一種高性能油氣井水泥分散劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及油氣井固井領(lǐng)域，特別涉及一種高性能油氣井水泥分散劑及制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高性能油氣井水泥分散劑是指在固井水泥漿流變性及膠凝材料用量不變的條件 下，可以減少混合用水量，提高水泥石強(qiáng)度的物質(zhì)；或者是指在膠凝材料用量和混合用水量 不變的條件下，使水泥漿流變性能更好的物質(zhì)。目前我國(guó)油氣井水泥分散劑中用量最大、使 用最廣的是磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑。此分散劑具有抗鹽、耐溫等優(yōu)點(diǎn)，但是其分散性 能不佳，尤其對(duì)高溫高壓水泥漿體系的分散效果不佳。廣泛應(yīng)用于混凝土中的聚羧酸類(lèi)減 水劑也開(kāi)始作為分散劑應(yīng)用于油氣固井領(lǐng)域，但是現(xiàn)有的聚羧酸類(lèi)分散劑因分散劑分子結(jié) 構(gòu)本身原因，在低溫時(shí)有不同程度的緩凝作用，高溫（大于110°c)時(shí)對(duì)水泥漿稠化曲線有 不良影響，不能滿足某些低溫及高溫高壓固井的要求。
[0003] 因此，有必要提供一種性能更好的高性能油氣井水泥分散劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本申請(qǐng)的目的是提供一種高性能油氣井水泥分散劑。
[0005] 本申請(qǐng)所提供的高性能油氣井水泥分散劑，包括聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛 縮合物分散劑，并且所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為 1:0.1-10〇
[0006] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要知曉的是，本申請(qǐng)中的聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛縮 合物分散劑均可從市面上購(gòu)得或由申請(qǐng)日前已知的制備方法制得。
[0007] 在一些實(shí)施方式中，所述聚羧酸分散劑通過(guò)以下步驟制備：
[0008] a.將總重量為20-40份的以下三種物質(zhì)，即聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、a-甲 基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以1:0.05-0.3:0. 1-0.4的重量比混合，并用 10-20重量份的水溶解，制得料A;
[0009] b.將占所述三種物質(zhì)的總重量的0. 5% -4%的過(guò)硫酸鹽類(lèi)引發(fā)劑用10-20重量份 的水溶解，制得料B;
[0010] C.在反應(yīng)釜的溫度為70°c-85°c時(shí)，向A料中滴加B料以進(jìn)行聚合反應(yīng)，控制反應(yīng) 溫度在70°C-85°C，并控制反應(yīng)時(shí)間在3h-5h;
[0011] d.所述聚合反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物冷卻至室溫，用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH為5-8,出料 即得所述聚羧酸分散劑。
[0012] 在一些實(shí)施方式中，所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重 量比為1:0. 5。
[0013] 在一些實(shí)施方式中，所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重 量比為1: 1。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重 量比為1:5。
[0015] 在一些實(shí)施方式中，所述三種物質(zhì)的總重量為30份。
[0016] 在一些實(shí)施方式中，所述三種物質(zhì)的重量比為1:0. 2:0. 15。
[0017] 在一些實(shí)施方式中，所述過(guò)硫酸鹽類(lèi)引發(fā)劑占所述三種物質(zhì)的總重量的1. 5%。
[0018] 在一些實(shí)施方式中，所述過(guò)硫酸鹽類(lèi)引發(fā)劑為過(guò)硫酸鈉。
[0019] 在一些實(shí)施方式中，所述聚合反應(yīng)的溫度控制在80°C。
[0020] 在一些實(shí)施方式中，所述調(diào)節(jié)劑選自NaOH。
[0021] 本申請(qǐng)的另一目的是提供一種制備高性能油氣井水泥分散劑的方法。
[0022] 本申請(qǐng)所提供的制備高性能油氣井水泥分散劑的方法，包括以下步驟：
[0023] a.將總重量為20-40份的以下三種物質(zhì)，即聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、a-甲 基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以1:0.05-0.3:0. 1-0.4的重量比混合，并用 10-20重量份的水溶解，制得料A;
[0024] b.將占所述三種物質(zhì)的總重量的0. 5% -4%的過(guò)硫酸鹽類(lèi)引發(fā)劑用10-20重量份 的水溶解，制得料B;
[0025] c.在反應(yīng)釜的溫度為70°C_85°C時(shí)，向A料中滴加B料以進(jìn)行聚合反應(yīng)，控制反應(yīng) 溫度在70°C-85°C，并控制反應(yīng)時(shí)間在3h-5h;
[0026] d.所述聚合反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物冷卻至室溫，用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH為5-8,出料 即得所述聚羧酸分散劑；
[0027] e.將重量比為1:0. 1-10的聚羧酸分散劑與磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑混合即 得。
[0028] 本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：將聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛縮合物 分散劑進(jìn)行復(fù)配，不是簡(jiǎn)單地將聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑混合，而是 形成了一定的協(xié)同作用，獲得了出人意料的技術(shù)效果，能有效降低成本，提高分散效率，解 決聚羧酸分散劑低溫緩凝及高溫時(shí)（大于110°c)對(duì)水泥漿稠化曲線有不利影響的問(wèn)題，且 復(fù)配后產(chǎn)品均勻無(wú)沉淀。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)描述本申請(qǐng)的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這些 具體的實(shí)施例僅表明為了達(dá)到本申請(qǐng)的目的而選擇的實(shí)施技術(shù)方案，并不是對(duì)技術(shù)方案的 限制。根據(jù)本申請(qǐng)的教導(dǎo)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的改進(jìn)是顯然的，均屬于本申請(qǐng) 保護(hù)的范圍。
[0030] 以下實(shí)施例中的化學(xué)試劑，如無(wú)特別說(shuō)明均為市售。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 本實(shí)施例的高性能油氣井水泥分散劑通過(guò)以下步驟制備：
[0033] a.將222g聚乙二醇單甲醚甲基丙稀酸醋、44. 5ga-甲基丙稀酸、33. 5g2-丙稀酰 胺基-2-甲基丙磺酸和650g去離子水混合，制得950g水溶液A;
[0034] b.將4. 5g過(guò)硫酸鈉溶解于45. 5g去離子水中，制得50g水溶液B;
[0035]c.在反應(yīng)釜的溫度為80°C時(shí)，向水溶液A中滴加水溶液B以進(jìn)行聚合反應(yīng)，控制 反應(yīng)溫度在80°C，并控制反應(yīng)時(shí)間在4h;
[0036] d.反應(yīng)物冷卻至室溫，用NaOH調(diào)節(jié)pH為7,出料即得1000g聚羧酸分散劑；
[0037] e.將1000g此聚羧酸分散劑與1000g磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑混合均勻以進(jìn) 行復(fù)配。
[0038] 性能評(píng)價(jià)
[0039] 按照APIRP10B《油井水泥試驗(yàn)推薦方法》測(cè)定水泥漿的流變性，分別在低溫 (70°C)和高溫（150°C)下，使用冪律模式考察不使用分散劑、使用實(shí)施例1制備的分散劑、 市售醛酮縮合物分散劑和市售聚羧酸分散劑的水泥漿的性能，結(jié)果見(jiàn)表1。
[0040] 冪律公式可寫(xiě)作：
[0041] t=kXyn
[0042] 其中，n為冪律指數(shù)，為定量表示液體非牛頓性程度的一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)（對(duì)于水泥 漿來(lái)說(shuō)，n〈l) ;k稱為粘度系數(shù)。
[0043] 一般認(rèn)為，n值越接近1越好，k值越小越好，這樣的水泥漿減阻率大，流動(dòng)性好，易 于混配及泵送，越易實(shí)現(xiàn)紊流頂替。
[0044]表1 70°C下分散劑對(duì)水泥漿稠化性能的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高性能油氣井水泥分散劑，其特征在于：包括聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛 縮合物分散劑，并且所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為 1:0.I-IOo
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能油氣井水泥分散劑，其中所述聚羧酸分散劑通過(guò)以下 步驟制備： a. 將總重量為20-40份的以下三種物質(zhì)，即聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、a -甲基丙 烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以1:0. 05-0. 3:0. 1-0. 4的重量比混合，并用10-20重 量份的水溶解，制得料A ; b. 將占所述三種物質(zhì)的總重量的0. 5%-4%的過(guò)硫酸鹽類(lèi)引發(fā)劑用10-20重量份的水 溶解，制得料B ; c. 在反應(yīng)釜的溫度為70°C _85°C時(shí)，向A料中滴加B料以進(jìn)行聚合反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度 在70°C -85°C，并控制反應(yīng)時(shí)間在3h-5h ; d. 所述聚合反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物冷卻至室溫，用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH為5-8,出料即得 所述聚羧酸分散劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能油氣井水泥分散劑，其中所述聚羧酸分散劑與所 述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為1:0. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能油氣井水泥分散劑，其中所述聚羧酸分散劑與所 述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為1:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能油氣井水泥分散劑，其中所述聚羧酸分散劑與所 述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為1:5。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能油氣井水泥分散劑，其中所述三種物質(zhì)的總重量為30 份，所述三種物質(zhì)的重量比為1:0. 2:0. 15。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能油氣井水泥分散劑，其中所述過(guò)硫酸鹽類(lèi)引發(fā)劑占所 述三種物質(zhì)的總重量的1. 5% ;優(yōu)選地，所述過(guò)硫酸鹽類(lèi)引發(fā)劑為過(guò)硫酸鈉。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能油氣井水泥分散劑，其中所述聚合反應(yīng)的溫度控制在 80。。。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能油氣井水泥分散劑，其中所述調(diào)節(jié)劑選自NaOH。
10. -種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能油氣井水泥分散劑的方法，其特征在于，包 括以下步驟： a. 將總重量為20-40份的以下三種物質(zhì)，即聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、a -甲基丙 烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以1:0. 05-0. 3:0. 1-0. 4的重量比混合，并用10-20重 量份的水溶解，制得料A ; b. 將占所述三種物質(zhì)的總重量的0. 5%-4%的過(guò)硫酸鹽類(lèi)引發(fā)劑用10-20重量份的水 溶解，制得料B ; c. 在反應(yīng)釜的溫度為70°C _85°C時(shí)，向A料中滴加B料以進(jìn)行聚合反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度 在70°C -85°C，并控制反應(yīng)時(shí)間在3h-5h ; d. 所述聚合反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物冷卻至室溫，用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH為5-8,出料即得 所述聚羧酸分散劑； e. 將重量比為1:0. 1-10的聚羧酸分散劑與磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑混合即得。
【專利摘要】一種高性能油氣井水泥分散劑，包括聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑，并且所述聚羧酸分散劑和所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為1:0.1-10。本申請(qǐng)將聚羧酸分散劑與磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑進(jìn)行復(fù)配，形成了一定的協(xié)同作用，獲得了出人意料的技術(shù)效果，能有效降低生產(chǎn)成本，提高分散性，解決聚羧酸類(lèi)分散劑低溫緩凝及高溫時(shí)對(duì)水泥漿稠化曲線有不利影響的問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】C09K8-467, C08F220-58, C08F220-28, C08F220-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104745160
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510117902
【發(fā)明人】于斌, 趙琥, 孫超, 張 浩, 宋維凱, 汪蕾, 王清順, 符軍放
【申請(qǐng)人】中國(guó)海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月17日