本發(fā)明涉及一種添加劑，尤其涉及一種油氣固井領(lǐng)域的添加劑。本發(fā)明還涉及該添加劑的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在油氣井注水泥作業(yè)中，通過水泥車泵送將水泥漿泵入井內(nèi)，經(jīng)過替漿的過程將水泥漿頂替到套管與井眼之間的環(huán)形空間，達(dá)到封隔油、氣、水層保護(hù)生產(chǎn)層和支撐保護(hù)套管的目的。

油井水泥降失水劑是一種油井水泥的外加劑，通常用于油、氣井注水泥作業(yè)所使用的水泥漿中。油井水泥漿降失水劑能控制水泥漿中液相向滲透性地層濾失，從而保持水泥漿適當(dāng)水灰比。它是油井水泥外加劑中最重要的一類外加劑，其使用直接關(guān)系到固井施工的成敗、固井質(zhì)量、油井壽命及產(chǎn)能等一系列問題。固井時(shí)水泥漿只有保持一定的水灰比，才能夠從套管泵送至井下，然后從環(huán)空返回至設(shè)計(jì)位置。如果水泥漿大量“失水”，水泥漿的密度、稠化時(shí)間、流變性能等隨之改變，甚至變的不可泵送，導(dǎo)致固井失敗。大量的水泥漿濾液進(jìn)入地層也會(huì)造成地層不同程度的傷害。油氣井固井施工中降低水泥漿失水，主要有五個(gè)方面的意義：①防止油氣層被污染，以利于提高采收率；②保護(hù)水敏性地層；③防止水泥漿在滲透性地層先期脫水；④防止環(huán)空氣竄；⑤保證水泥漿的流動(dòng)性，提高頂替效率。因此，在水泥漿體系中需要加入降失水劑來控制水泥漿失水。

目前使用的油井水泥降失水劑主要是高分子聚合物，如羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、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等。近年來，合成水溶性聚合物成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，在很大程度上緩解了耐溫耐鹽的問題。目前，我國適應(yīng)中低溫的油井水泥降失水劑已基本成熟。在抗高溫方面，國內(nèi)大部分降失水劑在溫度低于180℃時(shí)具有較好的性能，但適應(yīng)180℃以上的降失水劑的品種很少，而存在不同程度的缺陷，如嚴(yán)重影響水泥漿的稠化時(shí)間；在高溫下出現(xiàn)水解，產(chǎn)生超緩凝現(xiàn)象；低溫適用性差；耐鹽性能差等。例如：專 利CN101698794A和CN102229797A中所述降失水劑并沒有公開其具備低溫適用性。專利CN103881670A和CN104193897A公開的降失水劑耐鹽性差。因此，本領(lǐng)域長期以來亟需開發(fā)一種具備良好的耐溫抗鹽性能的油井水泥降失水劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種耐溫抗鹽的油井水泥降失水劑。本發(fā)明的降失水劑適用溫度范圍較廣，應(yīng)用溫度范圍為20℃-230℃；且具有對(duì)水泥漿稠化時(shí)間影響小，高溫下抗鹽性能好等特點(diǎn)。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種耐溫抗鹽油井水泥降失水劑，其包括如下組分：

100重量份的水，

7-9重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，

7-9重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，

3-5重量份的4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸，

2-4重量份的4,4-二苯乙烯二羧酸，

1-3重量份的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(優(yōu)選為TPEG-2400)，

1-3重量份的氫氧化鈉(NaOH)，

0.1-0.3重量份的過硫酸銨，以及

0.1-0.3重量份的亞硫酸氫鈉。

其中，單體2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)在聚合物結(jié)構(gòu)中具有提高抗溫耐鹽性的作用；4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸和4,4-二苯乙烯二羧酸在聚合物結(jié)構(gòu)中具有吸附作用；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(優(yōu)選為TPEG-2400)在聚合物結(jié)構(gòu)中具有調(diào)整聚合物流變性的作用。氫氧化鈉(NaOH)用以調(diào)整pH值。過硫酸銨和亞硫酸氫鈉構(gòu)成氧化還原體系引發(fā)劑，用以引發(fā)自由基聚合反應(yīng)。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述降失水劑包括8-9重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述降失水劑包括8-9重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述降失水劑包括4-5重量份的4,4'-二 氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述降失水劑包括3-4重量份的4,4-二苯乙烯二羧酸。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述降失水劑包括1-2重量份的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述降失水劑包括2-3重量份的氫氧化鈉。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述降失水劑包括0.2-0.3重量份的過硫酸銨。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述降失水劑包括0.2-0.3重量份的亞硫酸氫鈉。

在本發(fā)明中，除非另有說明，所有份數(shù)均為重量份數(shù)，所有的％均為重量％。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種制備根據(jù)上述的降失水劑的方法，其包括如下步驟：

1)加入下列組分，并攪拌2-10分鐘、優(yōu)選4-6分鐘：

100重量份的水，

7-9重量份、優(yōu)選8-9重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，

7-9重量份、優(yōu)選8-9重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，

3-5重量份、優(yōu)選4-5重量份的4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸，

2-4重量份、優(yōu)選3-4重量份的4,4-二苯乙烯二羧酸，以及

1-3重量份、優(yōu)選1-2重量份的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(優(yōu)選為TPEG-2400)；

2)加入1-3重量份、優(yōu)選2-3重量份的氫氧化鈉，加熱到50-80℃、優(yōu)選55-65℃，保持10-60分鐘、優(yōu)選25-34分鐘；

3)在攪拌狀態(tài)下加入0.1-0.3重量份、優(yōu)選0.2-0.3重量份的過硫酸銨和0.1-0.3重量份、優(yōu)選0.2-0.3重量份的亞硫酸氫鈉，在攪拌狀態(tài)下反應(yīng)1-5小時(shí)、優(yōu)選2.5-3.5小時(shí)，制得所述耐溫抗鹽油井水泥降失水劑。

本發(fā)明的再一個(gè)目的在于，提供根據(jù)上述的耐溫抗鹽油井水泥降失水劑或者由根據(jù)上述的方法制得的耐溫抗鹽油井水泥降失水劑在油氣固井領(lǐng)域、優(yōu)選在用于油井水泥漿中的應(yīng)用。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述應(yīng)用的溫度范圍為20-230℃。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的耐溫抗鹽油井水泥降失水劑的適用溫度范圍廣，應(yīng)用溫度范圍為20℃-230℃，在20℃-230℃溫度范圍有良好適應(yīng)性；且具有對(duì)水泥漿稠化時(shí)間影響小，高溫下抗鹽性能好等特點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合非限制性的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于下述實(shí)施例。

實(shí)施例中所用原料均為市售。

除非另有說明，實(shí)施例中所說的份數(shù)均為重量份數(shù)，實(shí)施例中所述的％均為重量％。

實(shí)施例1

水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)7份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)7份；4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸3份；4,4-二苯乙烯二羧酸2份；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG-2400)1份；攪拌2分鐘。加入氫氧化(NaOH)1份，同時(shí)加熱到50℃，保持10分鐘；然后攪拌狀態(tài)下，同時(shí)加入過硫酸銨和亞硫酸氫鈉各0.1份，攪拌狀態(tài)下反應(yīng)1小時(shí)，制得本發(fā)明的降失水劑。

實(shí)施例2

水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)8份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)8份；4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸4份；4,4-二苯乙烯二羧酸3份；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG-2400)2份；攪拌10分鐘。加入氫氧化(NaOH)2份，同時(shí)加熱到80℃，保持1小時(shí)；然后攪拌狀態(tài)下，同時(shí)加入過硫酸銨和亞硫酸氫鈉各0.2份，攪拌狀態(tài)下反應(yīng)5小時(shí)，制得本發(fā)明的降失水劑。

實(shí)施例3

水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)9份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)8份；4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸5份；4,4-二苯乙烯二 羧酸4份；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG-2400)3份；攪拌5分鐘。加入氫氧化(NaOH)3份，同時(shí)加熱到60℃，保持0.5小時(shí)；然后攪拌狀態(tài)下，同時(shí)加入過硫酸銨和亞硫酸氫鈉各0.2份，攪拌狀態(tài)下反應(yīng)3小時(shí)，制得本發(fā)明的降失水劑。

實(shí)施例4

水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)8份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)9份；4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸5份；4,4-二苯乙烯二羧酸4份；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG-2400)2份；攪拌5分鐘。加入氫氧化(NaOH)3份，同時(shí)加熱到60℃，保持0.5小時(shí)；然后攪拌狀態(tài)下，同時(shí)加入過硫酸銨和亞硫酸氫鈉各0.3份，攪拌狀態(tài)下反應(yīng)3小時(shí)，制得本發(fā)明的降失水劑。

對(duì)比例1

水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)6份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)6份；4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸2份；4,4-二苯乙烯二羧酸1份；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG-2400)0.5份；攪拌5分鐘。加入氫氧化(NaOH)0.5份，同時(shí)加熱到60℃，保持0.5小時(shí)；然后攪拌狀態(tài)下，同時(shí)加入過硫酸銨和亞硫酸氫鈉各0.05份，攪拌狀態(tài)下反應(yīng)3小時(shí)，制得對(duì)比降失水劑。

對(duì)比例2

水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)10份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)10份；4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸7份；4,4-二苯乙烯二羧酸5份；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG-2400)5份；攪拌5分鐘。加入氫氧化(NaOH)5份，同時(shí)加熱到60℃，保持0.5小時(shí)；然后攪拌狀態(tài)下，同時(shí)加入過硫酸銨和亞硫酸氫鈉各0.5份，攪拌狀態(tài)下反應(yīng)3小時(shí)，制得對(duì)比降失水劑。

實(shí)施例5

分別采用由實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2制得的降失水劑來在不同溫度下按如下方式進(jìn)行水泥漿配方，水灰比0.44：

20℃水泥漿配方：500g油井水泥，200g水，5g緩凝劑，15g降失水劑(占水泥量3％)。

50℃水泥漿配方：500g油井水泥，200g水，5g緩凝劑，15g降失水劑(占水泥量3％)。

60℃水泥漿配方：500g油井水泥，200g水，5g緩凝劑，15g降失水劑(占水泥量3％)。

80℃水泥漿配方：500g油井水泥，200g水，5g緩凝劑，15g降失水劑(占水泥量3％)。

90℃水泥漿配方：500g油井水泥，200g水，5g緩凝劑，15g降失水劑(占水泥量3％)。

100℃水泥漿配方：①500g油井水泥，200g水，5g緩凝劑，15g降失水劑(占水泥量3％)；②500g油井水泥，197.5g水，5g緩凝劑，17.5g降失水劑(占水泥量3.5％)；③500g油井水泥，195g水，5g緩凝劑，20g降失水劑(占水泥量4％)；④500g油井水泥，192.5g水，5g緩凝劑，22.5g降失水劑(占水泥量4.5％)；⑤500g油井水泥，190g水，5g緩凝劑，25g降失水劑(占水泥量5％)；⑥500g油井水泥，185g水，5g緩凝劑，30g降失水劑(占水泥量6％)。

120℃水泥漿配方：①400g油井水泥，140g硅粉，214g水，8g緩凝劑，16g降失水劑(占水泥量4％)；②400g油井水泥，140g硅粉，210g水，8g緩凝劑，20g降失水劑(占水泥量5％)；③400g油井水泥，140g硅粉，208g水，8g緩凝劑，22g降失水劑(占水泥量5.5％)；④400g油井水泥，140g硅粉，206g水，8g緩凝劑，24g降失水劑(占水泥量6％)；⑤400g油井水泥，140g硅粉，204水，8g緩凝劑，26g降失水劑(占水泥量6.5％)。

130℃水泥漿配方：400g油井水泥，140g硅粉，202g水，12g緩凝劑，24g降失水劑(占水泥量6％)。

150℃水泥漿配方：400g油井水泥，140g硅粉，202g水，12g緩凝劑，24g降失水劑(占水泥量6％)。

160℃水泥漿配方：400g油井水泥，140g硅粉，198g水，16g緩凝劑，24g降失水劑(占水泥量6％)。

180℃水泥漿配方：400g油井水泥，140g硅粉，198g水，16g緩凝劑，24g降失水劑(占水泥量6％)。

200℃水泥漿配方：①400g油井水泥，140g硅粉，198g水，16g緩凝劑，24g降失水劑(占水泥量6％)；②400g油井水泥，140g硅粉，194g水，16g緩凝劑，28g降失水劑(占水泥量7％)。

220℃水泥漿配方：400g油井水泥，140g硅粉，194g水，16g緩凝劑，28g降失水劑(占水泥量7％)。

230℃水泥漿配方：400g油井水泥，140g硅粉，194g水，16g緩凝劑，28g降失水劑(占水泥量7％)。

實(shí)施例6

測試加有分別由實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2制得的降失水劑的水泥漿的失水結(jié)果，結(jié)果見表1。

表1不同溫度和降失水劑加量下的水泥漿失水

“-”代表氣竄，完全失水。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的耐溫抗鹽油井水泥降失水劑在20℃-230℃溫度范圍有良好適應(yīng)性，通過調(diào)整降失水劑加量能夠滿足固井施工對(duì)失水的要求，即小于50mL。而對(duì)比例1和2的降失水劑耐溫性能均較差，不能滿足耐高溫需求。

實(shí)施例7

測試加有由實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2制得的降失水劑的水泥漿的24小時(shí)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度，結(jié)果見表2-表4：

表2水泥石24h抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

加有分別由實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2制得的降失水劑的水泥漿稠化時(shí)間，結(jié)果見表3：

表3稠化時(shí)間

分別由實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2制得的降失水劑的抗飽和鹽性能測試，結(jié)果見表4：

表4飽和鹽水水泥漿體系失水(130℃)

由表2可以看出本發(fā)明的降失水劑對(duì)水泥石的強(qiáng)度發(fā)展影響較小，90℃時(shí)隨著降失水劑加量增大，水泥石24h強(qiáng)度略有降低。對(duì)比例1和2的降失水劑的強(qiáng)度降低較大。

表3說明本發(fā)明的降失水劑對(duì)水泥漿稠化時(shí)間影響小，隨著降失水劑加量增大，稠化時(shí)間規(guī)律增加，且可以滿足水泥漿稠化性能調(diào)整的要求。對(duì)比例1和2的降失水劑的稠化時(shí)間增加的長一些，對(duì)水泥漿稠化時(shí)間影響較大。表4進(jìn)一步表明本發(fā)明的降失水劑高溫下抗鹽性能好，在飽和氯化鈉鹽水體系中失水會(huì)有一定程度的降低。

應(yīng)當(dāng)注意的是，以上所述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。通過參照典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解為其中所用的詞語為描述性和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明作出修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉及特定的方法、材料和實(shí)施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開的特定例，相反，本發(fā)明可擴(kuò)展至其他所有具有相同功能的方法和應(yīng)用。