一種溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑及其制備方法，屬于油氣田勘探開 發(fā)化學(xué)品領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油開采工藝的不斷發(fā)展，加之淺層油氣田的開采殆盡，深井、超深井成為人 們研究的重點(diǎn)，在深井、超深井開采作業(yè)中，前期固井作業(yè)對后續(xù)施工有很大的影響。隨井 深的不斷增大，注水泥井段上下地層溫差和壓差越來越大，固井水泥漿隨井深的不斷增加 物化性能發(fā)生了明顯變化，這就對油井水泥各種外加劑的性能提出了更高的要求。
[0003] 目前，固井施工中所使用的緩凝劑主要有無機(jī)緩凝劑和有機(jī)緩凝劑兩大類，但目 前市售緩凝劑普遍存在耐溫性差，需復(fù)配使用，對加量和溫度敏感、超緩凝、水泥漿體不穩(wěn) 定和后期水泥石強(qiáng)度小等弊端。
[0004] 近年來，針對現(xiàn)場施工中所遇到的問題，提出開發(fā)耐井底循環(huán)高溫且進(jìn)口低溫條 件下強(qiáng)度發(fā)展良好，加量小且稠化時(shí)間可調(diào)，溫度和加量敏感下性小，稠化線形良好且直角 稠化效果明顯，與其他油井水泥外加劑配伍性好，水泥漿綜合性能良好滿足現(xiàn)場施工要求 的緩凝劑，以便固井作業(yè)安全高效的進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于上述現(xiàn)場施工中所遇到的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種溫度響應(yīng)型兩性 聚合物緩凝劑及其制備方法，該緩凝劑耐井底循環(huán)高溫，且對井口低溫條件下水泥石強(qiáng)度 發(fā)展無影響，稠化時(shí)間可調(diào)，稠化線形良好，直角稠化效果明顯，溫度和加量敏感性低，與其 他外加劑配伍性良好，水泥漿體穩(wěn)定且綜合性能滿足現(xiàn)場施工要求。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明首先提供一種溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑的制備方 法，包括以下步驟：
[0007] (1)、按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱取相應(yīng)的單體并溶解于去離子水中，將馬來酸酐溶液置于反 應(yīng)瓶中攪拌加熱并冷凝管回流，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙 烯酰胺的混合溶液置于恒壓滴液漏斗中；
[0008] (2)、稱取占單體質(zhì)量8%的引發(fā)劑過硫酸銨并溶解于去離子水中，置于恒壓滴液 漏斗中；
[0009] (3)、待體系溫度升值預(yù)設(shè)溫度90°C時(shí)，開始滴加引發(fā)劑溶液，以及2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺三者的混合溶液并計(jì)時(shí)；
[0010] (4)、滴加lh，然后恒溫反應(yīng)4h，將得到的溶液冷卻、提純、干燥、研磨，即可得溫度 響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑。
[0011] 該溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑高低溫下的緩凝原理由低場核磁共振分析測試 技術(shù)可以得出：該緩凝劑主要通過側(cè)鏈對周圍環(huán)境不同溫度自適應(yīng)式響應(yīng)起到不同的緩凝 效果的。
[0012] 本發(fā)明的有益成果是：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在井底循環(huán)溫度140°C的條件下對水泥漿有 明顯的緩凝作用，同時(shí)，井口溫度為70°C的條件下對水泥石強(qiáng)度發(fā)展無影響，水泥漿稠化時(shí) 間可調(diào)性好，溫度和加量敏感性低，水泥漿體穩(wěn)定且綜合性能滿足現(xiàn)場施工要求。
【附圖說明】
[0013] 圖1為一次注水泥井段示意圖
[0014] 圖2為水泥漿高溫高壓稠化曲線（140°C、70MPa)。
[0015] 圖3為水泥漿高溫高壓稠化曲線（70°C、35MPa)
[0016] 圖4為水泥漿橫向弛豫時(shí)間T2分布曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了對本發(fā)明的技術(shù)特征以及有益成果有更清晰的理解認(rèn)識，對本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行以下詳細(xì)的說。
[0018] -、溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑的制備
[0019] 實(shí)例 1
[0020] (1)、按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱取相應(yīng)的單體并溶解于去離子水中，將馬來酸酐溶液置于反 應(yīng)瓶中攪拌加熱并冷凝管回流，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙 烯酰胺的混合溶液置于恒壓滴液漏斗中；
[0021] (2)、稱取占單體質(zhì)量8%的引發(fā)劑過硫酸銨并溶解于去離子水中，置于恒壓滴液 漏斗中；
[0022] (3)、待體系溫度升值預(yù)設(shè)溫度90°C時(shí)，開始滴加引發(fā)劑溶液，以及2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺三者的混合溶液并計(jì)時(shí)；
[0023] (4)、滴加lh，然后恒溫反應(yīng)4h，將得到的溶液冷卻、提純、干燥、研磨，即可得溫度 響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑。
[0024] 二、溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑的性能測試
[0025] 實(shí)例 2
[0026] 將實(shí)例1所制備的溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑配制固井水泥漿，該水泥漿由以 下各組分按重量份組成。
[0027]
[0028] 本發(fā)明溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑在加量為3%時(shí)，135°C、140°C和145°C時(shí)稠 化時(shí)間如表1所示，其中，140°C、70MPa下稠化曲線如圖2所示：
[0029] 表1溫度敏感性實(shí)驗(yàn)
[0030]
[0031] 本發(fā)明溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑在加量為3%時(shí)，溫度每增加5°C稠化時(shí)間 的變化率在20 %以內(nèi)，該兩性聚合物緩凝劑溫度敏感性低，此外，相關(guān)實(shí)驗(yàn)也證明，該兩性 聚合物緩凝劑對加量敏感性較低，加量敏感系數(shù)1. 〇,符合SY/T5504. 1-2005標(biāo)準(zhǔn)3. 0以 內(nèi)的要求。其中，140°C、70MPa下稠化曲線如圖2所示，從圖2可以得知：加入該緩凝劑之 后，水泥漿初始稠度低，稠化線形良好，無臺階或鼓包等不良線形，直角稠化效果明顯，稠化 時(shí)間適宜。
[0032] 實(shí)例 3
[0033] 將實(shí)例1所制備的溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑配制固井水泥漿，該水泥漿由以 下各組分按重量份組成。
[0034]
[0035] 本發(fā)明溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑在加量0. 2%和0. 5%時(shí)，分別在70°C和 90°C，常壓條件下養(yǎng)護(hù)24h和48h水泥石的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)如表1所示，其中，加量為1%時(shí)， 70°C、35MPa下稠化曲線如圖3所示：
[0036] 表1水泥石抗壓強(qiáng)度
[0037]
[0038] 本發(fā)明制備的溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑即可在高溫條件下使用，又在低溫條 件下強(qiáng)度發(fā)展良好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SY/T5504. 1-2005《油井水泥外加劑評價(jià)方法第一部分-緩 凝劑》中規(guī)定的14MPa，滿足固井施工對水泥石強(qiáng)度的要求；此外，緩凝劑加量對抗壓強(qiáng)度的 影響較小，具有較好的溫度適應(yīng)性，拓寬了該緩凝劑的使用溫度區(qū)間。
[0039] 實(shí)例 4
[0040] 將實(shí)例1所制備的溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑配制固井水泥漿，該水泥漿由以 下各組分按重量份組成。
[0041]
[0043] 本發(fā)明溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑高低溫不同緩凝作用原理可理解為：該緩凝 劑的側(cè)基，可以對周圍環(huán)境溫度做出自適應(yīng)式響應(yīng)，使之具有較強(qiáng)的溫度適應(yīng)性，溫度響應(yīng) 型兩性聚合物緩凝劑水泥漿于70 °C和140 °C養(yǎng)護(hù)4h之后做低場核磁實(shí)驗(yàn)，水泥漿橫向弛豫 時(shí)間分布曲線如圖4所示：
[0044] 本發(fā)明溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑高低溫下（70°C、140°C)不同緩凝原理經(jīng) 低場核磁共振分析測試技術(shù)研究可知，該緩凝劑分子結(jié)構(gòu)中含有體積龐大的側(cè)鏈，在低溫 70°C時(shí)，側(cè)鏈蜷縮，部分被主鏈包覆，表現(xiàn)為較低的緩凝效果，橫向弛豫時(shí)間分布曲線較為 集中且向短弛豫時(shí)間方向偏移，填充于絮凝結(jié)構(gòu)之間的水的含量相對較少，而處于140°C 時(shí)，經(jīng)高溫作用，側(cè)鏈充分伸展，表現(xiàn)為較高的緩凝效果，橫向弛豫時(shí)間T2分布曲線較為分 散且向長弛豫時(shí)間方向偏移，填充于絮凝結(jié)構(gòu)之間的水的相對含量也較大，因此，該溫度響 應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑具有較強(qiáng)的溫度適應(yīng)性，滿足日益復(fù)雜的固井施工條件的需求，具 有較大的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溫度響應(yīng)型兩性聚合物油井水泥緩凝劑的制備方法，依次包括如下： (1) 、按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱取相應(yīng)的單體并溶解于去離子水中，將馬來酸酐溶液置于反應(yīng)瓶 中攪拌加熱并冷凝管回流，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰 胺的混合溶液置于恒壓滴液漏斗中； (2) 、稱取占單體質(zhì)量8%的引發(fā)劑過硫酸銨并溶解于去離子水中，置于恒壓滴液漏斗 中； (3) 、待體系溫度升值預(yù)設(shè)溫度90°C時(shí)，開始滴加引發(fā)劑溶液，以及2-丙烯酰胺-2-甲 基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺三者的混合溶液并計(jì)時(shí)； (4) 、滴加lh，然后恒溫反應(yīng)4h，將得到的溶液冷卻、提純、干燥、研磨，即可得溫度響應(yīng) 型兩性聚合物緩凝劑。2. 依權(quán)利1要求所述的溫度響應(yīng)型兩性聚合物緩凝劑的制備方法，引發(fā)劑溶液、2-丙 烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺三者的混合溶液滴加lh，然后 恒溫反應(yīng)4h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種油氣井勘探開發(fā)領(lǐng)域的油井水泥緩凝劑及其制備方法，該兩性聚合物緩凝劑有二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、馬來酸酐(MA)和丙烯酰胺(AM)四種結(jié)構(gòu)單元，各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：DMDAAC？10％～20％、AMPS？20％～30％、MA？30％～50％、AM？10％～30％。由于該兩性聚合物分子結(jié)構(gòu)中的側(cè)基，可以對周圍環(huán)境溫度做出自響應(yīng)式反應(yīng)，溫度適應(yīng)性強(qiáng)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了注水泥井段上下端溫度分別為70℃和140℃的整個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)對水泥漿的緩凝作用(圖1)，水泥漿的稠化時(shí)間與緩凝劑加量呈良好的線性關(guān)系，直角稠化效果明顯，溫度和加量敏感性低，水泥漿綜合性能滿足固井施工要求；此外，該緩凝劑合成工藝簡單，成本低，可操作性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。
【IPC分類】C08F226/02, C09K8/467, C08F220/56, C08F222/06, C08F220/58
【公開號】CN105273135
【申請?zhí)枴緾N201510811298
【發(fā)明人】張瑞, 霍錦華, 王吉星, 趙子靜, 孫立君, 毛旭, 許夏斌, 陳大鈞
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年12月11日