0031]根据本专利技术的优选实施方式，所述二次交联反应的反应时间为30-60分钟。由于所述第二次交联反应为物理交联，其温度没有特别限定，可以在与第一次交联反应相同的温度下进行，也可以在其他容易实现的温度条件下进行。
[0032]根据本专利技术的又一个方面，提供了一种水泥浆，包括按质量份数计的以下组分：
[0033]油井水泥：100质量份；
[0034]水：30-40质量份；
[0035]缓凝剂：1-2质量份；
[0036]降失水剂：5-10质量份，以及
[0037]可选地，包括30-40质量份的硅粉，
[0038]其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于油井水泥的降失水剂，其原料包括按质量份数计的以下组分：水：100质量份；单体聚乙烯醇：7-12质量份；芳香醛类交联剂：0.1-0.2质量份；硼酸：0.05-0.15质量份；浓盐酸：0.1-0.2质量份；以及氢氧化钠：0.5-0.8质量份。2.根据权利要求1所述的降失水剂，其特征在于，所述芳香醛类交联剂具有苯环和两个以上的醛基，优选为均苯三甲醛、对苯二甲醛、邻苯二甲醛、间苯二甲醛、邻苯三甲醛中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的降失水剂，其特征在于，所述单体聚乙烯醇的聚合度为1700-2400。4.根据权利要求1-3中任一项所述的降失水剂，其特征在于，所述单体聚乙烯醇的醇解度为80-90％。5.根据权利要求1-4中任一项所述的降失水剂，其特征在于，所述降失水剂的适用温度范围为10℃-160℃，优选为120-150℃。6.根据权利要求1-5中任一项所述的降失水剂的制备方法，其特征在于，包括在搅拌状态下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学鹏，周仕明，曾义金，
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：