專利名稱：抗高溫油井水泥緩凝劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油井水泥緩凝劑，具體地說，是涉及一種應(yīng)用于油井固井施工中 的抗高溫油井水泥緩凝劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
固井是油井建設(shè)過程中的主要環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到油井的繼續(xù)鉆 井，以及后續(xù)完井、采油、修井等各項作業(yè)質(zhì)量。固井作業(yè)有兩個環(huán)節(jié)，即下套管和注水泥， 通過注水泥施工，用油井水泥填充套管和井眼之間的環(huán)形空間，水泥漿的主要作用是隔絕 流體在層間流動、支撐套管、防止管壁腐蝕、封隔漏失層或低壓層等。注水泥過程是指配制 水泥漿，將水泥漿沿套管向下泵輸送，然后再上返至套管外部的環(huán)形空間，最后在環(huán)形空間 進行凝結(jié)的過程。經(jīng)過24-72h凝結(jié)之后的水泥稱為水泥石，它具有較低的滲透率和一定的 抗壓強度。注水泥作業(yè)過程要求水泥漿具有一定的可泵性，即在一定泵壓下水泥漿具有流動 性。注水泥作業(yè)過程中，由于水泥漿不斷向井底運動，水泥漿溫度不斷升高，水泥漿水化反 應(yīng)速度加快，水泥漿稠度將會增大，當增大到一定值時，水泥漿就會失去流動性無法泵送。 所以，對于高溫深井的固井作業(yè)，都要在水泥漿中加入延緩水泥漿水化反應(yīng)的緩凝劑，提高 注水泥作業(yè)的安全性。隨著井深的增加，水泥漿使用溫度越來越高，如何在高溫下調(diào)節(jié)水泥 漿稠化時間變的越來越重要。目前固井水泥漿中常用的緩凝劑有如下幾類木質(zhì)素磺酸鹽及其衍生物，這類緩 凝劑可以運用于井底溫度150°C內(nèi)的注水泥作業(yè)中。目前該類緩凝劑幾乎都通過對木質(zhì)素 進行改性以提高其耐溫性后使用；磺化丹寧、磺化栲膠、丹寧酸鈉，這一類緩凝劑由植物的 根、莖經(jīng)磺甲基化后與堿液作用而制成，該類緩凝劑用于高溫條件下時對水泥石強度有明 顯影響；纖維素衍生物，這類緩凝劑是由大量葡萄糖基構(gòu)成的鏈狀大分子，經(jīng)改性制得。比 如羧甲基羥乙基纖維素，適用于135°C下，但是該類緩凝劑具有增粘、抗鹽性差的特點；羥 基羧酸及其鹽類，其中包括酒石酸及其鹽、糖類緩凝劑、有機磷酸。酒石酸及其鹽屬于高溫 緩凝劑，運用于150-20(TC井溫，有強烈緩凝能力，有具有一定分散性可以改變水泥漿流動 性，但該緩凝劑極其敏感，加量相差萬分之幾就會延長一倍凝結(jié)時間，給施工帶來困難。葡 萄糖類緩凝劑由于具有多個羥基活性基團，具有強烈緩凝作用，使用溫度可達160°C，但加 量敏感仍是最大缺點；其它緩凝劑還包括無機化合物，如硼酸、磷酸、氫氟酸以及它們鹽類， 鋅和鉛的氧化物等。綜上所述，現(xiàn)有的油井緩凝劑都存在或大或小的缺陷和不足，特別是在實現(xiàn)延緩 水泥漿水化反應(yīng)的同時，對水泥漿的其他性能一般都會產(chǎn)生明顯的不利影響，如影響水泥 石的強度發(fā)展，這就使得現(xiàn)有的油井固井質(zhì)量并不能得到有力保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗高溫油井水泥緩凝劑，不僅在高溫下實現(xiàn)延緩水泥
3漿的水化反應(yīng)，同時，有效地降低對水泥漿其他性能的影響，特別是降低對水泥石強度發(fā)展 的影響。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下抗高溫油井水泥緩凝劑，包括2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸，衣康酸，丙烯酰胺， N，N-二甲氨基丙基丙烯酰胺，相應(yīng)的質(zhì)量比為82 91 10 26 8 30 31 38。進一步地，所述2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺、N，N- 二甲氨基 丙基丙烯酰胺的質(zhì)量比為86 18 20 34。本發(fā)明還提出了上述抗高溫油井水泥緩凝劑的制備方法，其步驟如下(1)按照質(zhì)量比82 91 10 26 8 30 31 38分別稱取2-甲基_2_丙 烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺、N, N-二甲氨基丙基丙烯酰胺，并置于水中溶解成混合 溶液；(2)調(diào)節(jié)步驟(1)中混合溶液的PH值至4 7 ；(3)將溶液置于燒瓶中，進行恒溫水浴；(4)向溶液中逐步滴加引發(fā)劑，持續(xù)反應(yīng)2 4小時后，得到最終產(chǎn)物。所述步驟(1)中水的質(zhì)量為2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺、N， N-二甲氨基丙基丙烯酰胺的質(zhì)量總和的230%。所述步驟(2)中PH值的調(diào)節(jié)是通過滴加濃度為20 %的NaOH溶液來實現(xiàn)的。所述燒瓶為三口燒瓶，三個口中分別配置溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗。所述水浴溫度為50 75°C。所述引發(fā)劑為過硫酸銨-亞硫酸氫鈉，其質(zhì)量為2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、 衣康酸、丙烯酰胺和N，N- 二甲氨基丙基丙烯酰胺的質(zhì)量總和的0. 4% -2. 0%。上述方案中，2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸簡寫為AMPS，衣康酸簡寫為IA，丙烯酰 胺簡寫為AM，N, N- 二甲氨基丙基丙烯酰胺簡寫為DMAPAA。本發(fā)明的設(shè)計思想在于，利用AMPS、IA、AM和DMAPAA這四種單體在引發(fā)劑作用下 發(fā)生自由基共聚反應(yīng)，生成高分子聚合物，即為本發(fā)明所述的緩凝劑。上述四種單體均含有不飽和鍵，其中，衣康酸(IA)分子中含有兩個緩凝基團 (-C00H)，將-COOH接枝到共聚物主鏈的同時，在側(cè)鏈上引入帶氨基基團的DMAPAA，增強吸 附作用。AMPS具有大量側(cè)基，有良好的抗高溫性能和協(xié)同增效性，而其中的磺酸根不僅具有 耐溫、抗鹽性能，還具有很強的水化能力，可使聚合物在高溫下穩(wěn)定性存在；而每個衣康酸 分子中還帶有兩個羧酸基團，具有良好的緩凝作用，它主要通過吸附和螯合作用實現(xiàn)緩凝 效果；丙烯酰胺作為聚合物分子主鏈，很容易發(fā)生聚合反應(yīng)；DMAPAA (N，N-二甲氨基丙基丙 烯酰胺)為不飽和叔胺，含有氨基基團，能提高高分子聚合物的抗鹽性，以及水泥漿的穩(wěn)定 性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.抗溫性能好，抗溫能力達到180°C，且稠化時間可調(diào)；2.抗鹽性能好，能在半飽和鹽水中實現(xiàn)對水泥漿稠化時間的調(diào)節(jié)；3.緩凝劑的化學性能穩(wěn)定，敏感系數(shù)低，稠化曲線線性好；4.在中低溫條件下，水泥石強度發(fā)展迅速；5.配伍性能好，可與多種外加劑配伍，適用于API所規(guī)定的各種級別的水泥；
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6.適應(yīng)溫度范圍廣，在30-180°C內(nèi)都具有優(yōu)良的性能。本發(fā)明適用于各種環(huán)境，如淡水、鹽水、膠乳、高礦化水質(zhì)等，主要應(yīng)用于各種油井 固井施工中。


圖1為本發(fā)明_實施例中30°C條件下緩凝劑與稠化時間關(guān)系圖。圖2為本發(fā)明_實施例中150°C條件下緩凝劑與稠化時間關(guān)系圖。圖3為本發(fā)明_實施例中180°C條件下緩凝劑與稠化時間關(guān)系圖。圖4為本發(fā)明_實施例中緩凝劑加量與水泥石強度的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍并不受實施 例限制。實施例本發(fā)明所述抗高溫油井水泥緩凝劑的制備方法如下稱取86g AMPS、18g IA、4g AM、34g DMAPAA，用上述四種單體質(zhì)量總和的230%的 水進行溶解；然后滴加濃度為20% NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值至5 7，將調(diào)節(jié)好的混合溶液倒 入配有溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗的三口燒瓶中。其中，溫度計用于隨時檢查三口燒瓶 內(nèi)溶液的溫度；攪拌器用于攪拌溶液，加強溶液中各物質(zhì)的溶解，促進溶液的化學反應(yīng)；而 恒壓滴液漏斗則用于輔助溶液向三口燒瓶滴加，從而控制化學反應(yīng)的進度。當混合溶液全 部至于三口燒瓶后，將三口燒瓶至于水中，進行恒溫水浴，水浴溫度為50 70°C ；當水浴溫 度達到50°C后，開始通過恒壓滴液漏斗逐步向三口燒瓶內(nèi)滴加過硫酸銨-亞硫酸氫鈉引發(fā) 齊U，過硫酸銨_亞硫酸氫鈉的用量不超過AMPS、ΙΑ,AM,DMAPAA這四種單體質(zhì)量總和的2% ； 在引發(fā)劑的作用下，三口燒瓶內(nèi)的混合溶液持續(xù)反應(yīng)三個小時后，得到聚合物，即為抗高溫 油井水泥緩凝劑。在制得抗高溫油井水泥緩凝劑之后，將該緩凝劑應(yīng)用到油井固井施工中。以夾江G 級水泥為例，按API標準配置水灰比為0. 44的水泥漿，然后加入上述緩凝劑樣品進行水泥 漿性能測定，結(jié)果見表一。表一
編實驗樣品稠化時間實驗壓力抗壓強度/MPa號々日陣 ■/皿/又加量/min/MPa(48h)/。C/%30 0C60 °C90 0C1300. 124615192500. 218925223700.31983821
權(quán)利要求
抗高溫油井水泥緩凝劑，其特征在于，包括2 甲基 2 丙烯酰胺基丙磺酸，衣康酸，丙烯酰胺，N，N 二甲氨基丙基丙烯酰胺，相應(yīng)的質(zhì)量比為82～91∶10～26∶8～30∶31～38。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫油井水泥緩凝劑，其特征在于，所述2-甲 基-2-丙烯酰胺基丙磺酸，衣康酸，丙烯酰胺，N, N-二甲氨基丙基丙烯酰胺的質(zhì)量比為 86 18 20 34。
3.一種抗高溫油井水泥緩凝劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按照質(zhì)量比82 91 10 26 8 30 31 38分別稱取2-甲基-2-丙烯 酰胺基丙磺酸，衣康酸，丙烯酰胺，N, N-二甲氨基丙基丙烯酰胺，并置于水中溶解成混合溶 液；(2)調(diào)節(jié)步驟(1)中混合溶液的PH值至4 7；(3)將溶液置于燒瓶中，進行恒溫水浴；(4)向溶液中逐步滴加引發(fā)劑，持續(xù)反應(yīng)2 4小時后，得到最終產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種抗高溫油井水泥緩凝劑的制備方法，其特征在于，所述 步驟(1)中水的質(zhì)量為2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺和N，N-二甲氨基 丙基丙烯酰胺的質(zhì)量總和的230%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種抗高溫油井水泥緩凝劑的制備方法，其特征在于，所述 步驟(2)中PH值的調(diào)節(jié)是通過滴加濃度為20%的NaOH溶液來實現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種抗高溫油井水泥緩凝劑的制備方法，其特征在于，所述 燒瓶為三口燒瓶，三個口中分別配置溫度計、攪拌器、恒壓滴液漏斗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種抗高溫油井水泥緩凝劑的制備方法，其特征在于，所述 水浴溫度為50 75°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種抗高溫油井水泥緩凝劑的制備方法，其特征在于，所述 引發(fā)劑為過硫酸銨-亞硫酸氫鈉，其質(zhì)量為2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰 胺和N，N- 二甲氨基丙基丙烯酰胺的質(zhì)量總和的0. 4% -2. 0%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗高溫油井水泥緩凝劑，屬于油井固井技術(shù)，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中油井固井效果差的問題。該緩凝劑包括AMPS、IA、AM和DMAPAA，質(zhì)量比為82～91∶10～26∶8～30∶31～38。同時，本發(fā)明還提供了一種該緩凝劑的制備方法，其步驟包括(1)按照質(zhì)量比82～91∶10～26∶8～30∶31～38分別稱取AMPS、IA、AM和DMAPAA，并置于水中溶解；(2)調(diào)節(jié)步驟(1)中溶液的pH值至4～7；(3)將溶液置于燒瓶中，進行恒溫水??；(4)向溶液中逐步滴加引發(fā)劑，持續(xù)反應(yīng)2～4小時后，得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明能在實現(xiàn)延緩水泥漿的水化反應(yīng)的同時，降低對水泥漿其他性能的影響。
文檔編號C09K8/467GK101967371SQ201010255859
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者曹智, 李勇, 羅慶, 羅楊 申請人:成都歐美科石油科技股份有限公司