一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑及制備方法與流程

本發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：

在石油可采、易采量逐漸降低的情況下，油田勘探開發已向海洋以及深井方面發展。由于海水中的某些金屬陽離子會降低水泥漿的流動性，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底層壓力，深井長封固段固井，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。而常規的降失水劑還會使水泥漿增稠，影響水泥漿的泵送，所以一般的降失水劑需要復配分散劑使用，來改善水泥漿增稠現象，并且分散劑加量的范圍一般很窄，這樣做不但會增加油田開采的成本，還會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、陽離子型和陰離子型降失水劑。j.plank等人研究表明陽離子型降失水劑只有復配分散劑才能達到良好的控濾失效果。水泥顆粒表面復雜的帶電性，以及海水水泥漿中大量的金屬陽離子都會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，本發明通過同時引入陰離子官能團和非離子官能團以及梳形長側鏈來達到相應的目的。

近年來，對分散性降失水劑的研究取得了一定的進展，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淡水水泥漿，在含鹽水泥漿中需復配分散劑使用。郭勝來等人采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)、馬來酸酐(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，但沒有對該降失水劑的抗鹽能力進行考察，而且操作工藝較復雜。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種海水水泥漿用分散型固體降失水劑。

本發明的第二個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。

本發明的技術方案概述如下：

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)按質量依次將1.6-2份單體烯丙基聚乙二醇，1.2-4份羧酸類單體溶于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份丙烯酰胺類單體加入步驟(1)獲得的溶液中，攪拌均勻；升溫至40-50℃，調節ph＝6-7,得到混合溶液；

(3)當混合溶液的溫度升至60-65℃時，將引發劑水溶液加入到混合溶液中，所述引發劑的質量為單體總質量的0.7％-0.9％，將溫度調節至65-80℃，反應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。

優選地，烯丙基聚乙二醇，羧酸類單體，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺類單體的質量比為1.6:1.2:31.2:6。

優選地，烯丙基聚乙二醇的數均分子量為600-2400。

優選地，羧酸類單體為馬來酸酐、丙烯酸或衣康酸。

優選地，丙烯酰胺類單體為n，n-二甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺。

優選地，引發劑為過硫酸銨、過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。

本發明的優點：

(1)本發明以水為溶劑，方法簡單，成本低，易實現工業化生產。

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

(4)本發明的固體降失水劑易于存儲，便于運輸，降低成本。

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

(6)本發明采用冷凍干燥技術來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用性能明顯優于液體降失水劑。

附圖說明

圖1為實施例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，實施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑失水測試結果。

圖5為實施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑的流動度測試結果。

圖6為加入實施例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條件下的稠化曲線圖，見圖6。

圖7為透射電鏡圖，其中a為液體降失水劑(實施例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，見圖7。

圖8粒徑圖，是液體降失水劑(實施例1步驟(3)獲得的淡黃色粘稠狀液體)和實施例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，見圖8。

上述實驗中水灰比均為0.44.

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。

實施例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數均分子量為600的烯丙基聚乙二醇(apeg)，1.2g馬來酸酐(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水溶液調節ph＝6,得到混合溶液；

(3)當混合溶液的溫度(反沖溫度)升至60-65℃時，將過硫酸銨水溶液加入到混合溶液中，所述過硫酸銨(aps)的質量為單體總質量的0.8％(0.32g)，將溫度調節至70℃，反應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水溶液調節ph＝7,得到混合溶液；

(3)當混合溶液的溫度(反沖溫度)升至60-65℃時，將過硫酸鉀水溶液加入到混合溶液中，過硫酸鉀的質量為0.32g，為單體總質量的0.8％，將溫度調節至65℃，反應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水溶液調節ph＝7,得到混合溶液；

(3)當混合溶液的溫度(反沖溫度)升至60-65℃時，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量為0.28g，為單體總質量的0.7％，將溫度調節至65℃，反應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數均分子量為600的烯丙基聚乙二醇(apeg)，4g馬來酸酐(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水溶液調節ph＝7,得到混合溶液；

(3)當混合溶液的溫度(反沖溫度)升至60-65℃時，將過硫酸銨水溶液加入到混合溶液中，過硫酸銨的質量為0.36g，為單體總質量的0.9％，將溫度調節至80℃，反應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。

實施例5

實施例1制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑應用性能測試

水泥漿的性能評價按照國家標準sy/t5504.2-2013油井水泥外加劑評價方法第2部分：降失水劑的方法進行相關實驗。

從圖1可以看出，四種單體均參與了聚合反應，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，沒有發生明顯的質量損失，說明在300℃內，海水水泥漿用分散型固體降失水劑的主要官能團沒有發生熱分解，因此該海水水泥漿用分散型固體降失水劑在300℃以內的高溫條件下具有良好的熱穩定性。

從圖4可以看出，當海水水泥漿用分散型固體降失水劑加量為3％時，api值已經在50ml以內，說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，當加入質量分數為3％的降失水劑時，海水水泥漿的流動度相對于凈漿已增加了32％，說明該降失水劑分散性很好。

從圖6的稠化曲線中可以看出，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“鼓包”、“包芯”現象初始稠度約為15bc，過渡時間較短約為3min，由于純水泥漿的稠化時間約為90min，說明該海水水泥漿用分散型固體降失水劑沒有緩凝副作用。

表1含有質量分數為3％液體降失水劑與固體降失水劑的失水和流變測試結果

從表1可以看出，在海水水泥將中，當加入單體固含量相同的固體降失水劑和液體降失水劑后，固體降失水劑能夠將失水控制在50ml以內，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樹枝狀結構，由于海水中的金屬鹽離子使得液體降失水劑團聚，說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。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呈負值，進一步說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(實施例1步驟(3)獲得的淡黃色粘稠狀液體)和實施例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

實驗證明，實施例2～4制備的海水水泥漿用分散型固體降失水劑應用性能測試與實施例1相似。