一種水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑及制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑及制備方法及應(yīng)用，屬于油田固井 水泥緩凝劑領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，復(fù)雜井，如深井超深井日益增多，此類油井具有埋 藏深、井底溫度高等復(fù)雜因素，致使一次性上返封固段長(zhǎng)、封固段的頂部和底部的溫差大， 這就對(duì)水泥漿性能提出了更高的要求。在深井、超深井固井時(shí)，常常會(huì)遇到如下問(wèn)題：超高 溫、高壓、低壓、多壓力體系、長(zhǎng)封固段大溫差、鹽膏層、高壓鹽水層、小間隙等，如此復(fù)雜的 井下條件對(duì)固井技術(shù)形成了極大的挑戰(zhàn)。
[0003] 為了解決此類問(wèn)題，多種合成的聚合物作為油井水泥緩凝劑被公開。如中國(guó)專利 CN101967371A "抗高溫油井水泥緩凝劑及其制備方法"公開了一種2 -丙烯酰胺基-2 -甲 基丙磺酸、衣康酸、丙烯酰胺和N，N -二甲基丙基丙烯酰胺四元共聚物緩凝劑，該緩凝劑能 夠適用于的溫度高達(dá)180°C，可適用于長(zhǎng)封固段、大溫差固井。但其合成工藝復(fù)雜，而且使固 段頂部水泥漿強(qiáng)度發(fā)展緩慢，影響固井質(zhì)量。
[0004]目前油田外加劑的研究方向中已將兩性離子聚合引入到外加劑的分子設(shè)計(jì)當(dāng)中。 如US4637882中提到的兩性聚合物P(AM/AA/MAPTAC)，該聚合物的作用效果更好，副作用 小。用量少。但其作用方向主要是降失水，緩凝效能較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑。
[0006] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：
[0009] -種水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的制備方法，包括如下步驟：
[0010] (1)按質(zhì)量稱取單體：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或乙烯基苯磺酸鹽60% -80%， 衣康酸0% -12%，丙烯酸13% -22%，N，N-二甲基丙烯酰胺0% -7%，季銨鹽1% -2% ;
[0011] (2)向容器一中加入單體2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或乙烯基苯磺酸鹽、衣康酸、 丙烯酸及N，N-二甲基丙烯酰胺，再加入容器一中單體質(zhì)量2-3. 5倍的去離子水，在常溫下 攪拌使溶解得溶液一；向容器二中加入季銨鹽和季銨鹽質(zhì)量8. 5-25倍的去離子水，在常溫 下攪拌使溶解得溶液二；
[0012] (3)將溶液一和溶液二混合，得到溶液三，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)溶液的pH到 2. 8-7 ;加入引發(fā)劑，在60-80°C，攪拌下反應(yīng)2-6h，冷卻至室溫，得到水溶性兩性疏水聚合 物緩凝劑；引發(fā)劑的加入量為單體總質(zhì)量的〇. 4% -0. 8%。
[0013] 步驟（1)為按質(zhì)量稱取單體：2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或乙烯基苯磺酸鹽 70% -80%，衣康酸2% -10%，丙烯酸13% -19%，N，N-二甲基丙烯酰胺1% -5%，季銨鹽 1% -2%〇
[0014] 步驟（3)pH到3-6 ;反應(yīng)時(shí)間為3-4h。
[0015] 季銨鹽為N-(N-丙基丙烯酰胺）_N，N-二甲基十六烷基溴化銨、N-(N-丙基丙烯酰 胺）-N，N-二甲基十八烷基溴化銨、十六烷基二甲基烯丙基氯化銨或十八烷基二甲基烯丙 基氯化銨。
[0016] 引發(fā)劑為偶氮二異丁脒鹽酸鹽、過(guò)硫酸鉀或過(guò)硫酸銨。
[0017] 上述方法制備的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑。
[0018] 上述水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑在油田固井水泥凝固時(shí)間調(diào)節(jié)的應(yīng)用。
[0019] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0020] (1)本發(fā)明的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑，溶液粘度適中，相對(duì)于傳統(tǒng)的市售緩 凝劑來(lái)說(shuō)具有低溫弱緩凝，高溫強(qiáng)緩凝的作用，能夠更好的適應(yīng)深井超深井中存在的大溫 差的問(wèn)題。進(jìn)而提高固井質(zhì)量。
[0021] (2)本發(fā)明的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑同時(shí)具有兩性單體與疏水單體，同時(shí) 具備了兩性水溶性聚合物和疏水締合聚合物的性能。具有很強(qiáng)的耐溫抗鹽性，同時(shí)具有疏 水締合結(jié)構(gòu)，能根據(jù)其所處環(huán)境的溫度變化來(lái)變化其締合結(jié)構(gòu)。
[0022] (3)本發(fā)明的制備方法除少數(shù)單體外大部分為市售產(chǎn)品，且所得水溶液穩(wěn)定，不易 霉變，不需要另使用助穩(wěn)定劑，降低生產(chǎn)成本，整個(gè)合成過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。
[0023] (4)本發(fā)明的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑適用于油田固井工程領(lǐng)域，可以調(diào)節(jié) 不同的溫度下水泥的凝結(jié)狀態(tài)，在130°C條件下作用效果仍然良好，并且水泥石早期強(qiáng)度發(fā) 展快。
[0024] (5)本發(fā)明的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑所配制的水泥漿體系在高溫下稠化曲 線具有很好的"直角稠化"性能，相對(duì)于市售緩凝劑來(lái)說(shuō)該體系初終凝時(shí)間差距小，使得水 泥石凝固以后能夠快速起強(qiáng)度。
[0025] (6)本發(fā)明的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑與水泥及其相關(guān)助劑有很好的配伍 性，并且可滿足水泥作業(yè)中控制降失水量的要求。
[0026] (7)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)可能性。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為加入實(shí)施例1的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑和加入對(duì)比例1的G級(jí)水泥 漿90°C X45MPa條件下的稠化曲線圖；
[0028] 圖2加入實(shí)施例1的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的G級(jí)水泥漿不同條件下的稠 化曲線圖；
[0029] 圖3為純水泥和加入實(shí)施例1的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的水泥石的掃描電 鏡圖；
[0030] 圖4為水泥石XRD圖；其中圖4a為加入實(shí)施例1的水泥漿養(yǎng)護(hù)20h后的XRD圖 譜；圖4b為加入對(duì)比例1的水泥漿養(yǎng)護(hù)20h后的XRD圖譜；
[0031] 圖5為實(shí)施例1的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的紅外圖；
[0032] 圖6為實(shí)施例1的水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的熱重圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受實(shí)施 例限制
[0034] N - (N -丙基丙烯酰胺）-N，N -二甲基十六烷基溴化銨的制備方法：
[0035] 稱取18. 58g N - (3 -二甲胺基丙基）甲基丙烯酰胺和11. 61g 1 -溴十六烷加入 反應(yīng)器中，再加入69. 67g丙酮作為溶劑，0. 14g對(duì)羥基苯甲醚作為阻聚劑。在42 - 45°C條 件下反應(yīng)3h。將所得溶液冷卻過(guò)濾，得白色固體，然后進(jìn)行重結(jié)晶，得到N- (N-丙基丙烯 酰胺）-N，N -二甲基十六烷基溴化銨。
[0036] N - (N -丙基丙烯酰胺）-N，N -二甲基十八烷基溴化銨的制備方法：
[0037] 稱取18. 58g N - (3 -二甲胺基丙基）甲基丙烯酰胺和12. 13g 1 -溴十八烷加入 反應(yīng)器中，再加入69. 67g丙酮作為溶劑，0. 14g對(duì)羥基苯甲醚作為阻聚劑。在42 - 45°C條 件下反應(yīng)3h。將所得溶液冷卻過(guò)濾，得白色固體，然后進(jìn)行重結(jié)晶，得到N- (N-丙基丙烯 酰胺）-N，N -二甲基十八烷基溴化銨。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] -種水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的制備方法，包括如下步驟：
[0040] (1)按質(zhì)量稱取單體：
[0041] 稱取2 -丙烯酰胺基-2 -甲基丙磺酸76g、衣康酸2g、丙烯酸19g、N，N-二甲基丙 烯酰胺Ig和十八烷基二甲基烯丙基氯化銨2g ;
[0042] (2)向容器一中加入單體2 -丙烯酰胺-2 -甲基丙磺酸、衣康酸、丙烯酸及N，N -二甲基丙烯酰胺，再加入容器一中單體質(zhì)量3. 5倍的去離子水（343g)，在常溫下攪拌使溶 解得溶液一；向容器二中加入十八烷基二甲基烯丙基氯化銨和相當(dāng)于十八烷基二甲基烯丙 基氯化銨質(zhì)量17倍的去離子水（34g)，在常溫下攪拌使溶解得溶液二；
[0043] (3)將溶液一和溶液二混合，得到溶液三，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)溶液的pH到3 ; 加入引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，在60°C，攪拌下反應(yīng)4h，冷卻至室溫，得到水溶性兩性疏水聚合物緩 凝劑；過(guò)硫酸鉀的加入量為單體總質(zhì)量的0. 6%。
[0044] 水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的表觀黏度為341mPa · s，固含量為20%。
[0045] 實(shí)施例2
[0046] -種水溶性兩性疏水聚合物緩凝劑的制備方法，包括如下步驟：
[0047]