[发明专利]一种不起泡油井水泥胶乳降失水剂及制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 202110972126.5 申请日: 2021-08-24
公开(公告)号: CN113416277B 公开(公告)日: 2021-11-12
发明(设计)人: 郭胜来;步玉环;柳华杰;李丝禾;郭辛阳 申请(专利权)人: 中国石油大学(华东)
主分类号: C08F220/58 分类号: C08F220/58;C08F212/08;C08F220/18;C09K8/487;C04B24/16
代理公司: 济南克雷姆专利代理事务所(普通合伙) 37279 代理人: 杨婷
地址: 257061 山东省东营市*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 起泡 油井 水泥 胶乳 失水 制备 方法 应用
【说明书】:

发明属于油气井固井及油田化学领域,具体涉及一种不起泡油井水泥胶乳降失水剂的制备方法和应用。该降失水剂是由2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙烷磺酸钠、苯乙烯和丙烯酸丁酯为共聚单体,通过无皂乳液聚合法得到的共聚物,其中以质量比计,共聚单体2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙烷磺酸钠:苯乙烯:丙烯酸丁酯=(3.8~6):5:4。本发明所述的油井水泥浆用不起泡油井水泥胶乳降失水剂具有良好的抗温抗盐效果,加入常规水泥浆、触变性水泥浆和磷铝酸盐水泥浆中具有良好的降失水效果,并且该发明与油井水泥常用外加剂复配使用效果良好,对稠化时间、抗压强度、流变性等均有改善作用。

技术领域

本发明属于油气井固井及油田化学领域,具体涉及一种不起泡油井水泥胶乳降失水剂及制备方法和应用。

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。复杂井况下,如何确保固井的施工安全、提高固井质量和保障层间有效封隔,已成为固井水泥浆技术面临的关键技术难题,同时也对固井外加剂提出了更高要求。降失水剂作为三大主剂之一,主要用于控制水泥浆的失水量,避免因水泥浆中的自由水大量渗入地层而造成水泥浆失水,进而密度变大难以泵送,最终导致固井失败。

目前油井水泥用降失水剂可分为两大类,水溶性降失水剂和颗粒类降失水剂,水溶性降失水剂又可分为天然高分子类和合成高分子类,颗粒类降失水剂可分为无机颗粒和胶乳。其中水溶性降失水剂由于是长分子链聚合物,且主要是通过在水泥颗粒表面吸附来减少水泥浆的失水,与同样是通过在水泥颗粒表面吸附起到缓凝作用的缓凝剂和分散剂往往存在配伍性问题,常用的水泥浆触变剂黄原胶等在加入含有该类降失水剂的水泥浆中后会与降失水剂互相缠绕干扰降失水剂的作用削弱降失水剂的降失水效果。颗粒降失水剂通过物理堵塞控制失水,与其它类型的水泥外加剂配伍性较好。但是无机颗粒降失水剂无法在挤压下变形,降失水效果有限。胶乳类降失水剂控制滤失能力效果较好,常用的包括丁苯胶乳和苯丙胶乳,但传统的胶乳在制备过程中为了防止胶乳聚并提高胶乳的稳定性,需要在胶乳体系中加入大量的稳定剂,而稳定剂也是起泡剂,导致水泥浆加入胶乳后会产生大量的气泡,且难以消除,影响现场水泥浆密度的准确测定,为此制备形成一种不起泡的固井水泥用胶乳降失水剂意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不起泡油井水泥胶乳降失水剂。本发明的另一个目的是将本发明合成的不起泡油井水泥胶乳降失水剂应用于不同种类的水泥浆体系中,并与常用的油井水泥外加剂相适配。

本发明所述的不起泡油井水泥胶乳降失水剂,以苯乙烯、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠为共聚单体,过硫酸钾和亚硫酸氢钠氧化还原引发体系为引发剂,采用无皂乳液聚合法制得。其中以质量比计,共聚单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠:苯乙烯:丙烯酸丁酯=(3.8~6):5:4。

本发明中,苯乙烯为硬单体,增加聚合物的分子链刚性;丙烯酸丁酯为软单体,增加聚合物的分子链弹性;2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠为功能性单体,代替乳化剂参与共聚反应,提高聚合物的抗温抗盐性能。所采用的单体不可用其他单体代替。

根据本发明实施例的不起泡油井水泥胶乳降失水剂的制备方法还可以具有以下附加技术特征:

优选的,采用无皂乳液聚合法制备过程中,将共聚单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠完全溶解于蒸馏水中并调节pH,在加热搅拌的条件下加入共聚单体苯乙烯和丙烯酸丁酯,加入引发剂,进行聚合反应。

优选的,所述的共聚单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠、苯乙烯、丙烯酸丁酯质量比为(3.8~6):5:4,共聚单体加量为蒸馏水质量的30%~40%,引发剂加量为共聚单体质量和的1.5%~2%。

优选的,所述聚合反应过程中反应温度的范围是75℃~85℃,在400r/min转速下搅拌共聚单体0.5h,加入引发剂后继续搅拌2~4h,反应结束后得到产物胶乳。

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