本发明专利技术公开了一种适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂，在合成聚丙烯酰胺/膨润土复合吸水树脂过程中，引入N，N-二甲基丙烯酰胺单体，进行三元共聚。本发明专利技术所得树脂应用于油井水泥浆，在水泥浆碱性(pH＝12～13)环境中保持稳定，吸水量基本不变，且具有抗盐及强度高的性能。当水泥石出现裂缝或界面出现环隙而丧失密封作用，导致地层高矿化度水侵入时，水泥石中的树脂吸水膨胀封堵裂缝和环隙，给油气井的封固提供保障。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂，该树脂在水泥浆碱性环境中保持稳定，吸水量基本不变。当水泥石密封失效，导致地层高矿化度水侵入水泥石，树脂吸水膨胀，封堵水泥石裂缝和界面环隙。属于油气井固井及油田化学领域。
技术介绍
固井水泥石的主要作用是封隔地层，防止不同地层的流体互窜，保证油、气井安全、稳定的生产。为了满足这个功能，要求水泥石长期不渗透。然而由于各种工程因素及井下复杂的温度和压力因素，水泥石的封隔性不可避免地受到破坏，即水泥石本体出现微裂缝，界面(水泥石与套管及水泥石与地层的接触面)处产生微环隙，从而形成井下地层流体的窜流通道，造成层间封隔失效。目前，解决油气井地层流体窜流问题主要是采用挤水泥大修井补救措施，不仪成本昂贵，而且成功率低。为解决水泥石封隔失效问题，国内外研究和运用了大量防窜水泥浆体系和专业技术，但由于产生微裂缝的原因比较复杂，无论采取什么措施都很难避免，预防和处理的难度都很大。W0/2004/101952中公开了在水泥浆中加入吸水膨胀聚合物，当水泥石出现裂缝，地层水侵入，聚合物吸水发生膨胀封堵水泥环裂缝的方法，但专利中只是筛选了几种聚合物，并没有对吸水树脂进行深入研究。目前，有关适用于油井水泥浆的吸水树脂的研究未见正式报道。对吸水树脂的研究大多集中在医疗、卫生用品领域，如U.S. 8003210、U. S. 8026294、U. S. 8148485、U. S. 8182916、U. S. 8198376 ；U. S. 8044157、CN1429856A、CN101117422A、CN102443104A、CN102225984A等所公开的吸水树脂更多的关注于农业上壤改良、节水灌溉、沙漠抗旱。水泥矿物开始水 化 以后，体系的pH值可在数分钟内达到12 13。要实现在水泥浆中的应用，吸水树脂在碱性环境中应具有稳定性，且不能由于碱性条件而吸水倍率降低，影响膨胀封堵性能，也不能由于碱性条件而吸水倍率明显上升，影响水泥浆的性能。此外，地层水多为高矿化度水，因此树脂要具有抗盐性，保证树脂的吸水膨胀能力；树脂在裂缝中可能受拉力、压力、剪切力中的一种或几种，为了能够有效地封堵裂缝，吸水树脂应具有较高的强度。丙烯酰胺属于非离子型单体，耐盐性好；膨润土颗粒参与吸水树脂网络结构，可提高树脂凝胶强度。文章“赖红伟，曹宏梅，崔桂花，等.膨润土复合丙烯酰胺超强吸水剂的合成与性能研究.云南化工，2007，34 (3) :26-30. ”开发出了丙烯酰胺/膨润土二元吸水树月旨，并评价了其吸盐水倍率。但是丙烯酰胺/膨润土二元吸水树脂中的酰胺基团在碱性条件下不稳定，易水解为羧酸基团。本专利技术提出的，在合成聚丙烯酰胺/膨润土复合吸水树脂过程中，引入N，N- 二甲基丙烯酰胺单体。N，N_二甲基丙烯酰胺分子上由于二甲基取代，具有较大的空间位阻，阻止OH-对酰胺基的进攻，使树脂中的酰胺基团在pH = 12 13环境中保持稳定，吸液倍率基本不变，且保持了树脂的抗盐性及高强度性能。因此，本专利技术公布的适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂在水泥浆碱性环境中保持稳定，在高矿化度地层水侵入时，能够封堵水泥石裂缝，膨胀后能保持一定的强度，封堵压力较大，较好的解决油气井封固质量问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。本专利技术是这样实现的，在丙烯酰胺溶液中加入N，N- 二甲基丙烯酰胺和交联剂，然后与预水化膨润土混合，搅拌均匀，通N2,最后滴加引发剂，边滴加边搅拌，形成稳定的悬浮液，将悬浮液搅拌升温到45°C 75°C，反应2 6h ;所述的N，N-二甲基丙烯酰胺单体加量为丙烯酰胺单体质量的20% 100%;所述的膨润土加量为N, N- 二甲基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺单体总质量的5% 20% ;所述的交联剂加量为N，N- 二甲基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺单体总质量的O. 025% 1% ;所述的引发剂加量为N，N- 二甲基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺单体总质量的O. 25% 4%。所述的适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂，所述的膨润土为高岭土或蒙脱土。所述的适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂，所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。所述的适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂，所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾或过硫酸铵-亚硫酸氢钠或过硫酸钾-亚硫酸氢钠。本专利技术制备的适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂应用于油井水泥浆，在水泥浆碱性环境中保持稳定，吸水量基本不变。当水泥石出现裂缝或水泥石与地层胶结界面出现环隙丧失密封作用，导致地层高 矿化度水侵入时，水泥石中的树脂吸水膨胀堵塞裂缝和环隙。本专利技术所述的耐碱抗盐高强吸水树脂的吸水倍率、吸盐倍率和耐碱性测定方法如下吸水倍率测定将合成后的树脂烘干，造粒，过筛取100 200目的树脂颗粒。准确称取Ig树脂，放入尼龙袋中，称取树脂和尼龙袋的总质量，记为M1，然后放入盛有蒸馏水的烧杯中，考虑井下温度，在75°C条件下进行吸液测试，每间隔IOmin取出尼龙袋，悬挂至基本无液滴滴落，测试尼龙袋和吸液后树脂的总质量，直至基本不变，记为M2，计算树脂的吸水倍率，其公式吸水倍率(g/g) = M2-M1。吸盐倍率测定将合成后的树脂烘干，造粒，过筛取100 200目的树脂颗粒。准确称取Ig树脂，放入尼龙袋中，称取树脂和尼龙袋的总质量，记为M3，然后放入盛有一定矿化度的氯化钠溶液的烧杯中，考虑井下温度，在75°C条件下进行吸液测试，每间隔IOmin取出尼龙袋，悬挂至基本无液滴滴落，测试尼龙袋和吸液后树脂的总质量，直至基本不变，记为M4，计算树脂的吸盐倍率，其公式吸盐倍率(g/g) = M4-M3。耐碱性测定将合成后的树脂烘干，造粒，过筛取100 200目的树脂颗粒。准确称取Ig树脂，放入尼龙袋中，称取树脂和尼龙袋的总质量，记为M5，然后放入盛有一定pH值的氢氧化钠溶液的烧杯中，考虑井下温度，在75°C条件下进行吸液测试，每间隔IOmin取出尼龙袋，悬挂至基本无液滴滴落，测试尼龙袋和吸液后树脂的总质量，直至基本不变，记为M6，计算树脂的吸液倍率，其公式吸液倍率(g/g) = M6-M5。附图说明图1是实施例2制备的丙烯酰胺、N, N- 二甲基丙烯酰胺、膨润土三元共聚吸水树脂的红外光谱图。具体实施例方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。实施例1 :将20g丙烯酰胺和O. 04g N, N-亚甲基双丙烯酰胺溶于IOOg水，加入3g预水化蒙脱土(即20g质量分数为15%的预水化蒙脱土浆)，搅拌均匀。将混合液倒入四口烧瓶中，通氮气。另称取O. 16g过硫酸钾和O. 04g亚硫酸氢钠溶于20g水中，并缓慢滴入四口烧瓶中，边滴加边搅拌，当引发剂滴加结束后，搅拌升温至40°C，停止搅拌，将混合液体倒入模具中或在四口烧瓶中继续升温至55°C，然后反应3. 5h，得丙烯酰胺、膨润土二元共聚吸水树脂。实施例2 将15g丙烯酰胺、5gN，N- 二甲基丙烯酰胺和O. 04g N, N-亚甲基双丙烯酰胺溶于IOOg水，加入3g预水化蒙脱土(即20g质量分数为15%的预水化蒙脱土浆)，搅拌均匀。将混合液倒入四口烧瓶中，通氮气。另称取O. 16g过硫酸钾和O. 04g亚硫酸氢钠溶于20g水中，并缓慢滴入四口烧瓶中，边滴加边搅拌，当引发剂滴加结束后，搅拌升温至40°C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂的制备方法，其特征在于：在丙烯酰胺溶液中加入N，N?二甲基丙烯酰胺和交联剂，然后与预水化膨润土混合，搅拌均匀，通N2，最后滴加引发剂，边滴加边搅拌，形成稳定的悬浮液，将悬浮液搅拌升温到45℃～75℃，反应2～6h；所述的N，N?二甲基丙烯酰胺单体加量为丙烯酰胺单体质量的20％～100％；所述的膨润土加量为N，N?二甲基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺单体总质量的5％～20％；所述的交联剂加量为N，N?二甲基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺单体总质量的0.025％～1％；所述的引发剂加量为N，N?二甲基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺单体总质量的0.25％～4％。
【技术特征摘要】
1.一种适用于油井水泥浆的耐碱吸水树脂的制备方法，其特征在于在丙烯酰胺溶液中加入N，N- 二甲基丙烯酰胺和交联剂，然后与预水化膨润土混合，搅拌均匀，通N2,最后滴加引发剂，边滴加边搅拌，形成稳定的悬浮液，将悬浮液搅拌升温到45°C 75°C，反应2 6h ;所述的N，N- 二甲基丙烯酰胺单体加量为丙烯酰胺单体质量的20% 100% ;所述的膨润土加量为N，N- 二甲基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺单体总质量的5% 20%;所述的交联剂加量为N，N- 二甲基丙烯酰胺单体和丙烯酰胺...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳华杰，步玉环，郭胜来，王春雨，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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