一种干热岩地热固井用高温缓凝剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种干热岩地热固井用高温缓凝剂及其制备方法与应用，属于水泥缓凝剂制备技术领域。具体制备方法包括：以AMPS中和液和MA水溶液为底液，或以AMPS中和液单独为底液，然后同时滴加IA与离子液体的混合水溶液和引发剂水溶液进行聚合反应，得到AMPS

【技术实现步骤摘要】
mechanism of a high temperature(200℃)synthetic cement retarder andits interaction with an
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based fluid loss polymer in oil well cement[J].Journalof Applied Polymer Science,2012,124(6):4772
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4781.)以AMPS:IA＝1:0.32的物质的量比合成了耐高温缓凝剂AMPS
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IA，可适用于200℃的高温。相关专利如步玉环等(CN200810160489.3)以N,N
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二甲基丙烯酰胺为溶剂，在过氧化苯甲酰引发剂条件下合成了AMPS
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IA二元共聚物，给出了180℃的稠化数据，具有良好的抗盐抗钙性能。姜晓超等(CN20100570966.0)也以AMPS和IA为原料，在偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐引发下合成了二元高温缓凝剂，可适用于230℃高温，但存在加量大的问题。可见，目前研发的缓凝剂使用温度上限普遍为180
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200℃，少数200℃以上的存在高温下加量大，影响水泥石强度等问题。随着干热岩资源的加快开发，钻井日益趋向地下深层，其井底温度已经超过200℃。因此，为应对干热岩超高温固井条件下缓凝剂不稳定，发生断链或者降解等问题，避免现场施工中造成固井事故，抗高温缓凝剂的研制成为当务之急。

技术实现思路

[0005]针对目前缓凝剂存在耐温性差、高温下加量大且易发生结构降解、影响水泥石强度等问题，本专利技术以常见的AMPS和IA及MA为原料，同时引入热稳定性较好的离子液体单体，通过创新聚合物缓凝剂的合成过程，提供了一种聚合物缓凝剂的制备方法，使现有缓凝剂的抗高温性能得到进一步提高。该工艺可避免缓凝剂合成过程中存在的单体易自聚问题，同时该合成工艺简单，合成的缓凝剂无需后续处理可直接进行使用，在高温下具有良好的缓凝性能，缓凝剂加量与稠化时间呈线性关系，便于调整，且对硬化水泥石强度影响小。
[0006]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种干热岩地热固井用高温缓凝剂，其是在离子液体的添加下，由2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、马来酸(MA)和衣康酸(IA)三种聚合单体的水溶液通过自由基聚合而成的AMPS
‑
IA
‑
MA三元共聚物缓凝剂，或是在离子液体的添加下，由2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS) 和衣康酸(IA)两种聚合单体通过自由基聚合而成的AMPS
‑
IA二元共聚物缓凝剂。
[0008]进一步，AMPS
‑
IA
‑
MA三元共聚物缓凝剂中AMPS占单体总摩尔量的 65
‑
79％，IA占单体总摩尔量的13
‑
24％，MA占单体总摩尔量的8
‑
11％；所述 AMPS
‑
IA二元共聚物缓凝剂中AMPS占单体总摩尔量的74
‑
84％，IA占单体总摩尔量的16
‑
26％。
[0009]本专利技术第二方面提供了上述干热岩地热固井用高温缓凝剂的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1：向30wt％的NaOH水溶液中依次加入蒸馏水和2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸单体，控制溶液pH值为8
‑
11，得到中和液；
[0011]步骤2将乙烯基咪唑或烯丙基咪唑离子液体加入到衣康酸水溶液中并混合均匀，得到溶液A；或将乙烯基咪唑或烯丙基咪唑离子液体加入到衣康酸水溶液中，再加入还原剂并混合均匀，得到溶液B；
[0012]步骤3：向中和液中依次滴加溶液A或溶液B、引发剂水溶液，搅拌并加热反应，反应结束后冷却至室温，然后加入30wt％的NaOH溶液调节溶液pH值为5
‑
7，即得到AMPS
‑
IA二元共聚物缓凝剂；或向中和液中加入马来酸水溶液，再依次滴加溶液A或溶液B、引发剂水溶
液，搅拌并加热，反应结束后冷却至室温，然后加入30wt％的NaOH溶液调节溶液pH值为5
‑
7，即得到AMPS
‑
IA
‑
MA 三元共聚物缓凝剂。
[0013]进一步，所述步骤1中将AMPS单体加入到一定浓度的碱液中进行中和的方式为反向中和方式，中和时溶液温度控制在40℃以下，pH值优选控制在8
‑
10。
[0014]进一步，所述乙烯基咪唑离子液体为1
‑
乙烯基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐 ([VMIM][BF4])、1
‑
乙烯基
‑3‑
甲基咪唑三氟甲磺酸盐([VMIM][Tfs])、1
‑
乙烯基
‑3‑
甲基咪唑对甲苯磺酸盐([VMIM][Ts])中的一种或两种；所述烯丙基咪唑离子液体为1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑溴盐([AMIM][Br])、1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐([AMIM][BF4])、1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑对甲苯磺酸盐([AMIM][Ts])中的一种或两种。在聚合物缓凝剂合成过程中，引入离子液体进行改性。离子液体中存在的杂环结构有效改善了缓凝剂在高温下的热稳定性，同时其结构中的阳、阴离子基团进一步提高了缓凝剂的吸附性能。由于聚合反应为水溶液自由基聚合反应，因此本专利技术选用的乙烯基咪唑或烯丙基咪唑离子液体均为水溶性离子液体，考虑到离子液体的成本问题，本专利技术中使用的离子液体均为市售商品。
[0015]进一步，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种；还原剂为亚硫酸氢钠、次亚磷酸钠、维生素C中的一种。
[0016]进一步，所述衣康酸水溶液的浓度为3
‑
10wt％，马来酸水溶液的浓度为28
‑
33 wt％，引发剂水溶液的浓度为15
‑
21wt％。
[0017]进一步，所述乙烯基咪唑或烯丙基咪唑离子液体的质量占三种单体总质量的0.5
‑
2.0％；所述引发剂的质量占三种单体总质量的5
‑
10％；在添加还原剂的情况下，所述引发剂与还原剂的质量比为(8
‑
13):(1
‑
2)。
[0018]进一步，所述步骤3中溶液A、溶液B和引发剂水溶液的滴加时间均控制在0.5
‑
1h。
[0019]进一步，所述步骤3中反应温度为50
‑
80℃，反应时间为2
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干热岩地热固井用高温缓凝剂，其特征在于：所述高温缓凝剂是在离子液体的添加下，由2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、马来酸(MA)和衣康酸(IA)三种聚合单体的水溶液通过自由基聚合而成的AMPS
‑
IA
‑
MA三元共聚物缓凝剂，或是在离子液体的添加下，由2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)和衣康酸(IA)两种聚合单体通过自由基聚合而成的AMPS
‑
IA二元共聚物缓凝剂。2.根据权利要求1所述的一种干热岩地热固井用高温缓凝剂，其特征在于：所述AMPS
‑
IA
‑
MA三元共聚物缓凝剂中AMPS占单体总摩尔量的65
‑
79％，IA占单体总摩尔量的13
‑
24％，MA占单体总摩尔量的8
‑
11％；所述AMPS
‑
IA二元共聚物缓凝剂中AMPS占单体总摩尔量的74
‑
84％，IA占单体总摩尔量的16
‑
26％。3.一种制备权利要求1或2所述的干热岩地热固井用高温缓凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：向30wt％的NaOH水溶液中依次加入蒸馏水和2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸单体，控制溶液pH值为8
‑
11，得到中和液；步骤2：将乙烯基咪唑或烯丙基咪唑离子液体加入到衣康酸水溶液中并混合均匀，得到溶液A；或将乙烯基咪唑或烯丙基咪唑离子液体加入到衣康酸水溶液中，再加入还原剂并混合均匀，得到溶液B；步骤3：向中和液中依次滴加溶液A或溶液B、引发剂水溶液，搅拌并加热反应，反应结束后冷却至室温，然后加入30wt％的NaOH溶液调节溶液pH值为5
‑
7，即得到AMPS
‑
IA二元共聚物缓凝剂；或向中和液中加入马来酸水溶液，再依次滴加溶液A或溶液B、引发剂水溶液，搅拌并加热，反应结束后冷却至室温，然后加入30wt％的NaOH溶液调节溶液pH值为5
‑
7，即得到AMPS
‑
IA
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MA三元共聚物...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永钊，张昌生，裴继凯，杨晓东，汪保财，阎龙芳，武瑞芳，魏玉洞，
申请(专利权)人：山西省地质工程勘察院有限公司，
类型：发明
国别省市：