本发明涉及水泥分散剂，具体说，是一种海水体系用油井水泥分散剂及其制备方法。
背景技术：
在海水固井作业时，由于海水中除了含有大量的氯化钠会使水泥浆产生促凝、变稠的现象，同时海水中存在的大量高价金属离子如Mg2+，Ca2+等，这些离子能降低水泥浆的流动性，使其黏度和切力上升，极大地影响水泥浆的流变性。因此常规水泥浆的性能完全不能满足固井作业的相关要求，而同时淡水库存量受空间和载荷的限制，往往无法满足大型固井作业要求。因此，如果能用海水配制水泥浆，将会给固井工程带来很大的经济效益。因此，研发一种能够适用于海水配浆施工环境，改善海水水泥浆体系流动性、减少施工压力的分散剂产品，不仅便于就地取材从根本上解决平台淡水库存问题，同时可节约大量淡水资源，降低固井成本。
目前，针对石油固井工程，已有多种类型分散剂产品，如木质素磺酸盐是固井工程最常用的分散剂，该类分散剂由于其中残存有一定的糖量，所以除具有分散作用外，还具有较强的缓凝作用，因此使用温度一般较低，不耐盐。酮醛类分散剂也是在固井工程中使用最广泛的分散剂，但该类分散剂在现场应用时粉体粉尘引起毒性大、水溶时易漂浮，不耐盐，因此，常规分散剂如果用于海水泥浆中，减阻分散效率下降，适用性差，并不能解决海水水泥浆的流动性问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用于海上固井工程中的海水体系用油井水泥分散剂及其制备方法，有效控制海水中高价金属离子对水泥浆流动性的影响，耐高温，使用掺量低。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种海水体系用油井水泥分散剂，分散剂是由A、B、C、D四种单体组分通过水溶液聚合而成的两性共聚物，按质量份数计，A组分50-60份，B组分10-18份,C组分5-12份，D组分15-20份，反应浓度为15-22％，为质量百分比浓度；
所述A组分为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐中的一种或它们的混合物；
所述B组分为丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或它们的混合物；
所述C组分为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或它们的混合物；
所述D组分为二甲基二烯丙基氯化铵。
优选，所述A组分为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，B组分为丙烯酰胺；C组分为丙烯酸。
聚合的链转移剂为异丙醇，聚合的引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐，聚合的终止剂为亚硫酸氢钠。
所述链转移剂用量为单体总质量的0.5％-1.0％,引发剂用量为单体总质量的1.5-2.0％，终止剂用量为单体总质量的1.0％-1.5％。
上述的海水体系用油井水泥分散剂的制备方法，包括以下步骤：向反应釜中依次投加A组分、B组分、D组分并补足水量，以60-70转/分钟速度搅拌使物料溶解均匀，升温至60-65℃，继续搅拌并通氮气30min，将C组及链转移剂投加反应釜，在搅拌下升温至70-75℃，逐滴滴入引发剂溶液，以60-70转/分钟速度恒温搅拌2h-3h后，加入终止剂，冷却至室温，逐滴滴加质量分数为30％的氢氧化钠溶液调节pH值至7，得到白色或淡黄色分散剂液体，经干燥粉碎后得到分散剂粉体。
本发明的有益效果是：本发明涉及的分散剂产品属两性共聚物，AMPS分子中含有磺酸基团，且具有良好的亲水性、抗硬水性和耐高温性，活泼的碳碳双键使其具有较高的活性，容易和单体发生共聚反应，DMDAAC分子中含有季胺基团，季胺基和酰胺基能与水泥颗粒表面的负电荷发生吸附，而磺酸基和羧基能与海水中的Ca2+、Mg2+等金属离子形成很好的配位作用，起到吸附和 清除作用。同单一官能团阴离子聚合物相比，它可在水泥颗粒表面形成稳固的吸附层，凭借空间位阻作用，可使水泥颗粒很好的分散在水中。同时，在反应中，通过添加异丙醇作为链转移剂可控制聚合物分子量及产品的粘度。本发明可以有效控制海水中高价金属离子对水泥浆流动性的影响，耐高温，使用掺量低，特别适用于海上固井工程，可就地取材海水配浆，降低固井工程成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明的海水体系用油井水泥分散剂，分散剂是由A、B、C、D四种单体组分通过水溶液聚合而成的两性共聚物，按质量份数计，A组分50-60份，B组分10-18份,C组分5-12份，D组分15-20份，链转移剂用量为单体总质量的0.5％-1.0％,引发剂用量为单体总质量的1.5-2.0％，终止剂用量为单体总质量的1.0％-1.5％，反应浓度为15-22％，为质量百分比浓度。
反应单体的配比及反应浓度直接影响聚合反应速率和产物性能，反应浓度过大，易发生暴聚或产物粘度过大，反之，过小则易造成反应速率低，产品有效浓度降低。
引发剂的用量影响单体转化率，引发剂用量过小时，单体不能完全反应，且聚合物分子量过大，将影响主链上重要基团发挥作用，分散性能不高。引发剂用量过大，聚合度低，聚合物分子量过小，水泥颗粒单位表面积就需要吸附更多的分散剂分子，即，需要较大掺量才能达到较好的分散效果，且引发剂用量过大也会使聚合体系的反应速度过快，容易引起爆沸，影响分散性能也增大应用成本。因此，引发剂最适用量为单体总质量的1.5-2.0％。
链转移剂的用量影响聚合物链长度及粘度，通过加入适量的链转移剂，协同控制聚合物分子量及粘度。
投料方式对聚合反应速率、单体转化率以及分子量大小等方面产生影响，本发明所采用的投料方式避免了聚合活性大的组分C发生自聚反应，使得反应体系中残留过多的其他单体，影响分散性能，同时，引发剂采用滴加的形 式，使得在自由基浓度稳定的条件下，聚合物分子量分布更窄。
制备方法：向反应釜中依次投加A组分、B组分、D组分并补足水量，以60-70转/分钟速度搅拌使物料溶解均匀，升温至60-65℃，继续搅拌并通氮气30min，将C组及链转移剂投加反应釜，在搅拌下升温至70-75℃，逐滴滴入引发剂溶液，约1.5h滴完，以60-70转/分钟速度恒温搅拌2h-3h后，加入终止剂，冷却至室温，逐滴滴加质量分数为30％的氢氧化钠溶液调节pH值至7，得到白色或淡黄色分散剂液体，经干燥粉碎后得到分散剂粉体。
所述A组分为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐中的一种或它们的混合物，更优选A组分为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)；
所述B组分为丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或它们的混合物，更优选B组分为丙烯酰胺(AM)；
所述C组分为丙烯酸、甲基丙烯酸的一种或它们的混合物，更优选C组分为丙烯酸(AA)；
所述D组分为二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)
所述聚合反应链转移剂为异丙醇。
所述聚合反应引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA·2HCL)，是一种水溶性偶氮类引发剂，具有较低的分解活化能，残留的引发剂不影响聚合物的稳定性，而工业生产中常用的过硫酸盐类，易发生诱导分解，且残留的过硫酸盐类引发剂遇到碱性水泥会分解释放气味，对应用有一定影响。
所述聚合反应终止剂为亚硫酸氢钠。
实施例1
样品1配方：60.0克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、15.0克丙烯酰胺(AM)、9.5克丙烯酸(AA)、15.5克二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、1.5克偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA·2HCL)、1.0克亚硫酸氢钠、0.5克异丙醇，396克水。
样品2配方：55.0克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、15.0克丙 烯酰胺(AM)、10.0克丙烯酸(AA)、20.0克二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、1.7克偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA·2HCL)、1.25克亚硫酸氢钠、0.7克异丙醇，396.35克水。
样品3配方：52.0克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、18.0克丙烯酰胺(AM)、12.0克丙烯酸(AA)、18.0克二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、1.85克偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA·2HCL)、1.15克亚硫酸氢钠、0.8克异丙醇，396.2克水。
制备方法：选择配方(1)或(2)或(3)其中一组，向反应釜中依次投加A组分、B组分、D组分并补足水量，以60-70转/分钟速度搅拌使物料溶解均匀，升温至60-65℃，继续搅拌并通氮气30min，将C组及链转移剂投加反应釜，在搅拌下升温至70-75℃，逐滴滴入引发剂溶液，约1.5h滴完，以60-70转/分钟速度恒温搅拌2h-3h后，加入终止剂，冷却至室温，逐滴滴加质量分数为30％的氢氧化钠溶液调节pH值至7，得到无色透明分散剂液体，经干燥粉碎后得到分散剂粉体。
本发明的分散剂产品各项指标完全符合中华人民共和国石油天然气行业标准“油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂”的各项指标要求。实验中原料成分全部来源于市售。
实施例2
按照中华人民共和国国家标准GB/T 19139-2012“油井水泥试验方法”第五章要求的方法制备海水水泥浆。
海水水泥浆基本组成：G级水泥580g；硅粉174g；微硅29g；缓凝剂5.0g，海水与水泥干灰质量比为0.36。
(1)应用本发明油井水泥分散剂海水水泥浆的流变性能评价
按照中华人民共和国国家标准GB/T 19139-2012“油井水泥试验方法”第十二章要求的方法步骤，将配成的含有不同添加量本发明分散剂(实施例配方(1))的上述海水水泥浆在常压稠化仪中由27±1℃逐渐升温到85℃再持续搅拌30min，然后立即倒入六速旋转黏度计样品杯中至刻度线，测试浆 体的流变参数值。结果见表1。
表1本发明分散剂对海水水泥浆流变性能的影响
结论：应用本发明分散剂在掺量为G级水泥质量的1.5％时具有理想的流变性能，可以有效控制高价金属离子如Mg2+，Ca2+等对水泥浆流动性的影响，使用掺量低，特别适用于海上固井工程，海水配浆，就地取材，降低固井工程成本。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。