本發(fā)明涉及一種油井水泥降失水劑及其制備方法，特別是涉及一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑及制備方法。

背景技術(shù)：

在石油可采、易采量逐漸降低的情況下，油田勘探開(kāi)發(fā)已向海洋以及深井方面發(fā)展。由于海水中的某些金屬陽(yáng)離子會(huì)降低水泥漿的流動(dòng)性，極大地影響水泥漿的流變性、控濾失能力、抗壓性能等。海洋固井，要求降失水劑具有良好的控濾失效果以及分散性。為了確保足夠的流體力學(xué)底層壓力，深井長(zhǎng)封固段固井，要求水泥漿密度低，這也需要降失水劑具有良好的分散性能。而常規(guī)的降失水劑還會(huì)使水泥漿增稠，影響水泥漿的泵送，所以一般的降失水劑需要復(fù)配分散劑使用，來(lái)改善水泥漿增稠現(xiàn)象，并且分散劑加量的范圍一般很窄，這樣做不但會(huì)增加油田開(kāi)采的成本，還會(huì)影響降失水劑本身的性能。

降失水劑按帶電性可分為，非離子型、陽(yáng)離子型和陰離子型降失水劑。j.plank等人研究表明陽(yáng)離子型降失水劑只有復(fù)配分散劑才能達(dá)到良好的控濾失效果。水泥顆粒表面復(fù)雜的帶電性，以及海水水泥漿中大量的金屬陽(yáng)離子都會(huì)影響降失水劑控濾失效果和分散能力。

為了能夠更好的提高海水水泥漿用固體降失水劑在水泥顆粒表面的吸附性和分散性，本發(fā)明通過(guò)同時(shí)引入陰離子官能團(tuán)和非離子官能團(tuán)以及梳形長(zhǎng)側(cè)鏈來(lái)達(dá)到相應(yīng)的目的。

近年來(lái)，對(duì)分散性降失水劑的研究取得了一定的進(jìn)展，但都有一些不足。鄒建龍等人合成的降失水劑bxf-200l雖然具有良好的控濾失效果和分散性但只適用于常規(guī)淡水水泥漿，在含鹽水泥漿中需復(fù)配分散劑使用。郭勝來(lái)等人采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)、馬來(lái)酸酐(ma)以及丙烯酰胺(am)合成的耐高溫分散型降失水劑控濾失效果以及分散性良好，但該降失水劑只用于淡水水泥漿而且具有緩凝副作用。j.plank等采用ahps、amps等單體合成的降失水劑在200℃高溫的淡水水泥漿中api值較低，流變值很小及分散性良好，但沒(méi)有對(duì)該降失水劑的抗鹽能力進(jìn)行考察，而且操作工藝較復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)按質(zhì)量依次將1.6-2份單體烯丙基聚乙二醇，1.2-4份羧酸類(lèi)單體溶于100-120份水中；

(2)將28-31.2份單體2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，5.8-6份丙烯酰胺類(lèi)單體加入步驟(1)獲得的溶液中，攪拌均勻；升溫至40-50℃，調(diào)節(jié)ph＝6-7,得到混合溶液；

(3)當(dāng)混合溶液的溫度升至60-65℃時(shí)，將引發(fā)劑水溶液加入到混合溶液中，所述引發(fā)劑的質(zhì)量為單體總質(zhì)量的0.7％-0.9％，將溫度調(diào)節(jié)至65-80℃，反應(yīng)2-4h,得到淡黃色粘稠狀液體；

(4)將淡黃色粘稠狀液體冷凍干燥，研磨或粉碎得到粉末狀海水水泥漿用分散型固體降失水劑。

優(yōu)選地，烯丙基聚乙二醇，羧酸類(lèi)單體，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺類(lèi)單體的質(zhì)量比為1.6:1.2:31.2:6。

優(yōu)選地，烯丙基聚乙二醇的數(shù)均分子量為600-2400。

優(yōu)選地，羧酸類(lèi)單體為馬來(lái)酸酐、丙烯酸或衣康酸。

優(yōu)選地，丙烯酰胺類(lèi)單體為n，n-二甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺。

優(yōu)選地，引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀或偶氮二異丁脒鹽酸鹽。

上述方法制備的一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明以水為溶劑，方法簡(jiǎn)單，成本低，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

(2)本發(fā)明的海水水泥漿用分散型固體降失水劑，能夠更好的封堵水泥孔隙，不會(huì)引起水泥漿體系增稠，適合作為油井水泥降失水劑使用。

(3)本發(fā)明通過(guò)引入陰離子官能團(tuán)磺酸基、羧酸基來(lái)增加降失水劑的吸附性能以及非離子官能團(tuán)聚氧乙烯基(c2h4o)n側(cè)鏈，該側(cè)鏈能夠傳遞靜電斥力和立體排斥，對(duì)水泥漿有較強(qiáng)的分散能力而且該基團(tuán)水化性較好，能夠提高降失水劑的控濾失效果和耐鹽性和非離子基團(tuán)酰胺基增強(qiáng)水泥漿的控濾失能力。

(4)本發(fā)明的固體降失水劑易于存儲(chǔ)，便于運(yùn)輸，降低成本。

(5)本發(fā)明的固體降失水劑能夠快速溶于水，易于拌漿。漿體沉降穩(wěn)定性很好，不易發(fā)生觸變，無(wú)緩凝副作用。

(6)本發(fā)明采用冷凍干燥技術(shù)來(lái)處理淡黃色粘稠狀液體，使得處理后的固體降失水劑在海水水泥漿中的應(yīng)用性能明顯優(yōu)于液體降失水劑。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑的紅外圖譜。

圖2為實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑的¹hnmr圖譜

圖3為實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑的熱重。

圖4為60℃下，實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑失水測(cè)試結(jié)果。

圖5為實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑的流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果。

圖6為加入實(shí)施例1的海水水泥漿用分散型固體降失水劑的海水水泥漿的120℃×45mpa條件下的稠化曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖6。

圖7為透射電鏡圖，其中a為液體降失水劑(實(shí)施例1步驟(3)獲得的淡黃色粘稠狀液體)的透射電鏡圖；b為實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑在海水中的透射電鏡圖，見(jiàn)圖7。

圖8粒徑圖，是液體降失水劑(實(shí)施例1步驟(3)獲得的淡黃色粘稠狀液體)和實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑在海水中的粒徑圖，見(jiàn)圖8。

上述實(shí)驗(yàn)中水灰比均為0.44.

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)依次將1.6g數(shù)均分子量為600的烯丙基聚乙二醇(apeg)，1.2g馬來(lái)酸酐(ma)溶于110g水中；

(2)將31.2g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)，6gn，n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)加入步驟(1)獲得的溶液中，攪拌均勻；升溫至45℃，用naoh水溶液調(diào)節(jié)ph＝6,得到混合溶液；

(3)當(dāng)混合溶液的溫度(反沖溫度)升至60-65℃時(shí)，將過(guò)硫酸銨水溶液加入到混合溶液中，所述過(guò)硫酸銨(aps)的質(zhì)量為單體總質(zhì)量的0.8％(0.32g)，將溫度調(diào)節(jié)至70℃，反應(yīng)2h,得到淡黃色粘稠狀液體(液體降失水劑)；

(4)將淡黃色粘稠狀液體冷凍干燥，研磨得到粉末狀海水水泥漿用分散型固體降失水劑。

實(shí)施例2

一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)依次將1.6g數(shù)均分子量為1200的烯丙基聚乙二醇(apeg)，1.2g丙烯酸(aa)溶于100g水中；

(2)將31.2g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)，6g丙烯酰胺加入步驟(1)獲得的溶液中，攪拌均勻；升溫至40℃，用naoh水溶液調(diào)節(jié)ph＝7,得到混合溶液；

(3)當(dāng)混合溶液的溫度(反沖溫度)升至60-65℃時(shí)，將過(guò)硫酸鉀水溶液加入到混合溶液中，過(guò)硫酸鉀的質(zhì)量為0.32g，為單體總質(zhì)量的0.8％，將溫度調(diào)節(jié)至65℃，反應(yīng)2h,得到淡黃色粘稠狀液體；

(4)將淡黃色粘稠狀液體冷凍干燥，粉碎得到粉末狀海水水泥漿用分散型固體降失水劑。

實(shí)施例3

一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)依次將1.8g數(shù)均分子量為2400的烯丙基聚乙二醇(apeg)，2.4g衣康酸(ia)溶于120g水中；

(2)將30g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)，5.8gn，n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)加入步驟(1)獲得的溶液中，攪拌均勻；升溫至50℃，用naoh水溶液調(diào)節(jié)ph＝7,得到混合溶液；

(3)當(dāng)混合溶液的溫度(反沖溫度)升至60-65℃時(shí)，將偶氮二異丁脒鹽酸鹽水溶液加入到混合溶液中，偶氮二異丁脒鹽酸鹽的質(zhì)量為0.28g，為單體總質(zhì)量的0.7％，將溫度調(diào)節(jié)至65℃，反應(yīng)3h,得到淡黃色粘稠狀液體；

(4)將淡黃色粘稠狀液體冷凍干燥，粉碎得到粉末狀海水水泥漿用分散型固體降失水劑。

實(shí)施例4

一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)依次將2g數(shù)均分子量為600的烯丙基聚乙二醇(apeg)，4g馬來(lái)酸酐(ma)溶于110g水中；

(2)將28g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)，6g丙烯酰胺加入步驟(1)獲得的溶液中，攪拌均勻；升溫至50℃，用naoh水溶液調(diào)節(jié)ph＝7,得到混合溶液；

(3)當(dāng)混合溶液的溫度(反沖溫度)升至60-65℃時(shí)，將過(guò)硫酸銨水溶液加入到混合溶液中，過(guò)硫酸銨的質(zhì)量為0.36g，為單體總質(zhì)量的0.9％，將溫度調(diào)節(jié)至80℃，反應(yīng)4h,得到淡黃色粘稠狀液體；

(4)將淡黃色粘稠狀液體冷凍干燥，粉碎得到粉末狀海水水泥漿用分散型固體降失水劑。

實(shí)施例5

實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑應(yīng)用性能測(cè)試

水泥漿的性能評(píng)價(jià)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)sy/t5504.2-2013油井水泥外加劑評(píng)價(jià)方法第2部分：降失水劑的方法進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

從圖1可以看出，四種單體均參與了聚合反應(yīng)，所以海水水泥漿用分散型固體降失水劑是功能單體amps、ma、dmaa、apeg的四元共聚物。

從圖2可以看出，四種單體均出現(xiàn)在分子鏈中。

從圖3可以看出，該海水水泥漿用分散型固體降失水劑在溫度低于300℃的范圍內(nèi)，沒(méi)有發(fā)生明顯的質(zhì)量損失，說(shuō)明在300℃內(nèi)，海水水泥漿用分散型固體降失水劑的主要官能團(tuán)沒(méi)有發(fā)生熱分解，因此該海水水泥漿用分散型固體降失水劑在300℃以?xún)?nèi)的高溫條件下具有良好的熱穩(wěn)定性。

從圖4可以看出，當(dāng)海水水泥漿用分散型固體降失水劑加量為3％時(shí)，api值已經(jīng)在50ml以?xún)?nèi)，說(shuō)明海水水泥漿用分散型固體降失水劑有良好的控濾失效果。(api:americanpetroleuminstitute)

從圖5可以看出，當(dāng)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的降失水劑時(shí)，海水水泥漿的流動(dòng)度相對(duì)于凈漿已增加了32％，說(shuō)明該降失水劑分散性很好。

從圖6的稠化曲線(xiàn)中可以看出，含有3％海水水泥漿用分散型固體降失水劑的海水水泥漿體系未出現(xiàn)“鼓包”、“包芯”現(xiàn)象初始稠度約為15bc，過(guò)渡時(shí)間較短約為3min，由于純水泥漿的稠化時(shí)間約為90min，說(shuō)明該海水水泥漿用分散型固體降失水劑沒(méi)有緩凝副作用。

表1含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％液體降失水劑與固體降失水劑的失水和流變測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，在海水水泥將中，當(dāng)加入單體固含量相同的固體降失水劑和液體降失水劑后，固體降失水劑能夠?qū)⑹刂圃?0ml以?xún)?nèi)，液體降失水劑控不住失水。

從圖7可以看出，在海水中，海水水泥漿用分散型固體降失水劑呈現(xiàn)樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，由于海水中的金屬鹽離子使得液體降失水劑團(tuán)聚，說(shuō)明海水水泥漿用分散型固體降失水劑耐鹽性能良好。

從圖8可以看出，在海水中，海水水泥漿用分散型固體降失水劑粒徑分布比較寬，而由于卷曲，液體降失水劑粒徑集中在較小的范圍內(nèi)。較寬的粒徑分布可以更好的封堵不同孔徑的水泥孔隙使得控失水效果顯著。

表2可以看出，在海水水泥漿中，當(dāng)加入單體固含量相同的海水水泥漿用分散型固體降失水劑和液體降失水劑后，海水水泥漿用分散型固體降失水劑能夠很好的吸附在水泥顆粒表面，海水中鹽離子與海水水泥漿用分散型固體降失水劑以及水泥顆粒結(jié)合，使得水泥顆粒之間的zeta電位為15.6mv正值，由于海水中鹽離子的團(tuán)聚液體降失水劑使得吸附作用減弱，水泥顆粒之間的zeta呈負(fù)值，進(jìn)一步說(shuō)明海水水泥漿用分散型固體降失水劑在海水水泥漿中控失水效果良好。

表2液體降失水劑(實(shí)施例1步驟(3)獲得的淡黃色粘稠狀液體)和實(shí)施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑在海水中的zeta電位

實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)施例2～4制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑應(yīng)用性能測(cè)試與實(shí)施例1相似。