油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑及其制備方法，該緩凝劑的制備過程如下：（1）將衣康酸、丙烯酰胺、對(duì)苯乙烯磺酸鈉用去離子水溶解并混合，調(diào)節(jié)溶液的pH為6~7，衣康酸、丙烯酰胺、對(duì)苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量比為1~2:2~4:2~4，溶液中單體總的質(zhì)量濃度為10~20%；（2）將上述混合溶液升溫至40~60℃，加入引發(fā)劑，在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行聚合反應(yīng)4~6h，得到聚合物溶液；（3）用無水乙醇提取，烘干，研磨成粉體。該緩凝劑在低溫區(qū)能有效避免油氣井水泥漿超緩凝或欠緩凝現(xiàn)象的產(chǎn)生，高溫區(qū)能有效延長油氣井水泥漿的稠化時(shí)間，可以與多種外加劑體系配伍，不影響水泥漿的綜合性能，具有廣闊的市場前景。
【專利說明】油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子領(lǐng)域一種油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣井的注水泥作業(yè)就是利用地面的泵送設(shè)備將含各種外加劑的水泥漿通過套管注入至預(yù)定的地層，并使其沿套管與井壁的環(huán)空間隙返漿到預(yù)定高度膠結(jié)固化，從而達(dá)到封固地層和套管、穩(wěn)固井壁、封隔油氣水層等目的。 [0003]注水泥作業(yè)的一個(gè)最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)就是油氣井水泥漿體的稠化時(shí)間，即油氣井水泥漿體保持可泵流體狀態(tài)的時(shí)間。采用G級(jí)油氣井水泥與水以合適的水灰比進(jìn)行攪拌、混配所得的漿體，在不含緩凝劑時(shí)能安全地注入1800米左右的深度。但是隨著鉆井深度的增加，井下溫度、壓力都會(huì)升高，水泥漿體的水化速度也會(huì)明顯加快，宏觀表現(xiàn)為水泥漿體的稠化時(shí)間變短。為了在較高的井下溫度時(shí)，防止水泥漿過早稠化，保證灌注作業(yè)的安全順利進(jìn)行，因此需在水泥漿體里添加緩凝劑。
[0004]緩凝劑是油氣井水泥在工程應(yīng)用時(shí)所需三大外加劑之一，主要功能是用來減緩水泥漿體的水化速度，維持水泥漿體處于可泵送狀態(tài)。傳統(tǒng)的油氣井水泥緩凝劑材料主要有木質(zhì)素磺酸鹽及其異構(gòu)體或衍生物；單寧、磺化單寧及其衍生物；羧酸、羥基羧酸及其異構(gòu)體或衍生物；葡萄糖類；纖維素類等。這些緩凝劑大多在中低溫環(huán)境中對(duì)水泥漿體的緩凝效果良好，但是隨著油氣藏向著深井超深井方向延展，井底溫度不斷增高、地層壓力逐漸加大，使得傳統(tǒng)的緩凝劑出現(xiàn)失效。20世紀(jì)90年代先后出現(xiàn)的各種聚合物類的緩凝劑憑借其均勻性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性好等特點(diǎn)，逐漸在深井超深井的固井作業(yè)中得到應(yīng)用，也成為了國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。例如最早研發(fā)聚合物緩凝劑的Brothers等人，他們利用一種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚物做緩凝劑。隨之多位研究者逐步開發(fā)出了多種以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸為主鏈的共聚物緩凝劑，如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/衣康酸(IA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/對(duì)苯乙烯磺酸鈉(SSS) /衣康酸等。雖說這些緩凝劑具有較好的性能，但是目前發(fā)現(xiàn)聚合物類緩凝劑又出現(xiàn)了一些新的缺陷，如:聚羧酸類緩凝劑的耐高溫性能差，而且容易引起水泥漿體異常膠凝現(xiàn)象的產(chǎn)生；容易使水泥漿的稠化曲線出現(xiàn)“鼓包”、“走臺(tái)階”等現(xiàn)象；耐高溫緩凝劑在低溫井段應(yīng)用時(shí)易造成水泥漿的超緩凝或者欠緩凝現(xiàn)象，影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。這些問題在鉆井工程中亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑，該緩凝劑在低溫區(qū)能有效避免油氣井水泥漿超緩凝或欠緩凝現(xiàn)象的產(chǎn)生，高溫區(qū)能有效延長油氣井水泥漿的稠化時(shí)間，滿足了工程要求，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足。
[0006]本發(fā)明的另一目的還在于提供上述緩凝劑的制備方法，該方法原理可靠，操作簡便，所得緩凝劑應(yīng)用溫度范圍較寬，可以與多種外加劑體系配伍，不影響水泥漿的綜合性能，施工安全，具有廣闊的市場前景。[0007]為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0008]由于對(duì)苯乙烯磺酸鈉分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，能有效增強(qiáng)聚合物的剛性和耐溫性能；衣康酸分子結(jié)構(gòu)中含有豐富的羧酸基團(tuán)，具有良好的緩凝作用；丙烯酰胺(AM)分子在較低溫度時(shí)，酰胺基團(tuán)的存在會(huì)增強(qiáng)體系的耐鹽性能，當(dāng)溫度較高時(shí)，酰胺基團(tuán)會(huì)發(fā)生水解并配合羧酸基團(tuán)增強(qiáng)聚合物的緩凝效果。三種單體均含有碳碳不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)(-CH=CH-),在引發(fā)劑的作用下，三者發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，生成高分子聚合物。利用三種單
體間不同官能團(tuán)的協(xié)同作用，得到油氣井水泥用寬溫帶緩凝劑。其聚合反應(yīng)方程式如下:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑，具有以下結(jié)構(gòu):
2.如權(quán)利要求1所述的油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑的制備方法，依次包括以下步驟: (1)將衣康酸、丙烯酰胺、對(duì)苯乙烯磺酸鈉用去離子水溶解并混合，得到混合溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH為6~7，所述衣康酸、丙烯酰胺、對(duì)苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量比為I~2:2~4:2~4，溶液中單體總的質(zhì)量濃度為10~20% ； (2)將上述混合溶液升溫至40~60°C，加入引發(fā)劑，在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行聚合反應(yīng)4~6h，得到聚合物溶液； (3)將聚合物溶液用無水乙醇提取，烘干，研磨成粉體，得到油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑。
3.如權(quán)利要求2所述的油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑的制備方法，其特征在于，所述衣康酸、丙烯酰胺、對(duì)苯乙烯磺酸鈉的質(zhì)量比為1:4:3。
4.如權(quán)利要求2所述的油氣井水泥用聚合物寬溫帶緩凝劑的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑為氧化還原體系引發(fā)劑或水溶性偶氮類引發(fā)劑，引發(fā)劑加量為三種單體質(zhì)量總和的3~5%o
【文檔編號(hào)】C08F220/56GK103740350SQ201410009319
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】張洪旭, 莊稼, 朱艷華, 程小偉, 郭小陽 申請人:西南石油大學(xué)