本申請(qǐng)涉及但不限于油氣井固井領(lǐng)域，具體涉及但不限于一種聚合物/插層蒙脫石復(fù)合降失水劑及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

在鉆井和固井過程中，控制水泥漿的失水性能非常重要。如果失水量過大，不僅會(huì)使水泥漿性能變差，影響鉆井、固井質(zhì)量或固井施工，還會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成一定程度的損害，因此必須按要求控制漿體的失水量。控制失水量的通常方法是加入降失水劑。用作油田降失水劑的材料很多，目前常用的是合成降失水劑，一般由2種以上的單體共聚生成，其中，常用的陰離子單體有：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)、丙烯酸(aa)、甲基丙烯酸、衣康酸(ia)等；非離子單體有：丙烯酰胺(am)、n,n-二甲基丙烯酰胺(nndma)、n,n-二乙基丙烯酰胺、n-甲基-n-乙烯基乙酰胺(vmaa)、n-乙烯基-2-吡咯烷酮(nvp)、丁二烯、甲基乙烯基醚、甲基丙烯酸酯、順丁烯二酸酐、苯乙烯(st)、乙烯基咪唑(vi)等；陽(yáng)離子單體有2-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化銨等。聚合物類水泥降失水劑大都是采用溶液聚合方法來制備，制備的大多數(shù)的降失水劑不能抗鈣鎂離子干擾。如果在海洋鉆井平臺(tái)上進(jìn)行固井施工，用海水配制水泥漿會(huì)導(dǎo)致水泥漿增稠，無法進(jìn)行施工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

以下是對(duì)本文詳細(xì)描述的主題的概述。本概述并非是為了限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N可抗鈣鎂離子干擾并且降失水性能較強(qiáng)的降失水劑及其制備方法和用途。

具體地，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N聚合物/插層蒙脫石復(fù)合降失水劑。

本申請(qǐng)所提供的聚合物/插層蒙脫石復(fù)合降失水劑，具有聚合物負(fù)載在蒙脫石的插層中的復(fù)合結(jié)構(gòu)，第一單體、第二單體和第三單體在插層劑、水、ph調(diào)節(jié)劑、消泡劑、分子量調(diào)節(jié)劑、抗金屬離子干擾劑和引發(fā)劑的存在下聚合形成聚合物并負(fù)載在蒙脫石的插層中，其中

所述第一單體選自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，乙烯基磺酸和甲基丙烯酸；

所述第二單體選自n,n-二甲基丙烯酰胺，丙烯酰胺和n,n-二乙基丙烯酰胺；

所述第三單體選自馬來酸酐，丙烯酸和富馬酸酐。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述第一單體可以為9-18重量份，所述第二單體可以為1.5～3.5重量份，所述第三單體可以為0.3～0.6份，所述蒙脫石可以為3～12重量份，所述插層劑可以為0.01～0.5重量份、所述水可以為70～80重量份、所述ph調(diào)節(jié)劑可以為2.4～14.3重量份、所述消泡劑可以為0.1～0.5重量份、所述分子量調(diào)節(jié)劑可以為0.01～0.05重量份、所述抗金屬離子干擾劑可以為0.01～0.05重量份、所述引發(fā)劑可以為0.1～0.4重量份。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述第一單體可以為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述第二單體可以為n,n-二甲基丙烯酰胺，所述第三單體可以為馬來酸酐。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述第一單體可以為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述第二單體可以為n,n-二乙基丙烯酰胺，所述第三單體可以為富馬酸酐。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述第一單體可以為甲基丙烯酸，所述第二單體可以為n,n-二乙基丙烯酰胺，所述第三單體可以為富馬酸酐。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述第一單體可以為乙烯基磺酸，所述第二單體可以為n,n-二甲基丙烯酰胺，所述第三單體可以為丙烯酸。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述插層劑可以選自十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨和雙十六烷基三甲基溴化銨。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述水可以為蒸餾水；

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述ph調(diào)節(jié)劑可以選自氫氧化鈉、氫氧化鉀和碳酸氫鈉；

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述消泡劑可以選自磷酸三丁酯、乳化硅油和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚；

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述分子量調(diào)節(jié)劑可以選自苯乙烯磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉和巰基乙酸；

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述抗金屬離子干擾劑可以選自乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺四乙酸和乙二胺四乙酸四鈉；

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述引發(fā)劑可以選自過硫酸銨、過硫酸鈉和過硫酸鉀。

本申請(qǐng)還提供了一種制備如上所述的聚合物/插層蒙脫石復(fù)合降失水劑的方法，所述方法包括：

將所述重量份的蒙脫石和插層劑加入水中，混合攪拌；

加入所述重量份的ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)、消泡劑、分子量調(diào)節(jié)劑、抗金屬離子干擾劑、第一單體、第二單體和第三單體，攪拌，升溫，加入所述重量份的引發(fā)劑，進(jìn)行聚合反應(yīng)。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述聚合反應(yīng)可以在保護(hù)氣存在的條件下進(jìn)行。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，所述保護(hù)氣可以為氮?dú)狻?/p>

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，可以在向反應(yīng)液中充入保護(hù)氣30～60分鐘并且將反應(yīng)液加熱至45～60℃之后，再加入所述引發(fā)劑。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，加入各原料之后，升溫前的攪拌的時(shí)間可以為1～3小時(shí)。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，加入所述重量份的引發(fā)劑后，可以將反應(yīng)液持續(xù)升溫至70～80℃，保溫3小時(shí)，進(jìn)行聚合反應(yīng)。

在本申請(qǐng)的實(shí)施方式中，在反應(yīng)結(jié)束后，所述方法還包括加入0.02重量份的阻聚劑，可選地，阻聚劑選自對(duì)苯二酚，叔丁基鄰苯二酚和對(duì)羥基苯甲醚。

本申請(qǐng)還提供了如上所述的聚合物/插層蒙脫石復(fù)合降失水劑在海上油井中固井的用途。

本申請(qǐng)的聚合物/插層蒙脫石復(fù)合降失水劑可以用于海上油氣井固井中，添加方式可以為濕混，加量為干水泥重量的3～6％。濕混是指將降失水劑混入配制水泥漿用的混合水中。

本申請(qǐng)的聚合物/插層蒙脫石復(fù)合降失水劑，外觀為淺紅色或淺黃色粘稠液體，在水中的溶解速度快。

海水中存在鈣、鎂等金屬離子，用海水配制水泥漿時(shí)，其中的鈣、鎂離子容易與降失水劑螯合，增大液相粘度，導(dǎo)致水泥漿增稠。本申請(qǐng)一方面通過減小聚合物的分子量，來抵消掉這種增稠現(xiàn)象，另一方面通過將聚合物與蒙脫石復(fù)合，增強(qiáng)降失水劑的控制失水能力，來彌補(bǔ)聚合物分子量減小對(duì)失水控制力的弱化。

水中存在的鐵離子容易干擾聚合反應(yīng)，本申請(qǐng)中的抗金屬離子干擾劑可以與水中的鐵離子螯合，防止其對(duì)聚合反應(yīng)產(chǎn)生干擾。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)具有以下有益效果：

1)本申請(qǐng)的制備方法的反應(yīng)條件溫和、易于控制，反應(yīng)過程節(jié)約，后續(xù)處理為環(huán)保型。

2)本申請(qǐng)的降失水劑具有較強(qiáng)的抗鈣鎂離子污染能力和降失水性能，特別適合在海洋鉆井中，用海水配制水泥漿固井，使用方便，節(jié)約了成本。

本申請(qǐng)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本申請(qǐng)而了解。本申請(qǐng)的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本申請(qǐng)的實(shí)施例一起用于解釋本申請(qǐng)的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限制。

圖1為使用本申請(qǐng)實(shí)施例1的降失水劑與普通市售降失水劑配制的水泥漿放置3分鐘后的流變性對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。

以下實(shí)施例中所使用的原料和試劑，除了注明的之外，其余均為普通的市售產(chǎn)品。

實(shí)施例1

在250ml四口燒瓶中加入4.5g蒙脫石、0.2g十八烷基三甲基溴化銨和78g蒸餾水，混合攪拌12小時(shí)，加入3.2g氫氧化鈉、0.3g磷酸三丁酯、0.02g甲基丙烯磺酸鈉、0.01g乙二胺四乙酸、16.4g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、1.9gn,n-二甲基丙烯酰胺、0.3g馬來酸酐，攪拌2小時(shí)，向溶液中充氮?dú)?0分鐘，開始加熱至50℃，然后加入0.12g過硫酸銨，并繼續(xù)升溫至70℃，3小時(shí)后加入0.02g對(duì)羥基苯甲醚，最后得到淡紅色或淡黃色粘稠液體。

實(shí)施例2

在250ml四口燒瓶中加入3g蒙脫石、0.2g十六烷基三甲基溴化銨和78g蒸餾水，混合攪拌12小時(shí)，加入2.5g氫氧化鉀、0.3g磷酸三丁酯、0.02g苯乙烯磺酸鈉、0.01g乙二胺四乙酸二鈉、12.8g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3.4gn,n-二乙基丙烯酰胺、0.56g富馬酸酐，攪拌2小時(shí)，向溶液中充氮?dú)?0分鐘，開始加熱至55℃，然后加入0.21g過硫酸鈉，并繼續(xù)升溫至75℃，3小時(shí)后加入0.02g對(duì)苯二酚，最后得到淡紅色或淡黃色粘稠液體。

實(shí)施例3

在250ml四口燒瓶中加入4g蒙脫石、0.2g雙十六烷基三甲基溴化銨和78g蒸餾水，混合攪拌12小時(shí)，加入2.5g氫氧化鉀、0.3g乳化硅油、0.02g巰基乙酸、0.01g乙二胺四乙酸、12.8g甲基丙烯酸、3.4gn,n-二乙基丙烯酰胺、0.56g富馬酸酐，攪拌2小時(shí)，向溶液中充氮?dú)?0分鐘，開始加熱至50℃，然后加入0.21g過硫酸鉀，并繼續(xù)升溫至70℃，3小時(shí)后，最后得到淡紅色或淡黃色粘稠液體。

實(shí)施例4

在250ml四口燒瓶中加入3g蒙脫石、0.2g十八烷基三甲基溴化銨和78g蒸餾水，混合攪拌12小時(shí)，加入4.5g碳酸氫鈉、0.3g磷酸三丁酯、0.02g巰基乙酸、0.01g乙二胺四乙酸四鈉、12.8g乙烯基磺酸、3.4gn,n-二甲基丙烯酰胺、0.56g丙烯酸，攪拌2小時(shí)，向溶液中充氮?dú)?0分鐘，開始加熱至50℃，然后加入0.21g過硫酸銨，并繼續(xù)升溫至70℃，3小時(shí)后加入0.02g叔丁基鄰苯二酚，最后得到淡紅色或淡黃色粘稠液體。

性能評(píng)價(jià)

1、降失水性能評(píng)價(jià)

(1)第一組實(shí)驗(yàn)為在相同加量(5％bwoc)、不同溫度的情況下，考察實(shí)施例1的降失水劑的流變、失水性能。結(jié)果請(qǐng)見表1。

表1相同加量、不同溫度條件下的流變、失水性能

※水泥漿配方：g級(jí)水泥+43.7％海水+5％降失水劑+0.5％h21緩凝劑+0.25％pc-x60l消泡劑密度1.90sg

由表1可以看到，隨著溫度的升高，在300轉(zhuǎn)時(shí)的流變性能讀數(shù)有明顯降低的趨勢(shì)，在3轉(zhuǎn)時(shí)無明顯變化趨勢(shì)，api失水則隨著溫度的升高而增大，這個(gè)規(guī)律也符合目前大部分降失水劑的性能隨溫度變化的趨勢(shì)。總體來說，在40-90℃溫度段，實(shí)施例1的降失水劑的流變、失水性能滿足施工的要求，當(dāng)溫度大于70℃時(shí)，失水量會(huì)大于50ml，此時(shí)可以通過適當(dāng)增大降失水劑的加量來降低失水量。

(2)第二組實(shí)驗(yàn)為在相同溫度(分別在40℃和80℃下進(jìn)行)、不同加量的情況的下，考察實(shí)施例1的降失水劑的流變、失水性能。結(jié)果請(qǐng)見表2。

表2相同溫度不同加量條件下的流變、失水性能

※水泥漿配方：g級(jí)水泥+43.7％海水+x％降失水劑+0.5％h21緩凝劑+0.25％pc-x60l消泡劑密度1.90sg

由表2可以看到，在40℃的條件下，隨著降失水劑的加量從4％bwoc增大到6％bwoc，水泥漿的流變讀數(shù)的變化并不明顯，但失水量則是隨著降失水劑加量的增大，從44ml減少至30ml；在80℃的條件下，隨著降失水劑加量的增大，水泥漿的流變讀數(shù)在300轉(zhuǎn)時(shí)稍有增大，從120變?yōu)?50，失水量也是按常規(guī)的規(guī)律逐漸減小，從72ml變至50ml?？傮w來說，在相同的溫度下，隨著降失水劑加量的增大，水泥漿的流變讀數(shù)并未有明顯變化，而失水則是隨著降失水劑加量的增大而減少。

(3)與普通市售降失水劑的降失水性能對(duì)比

1)流變性對(duì)比

考察分別使用普通市售降失水劑產(chǎn)品與實(shí)施例1的降失水劑，利用海水配制的水泥漿的流變性的差異。結(jié)果請(qǐng)見表3和圖1。

表3實(shí)施例1的降失水劑與普通市售降失水劑配制的水泥漿的流變性對(duì)比

※水泥漿配方：g級(jí)水泥+43.7％海水+5％降失水劑+0.5％h21緩凝劑+0.25％pc-x60l消泡劑密度1.90sg

從表3可以看出，用普通產(chǎn)品配制的水泥漿，水泥漿較稠，放置3分鐘后無法流動(dòng)；10秒和10分鐘膠凝強(qiáng)度達(dá)到了28pa和91pa。而用本申請(qǐng)實(shí)施例1的降失水劑配制的水泥漿的流動(dòng)性較好，放置3分鐘后流變性無較大變化；10秒和10分鐘膠凝強(qiáng)度只有5pa和23pa。說明本申請(qǐng)實(shí)施例1的降失水劑不會(huì)被海水中的鈣、鎂離子影響而增大液相粘度，具有較強(qiáng)的抗鈣、鎂離子污染能力。

2)控制失水性能對(duì)比

考察分別使用普通市售降失水劑產(chǎn)品與實(shí)施例1的降失水劑，利用海水配制的水泥漿的失水量。結(jié)果請(qǐng)見表4。

表4實(shí)施例1的降失水劑與普通市售降失水劑的控制失水性能對(duì)比

※水泥漿配方：g級(jí)水泥+43.7％海水+x％降失水劑+0.5％h21緩凝劑+0.25％pc-x60l消泡劑密度1.90sg

從表4可以看出，本申請(qǐng)實(shí)施例1的降失水劑的控制失水能力明顯優(yōu)于普通市售降失水劑，特別是在40℃和60℃下，使失水量減少了一半。說明經(jīng)過插層共聚后，本申請(qǐng)的降失水劑有了更強(qiáng)的控制失水能力。

2、普適性評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證降失水劑的普適性，分別在膠乳水泥漿、高密度水泥漿、低密度水泥漿中對(duì)實(shí)施例1的降失水劑的流變、失水性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果請(qǐng)見表5-7。

表5在膠乳水泥漿中的流變、失水性能

※水泥漿配方：100％g級(jí)水泥+36％海水+0.25％pc-x60l+0.25％pc-x63l+5％降失水劑+5％pc-gr+0.25％pc-x45+1％12s+0.3％pc-h21l；bhct＝70℃,s.g＝1.9

表6在高密度水泥漿中的流變、失水性能

※水泥漿配方：100％g級(jí)水泥+52％海水+0.25％pc-x60l+6％pc-gs12l+5％降失水劑+0.6％pc-h21l+66.6％pc-d10+33.4％pc-d20；bhct＝70℃s.g＝2.35

表7在低密度水泥漿中的流變、失水性能

※水泥漿配方：100％g級(jí)水泥+60％pc-bt4+6.3％pc-p62s+111％海水+0.25％pc-x60l+8.5％降失水劑+0.28％pc-h21l；bhct＝70℃，s.g＝1.50

從表5-7可以看出，實(shí)施例1的降失水劑在以上三種水泥漿體系中均有良好的表現(xiàn)，可以有效的改善水泥漿的流動(dòng)性，使水泥漿的各項(xiàng)性能都能滿足要求。

雖然本申請(qǐng)所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容僅為便于理解本申請(qǐng)而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本申請(qǐng)。任何本申請(qǐng)所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本申請(qǐng)所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式及細(xì)節(jié)上進(jìn)行任何的修改與變化，但本申請(qǐng)的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。