[发明专利]一种油井水泥浆宽温带恒流变调节剂及制备方法和应用

说明书

本发明属于油气井固井及油田化学领域，具体涉及一种油井水泥浆用宽温带恒流变调节剂及其制备方法和应用。所述调节剂是由丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸和甲基丙烯酸十八酯为共聚单体，通过胶束聚合法得到的共聚物，其中以质量比计，共聚单体丙烯酰胺：2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸：甲基丙烯酸十八酯＝3:1:0.5‑1。在油井水泥浆中加入所述恒流变调节剂，由于调节剂分子链上的疏水基团在高温下因疏水作用而发生聚集，使大分子链产生分子内和分子间缔合，克服油井水泥浆在高温下变稀，因此能够能良好的稳定油井水泥浆在海底低温‑井下高温‑浅层低温交替过程中的流变性能，从而实现油井水泥浆在宽温带范围内恒流变效果。

技术领域

本发明属于油气井固井及油田化学领域，具体涉及一种油井水泥浆用宽温带恒流变调节剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着石油工业的不断发展，石油和天然气资源的勘测与开采逐步扩大。石油开采向深井、超深井以及海洋石油等方向发展，开采难度越来越大，给固井施工带来了巨大的挑战。尤其是在深水固井，海底温度较低，部分区域可低至2℃，而储层温度高达90℃，油井水泥浆经历海底低温-井下高温-浅层低温的较大温差交替变化，导致其流变性大幅变化，给固井施工带来了许多问题。其中最主要的问题是高温使水泥浆粘度变低，导致水泥浆沉降稳定性变差。固相颗粒沉积导致凝固后的水泥石密度不均匀，极容易形成地层流体的窜流通道，致使水泥环封固失效，导致海底冒油气，直接威胁海洋油气安全生产及海洋生态环境。

目前，保持油井水泥浆恒流变的研究很少。为了保证水泥浆在较宽的温度范围内保证恒流变，需要在水泥浆中加入一种热增粘聚合物。中国专利CN105111368A中发明了一种热增稠耐高温高盐液流转向剂，它的表观粘度在60℃～90℃范围内随温度变化较小，但是超过90℃后开始降低，不能够在油井水泥4℃～90℃范围内实现油井水泥浆恒流变。中国专利CN106715512A中发明了热增稠树脂水溶液，它的粘度在25℃～40℃范围内随温度升高而增加，但是在40℃～70℃范围内粘度随温度变化不大，不能够在油井水泥4℃～90℃范围内实现油井水泥浆恒流变。中国专利CN102464781A中发明了热增稠聚合物，但是未提及在油井水泥浆中的应用。《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》(第49卷第6期第597-602页)期刊文章“温敏增稠固井水泥外加剂的合成与性能研究”开发了一种温敏增稠固井水泥浆外加剂，但是这种外加剂不能实现水泥浆恒流变特性；《应用化工》(第37卷第9期第1025-1028页)期刊文章“AM/AMPS/SMA三元共聚物的合成及其性能研究”开发了三元疏水缔合共聚物，成都理工大学的硕士学位论文《AM/SMA/SSS疏水缔合聚合物的合成及性能研究》开发了新型疏水缔合聚合物，但是它们的粘度均随温度的升高而降低，不能够实现油井水泥浆恒流变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油井水泥浆宽温带恒流变调节剂及其制备方法和应用。

本发明所述的油井水泥浆用宽温带恒流变调节剂，以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸十八酯为共聚单体，以非离子反应型乳化剂为乳化剂，加入引发剂，采用胶束聚合法制得。

本发明中，丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为亲水单体，作为聚合物主链；甲基丙烯酸十八酯为长链烷基的疏水单体，在聚合物主链上引入带油长链烷基的疏水基团，使合成的共聚物在高温下发生疏水缔合作用，实现聚合物溶液热增粘的效果。所采用单体不可用其他单体代替。非离子乳化剂ER-20是因为分子上有碳碳双键，能够参与共聚反应，避免在反应结束后去除乳化剂的过程，减少乳化剂对合成产物性能的影响。

由于疏水单体甲基丙烯酸十八酯不能溶于水中，在不加乳化剂的情况下不能在水中分散，因此加入反应型乳化剂可以使疏水单体在水中形成胶束，能够与亲水单体丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸发生共聚反应，在聚合物主链上引入疏水集团，使合成的共聚物在高温下发生疏水缔合作用，实现聚合物溶液热增粘的效果。