固井水泥漿用降失水劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固井水泥漿用降失水劑技術(shù)領(lǐng)域，確切地說(shuō)涉及深井固井用能抗 高溫的聚合物合成類降失水劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 固井用降失水劑的作用就是能夠有效降低固井注水泥施工過(guò)程中水泥漿的高溫 高壓失水量，將水泥漿失水量控制在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍以內(nèi)。好的降失水劑在任何溫度區(qū)間都 具有降失水作用，降失水量的大小除了與聚合物降失水劑自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)外，還與溫 度、加量，其他外加劑，水泥漿體系等因素有關(guān)，通常來(lái)說(shuō)，降失水劑應(yīng)與油井水泥、其他外 加劑具有良好的配伍性及相容性，并隨著加量的增大失水量逐步降低。
[0003] 固井水泥漿降失水劑主要包括分為顆粒材料和水溶性高分子材料兩大類，而解決 高溫降失水問(wèn)題主要依靠人工合成的高分子材料。根據(jù)電性可分為非離子型、陰離子型、陽(yáng) 離子型，其中陰離了型聚合物是國(guó)內(nèi)外研宄最廣、產(chǎn)品種類最多的一類降濾失劑。
[0004] 最早的陰離子型降失水劑產(chǎn)品如AM/AA(丙烯酸）共聚物的使用可以追溯到20世 紀(jì)50年代。其中丙烯酰胺是油田最常用的高分子合成原料之一。因?yàn)樗撰@得不同分子 量聚合物，主鏈為C-C σ共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，抗溫性較好，耐細(xì)菌侵蝕。-C0NH2有較強(qiáng)的吸附作用， 而且其對(duì)鹽類（K+、Ca2+、Na+)及表面活性劑的容忍性相對(duì)較好，最重要是其合成工藝相對(duì) 成熟，價(jià)格也便宜。AM/AA共聚物在寬溫度范圍內(nèi)能保持優(yōu)良的控制濾失能力，但使用溫度 超過(guò)50°C，AM水解加劇，使水泥漿過(guò)度緩凝，強(qiáng)度發(fā)展滯后。為避免這種缺陷，國(guó)內(nèi)外研宄 者先后開(kāi)發(fā)了多種在堿性條件下熱穩(wěn)定性好，不易水解的共聚物。
[0005] 陰離子型共聚物中共聚單體包括非離子和陰離子單體兩大類。非離子單體主要包 括八厘、爪^、0麻4"4二甲基丙烯酰胺）、5以苯乙烯）、￥1、￥?4、￥?(乙烯吡啶）、￥麻4(^甲 基-N-乙烯基乙酰胺）等。這些單體中，AM易水解，所以在共聚物中含量不可太多。DMM含 有不易水解基團(tuán)，耐高溫性能明顯增強(qiáng)，但價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)處于小試階段，尚未規(guī)?；a(chǎn)。 陰離子單體主要包括兩類，一類是磺酸類，如AMPS (2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）；另一 類是羧酸類，如AA(丙烯酸）、MA(甲基丙烯酸）、HEA(羥乙基丙烯酸）、IA(衣康酸）等。 2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸是一種具有強(qiáng)吸濕性的白色結(jié)晶固體粉末，易溶于水，不溶 于苯、丙酮，含有強(qiáng)陰離子性、親水性極好的磺酸基團(tuán)和雙鍵的單體。AMPS結(jié)構(gòu)單元本身不 易水解，對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子（Ca 2+、Mg2+)的敏感性較低，離子基團(tuán)的靜電排斥作用與水化作用將 增大聚合物分子的流體力學(xué)體積，使溶液具有高粘度，提高了聚合物的耐溫抗鹽性能。其分 子在水溶液中一方面極性基團(tuán)通過(guò)形成氫鍵同水分子發(fā)生強(qiáng)烈的親合作用，另一方面又存 在非極性基團(tuán)與極性的水分子間的排斥作用。這兩方面作用導(dǎo)致非極性基團(tuán)"逃離"水的 極性環(huán)境而通過(guò)相互間的范德華引力聚集在一起形成二維動(dòng)態(tài)的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使聚 合物分子的流體力學(xué)半徑增加，起到增粘作用。同時(shí)由于該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是物理作用形成的，所 以存在可逆性，因而在剪切去除后可以恢復(fù)，提高了聚合物的抗剪切性。AMPS耐溫耐鹽能力 強(qiáng)，聚合活性高，使用日益廣泛，國(guó)內(nèi)已形成規(guī)?；a(chǎn)。
[0006] 國(guó)外專利報(bào)道的降濾失劑主要有：二元共聚物AM/AMPS、DMAA/AMPS、St/ AMPS、NVP/VS ;三元共聚物：AM/AMPS/IA、St/AMPS/AA、AM/VMAA/AMPS、DMAA/AMPS/ C16DMAPMABr(十六烷基二甲氨丙基甲基丙烯酰胺溴化物）；四元共聚物：AM/NVP/AMPS/AA、 AM/VP/HEA/AA、AM/DAPM(N-(3-(二甲氨基）丙基）甲基丙烯酰胺）/HEA/AA。
[0007] 國(guó)外開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品如哈里伯頓公司的Halad-344，Halad-413，Halad-4， Halad-700，BJ公司的FL-32，F(xiàn)L-33等均屬于此類產(chǎn)品。
[0008] 國(guó)內(nèi)近些年來(lái)加強(qiáng)了這方面的研宄，也取得了不少成果。如公開(kāi)號(hào)為 CN102191027A，公開(kāi)日為2011年9月21日的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種耐高溫油井分散型 水泥降失水劑及制備方法，采用該方法制備的降失水劑用于石油、天然氣鉆井固井過(guò)程中 降低水泥漿的失水量。采用該方法制備的降失水劑是一種四元共聚物，共聚單體為2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS)、Ν，Ν' -二甲基丙烯酰胺（DMA)、丙烯酰胺（AM)、馬來(lái)酸 酐（M)，引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨與亞硫酸氫鈉的混合液。該發(fā)明所提供的降失水劑具有良好的 控制失水能力和改善水泥漿流變性的能力，并具有良好的耐溫抗鹽能力，適用范圍寬。
[0009] 但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，以上述專利文獻(xiàn)為代表的四元共聚物降失水劑，其抗高溫 性能仍然不夠明顯，例如在150°C水泥漿體系中，其失水量均在50ml以上，對(duì)于200°C水泥 漿體系中，其水泥漿的失水量更不能滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明旨在針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提供一種固井水泥漿用降 失水劑的制備方法，本方法工藝簡(jiǎn)單、合理，易操作，所制得的產(chǎn)品抗高溫性能強(qiáng)，可用于 200°C水泥漿體系，能有效降低水泥漿的失水量，并能與多種緩凝劑劑配伍，不影響水泥漿 稠化時(shí)間。
[0011] 本發(fā)明是通過(guò)采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種固井水泥漿用降失水劑的制備方法，其特征在于步驟如下： (1) 按照摩爾比4~6 :1~3 :2~4 :1~3 :1~3分別稱取丙稀酰胺、N, N-二甲基丙稀酰胺、 2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸鈉、衣康酸溶解于相對(duì)于總單體質(zhì)量的700%去 離子水中； (2) 調(diào)節(jié)步驟（1)中的溶液pH值至5~9 ; (3) 將步驟（2)后獲得的溶液升溫至60~80°C ; (4) 向步驟（3)溶液中滴加占總單體質(zhì)量1%~2%的引發(fā)劑，持續(xù)反應(yīng)時(shí)間3~5小時(shí)，得 最終產(chǎn)物。
[0012] 所述步驟（2 )中，是采用20%濃度的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值的。
[0013] 所述步驟（3)中，是將步驟（2)后獲得的溶液置于三口燒瓶中，進(jìn)行恒溫水浴，升 溫至 60~80°C。
[0014] 所述步驟（4)中，引發(fā)劑是按質(zhì)量比為1:1的過(guò)硫酸銨和亞硫酸氫鈉。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果如下： 一、本發(fā)明所選用的五種單體都含有碳碳不飽和雙鍵，在水溶液中，在引發(fā)劑的作用下 可以發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，具體反映原理及所起作用如下： 1、2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸含有不飽和的乙烯基雙鍵，可以與烯類單體共