一种油井水泥用抗分散絮凝剂的制备方法与流程

本申请涉及油田开发领域，尤其涉及一种油井水泥用抗分散絮凝剂的制备方法。

背景技术：

近年来，国内外对于抗分散絮凝剂的报道大多集中于混凝土体系，在油井水泥中的研究极为少见。德国和日本早在1974和1978年率先研制出了水下不分散混凝土，我国于1986年由中国石油工程技术研究院研制出了丙烯系抗分散絮凝剂。水下不分散混凝土的组成材料中加入了絮凝剂，使其拌合物成为一种在水中不分散、不离析、水泥不流失、能自流平和自密实的新型建筑材料，并在海底管线敷设、管线跨越工程、沼泽地基础、抢险“双快”混凝土、油田以及水利工程等诸多方面都得到广泛应用。

目前混凝土抗分散絮凝剂主要有水溶性纤维素醚类和水溶性丙烯酸类的聚合物。中国石油工程技术研究院研发生产了缓凝型、普通型、早强型、双快型、注浆性以及高性能型的六种UWB系列抗分散絮凝剂。交通部第二航务工程局科研所制成的PN剂量，也同样属于聚丙烯酰胺类的水下抗分散絮凝剂。南京水利科学研究院也成功开发了NNDC-2型水下抗分散絮凝剂。

石油研究所近些年还致力于高分子絮凝剂的改性，包括絮凝剂聚合物分子量的改变，分子结构中支链嫁接和转移、合成方法的改变、单体含量的调整等，从而制备出新型的满足混凝土材料使用性能的接枝聚合物。此种聚合物可以极大的改变混凝土拌合物组粗分散体系中的颗粒的表面电位、降低了离子间的排斥是能，增加了颗粒间的吸引能，取得了良好的技术经济效果。在欧洲国家还出现了一种被成为威兰树脂的水溶性生物多糖类聚合物作为絮凝剂，效果同样好。

用抗分散絮凝剂配置的水下不分散混凝土具有以下特点：1、抗分散性。可在不排水的条件下施工，及时受到水的冲刷作用仍具有优良的抗分散性；2、优良的流动性。富有粘稠性，又富于塑性，灌入水下后能自流平、自密实。3、保水性。基本不会出现泌水现象。4、凝结特性。使用缓凝剂可控制凝结时间。5、无污染。由于水下不分散混凝土具有良好的抗水洗能力，因此水泥很少流失，不污染施工水域，为环保型产品，并且丙烯系列絮凝剂为无毒产品，可用于一切水下工程。水下不分散混凝土的这些特性在油井水泥中也显得尤为重要，尤其是抗分散性，对于解决固井作业中存在的水侵、水窜极为有利，但目前国内并未见到油井水泥研究使用抗分散絮凝剂的相关报道。由于油井水泥的使用环境较之混凝土更为苛刻，经常面临高温高压等较为复杂的地下环境，此外对于水泥的滤失性、流变性、稠化时间以及抗压强度等各方面也都有着更高的要求，因此有必要研究出一种适用于井下作业抗分散絮凝剂。

技术实现要素：

本发明了提供了一种油井水泥用抗分散絮凝剂的制备方法，以解决目前的抗分散絮凝剂无法满足油井水泥的需求的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种油井水泥用抗分散絮凝剂的制备方法，所述方法包括：

采用自由基聚合的方法，以水为溶剂，以偶氮二异丁脒盐酸盐和过硫酸铵为引发剂，以乙二胺四乙酸二钠为金属离子络合剂，以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基磺酸钠、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和N-乙烯基吡咯烷酮为单体在预设温度范围下共聚反应得到抗分散絮凝剂。

优选的，所述采用自由基聚合的方法，以水为溶剂，以偶氮二异丁脒盐酸盐和过硫酸铵为引发剂，以乙二胺四乙酸二钠为金属离子络合剂，以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基磺酸钠、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和N-乙烯基吡咯烷酮为单体在预设温度范围下共聚反应得到抗分散絮凝剂，包括：

步骤1：向水中加入单体丙烯酰胺，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述单体丙烯酰胺投料比为单体总质量的5～15wt％；

步骤2：向步骤1制得的体系加入单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸投料比为单体总质量的1～10wt％；

步骤3：向步骤2制得的体系加入单体乙烯基三甲氧基硅烷，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述单体乙烯基三甲氧基硅烷投料比为单体总质量的0～2wt％；

步骤4：向步骤3制得的体系加入单体乙烯基磺酸钠，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述单体乙烯基磺酸钠投料比为单体总质量的0～5wt％；

步骤5：向步骤4制得的体系加入单体N,N-二甲基丙烯酰胺，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述单体N,N-二甲基丙烯酰胺投料比为单体总质量的30～60wt％；

步骤6：向步骤5制得的体系加入单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵投料比为单体总质量的5～15wt％；

步骤7：向步骤6制得的体系加入单体二甲基二烯丙基氯化铵，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述单体二甲基二烯丙基氯化铵投料比为单体总质量的5～15wt％；

步骤8：向步骤7制得的体系加入单体N-乙烯基吡咯烷酮，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述单体N-乙烯基吡咯烷酮钠投料比为单体总质量的0～30wt％；

步骤9：向步骤8制得的体系加入所述乙二胺四乙酸二钠，25℃-35℃下搅拌至溶解，所述乙二胺四乙酸二钠投料比为单体总质量的0～1wt％；

步骤10：向步骤9制得的体系加入引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌溶解后置于50℃-70℃的恒温水浴中，搅拌20-40分钟，相对于单体总质量，所述过偶氮二异丁脒盐酸盐加入量为0.10～1％；

步骤11：向步骤10制得的体系加入引发剂过硫酸铵，搅拌溶解后置于50℃-70℃的恒温水浴中，搅拌20-40分钟，相对于单体总质量，所述过硫酸铵加入量为0.10～1％；

步骤12：将步骤11制得的体系在40～95℃反应2～4h，得到半透明凝胶状的抗分散絮凝剂。

优选的，所述预设温度范围是：40℃-95℃。

优选的，所述单体丙烯酰胺投料比为单体总质量的7～10wt％；

所述单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸投料比为单体总质量的5～8wt％；所述单体乙烯基三甲氧基硅烷投料比为单体总质量的0.5～1.5wt％；

所述单体乙烯基磺酸钠投料比为单体总质量的2～4wt％；

所述单体N,N-二甲基丙烯酰胺投料比为单体总质量的40～50wt％。

优选的，所述单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵投料比为单体总质量的7～13wt％。

优选的，所述单体二甲基二烯丙基氯化铵投料比为单体总质量的7～13wt％。

优选的，所述单体N-乙烯基吡咯烷酮钠投料比为单体总质量的10～20wt％。

优选的，所述乙二胺四乙酸二钠投料比为单体总质量的0.2～0.5wt％。

优选的，所述引发剂过偶氮二异丁脒盐酸盐加入量为0.35％。

优选的，所述引发剂过硫酸铵加入量为0.25％。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种油井水泥用抗分散絮凝剂的制备方法，采用自由基聚合的方法，以水为溶剂，以偶氮二异丁脒盐酸盐和过硫酸铵为引发剂，以乙二胺四乙酸二钠为金属离子络合剂，以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基磺酸钠、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和N-乙烯基吡咯烷酮为单体在预设温度范围下共聚反应得到抗分散絮凝剂，使得抗分散絮凝剂具有较好的絮凝作用，可使水泥浆在80℃水中不离析不分散，具有良好的降失水作用，合成的抗分散絮凝剂在水泥浆体系中不破坏强度、不缓凝，使用安全，易于生产。

附图说明

图1为本发明实施例中一种油井水泥用抗分散絮凝剂的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述；

本发明提供一种油井水泥用抗分散絮凝剂的制备方法。采用自由基聚合的方式得到了一种抗分散絮凝剂，该絮凝剂为两性高分子絮凝剂，高分子链上同时含有正、负两种电荷基团，不仅有电性中和、吸附桥联作用，而且具有分子间的缠绕包裹作用。此外，带有磺酸基团的多种单体被引入，使得聚合物具有较好的耐盐抗温性能。加入该抗分散絮凝剂的水泥浆体系，其固相颗粒在抗分散絮凝剂的缠联作用下能够抵御外来水的冲击，可在80℃水中不离析不分散，抗水冲刷能力明显强于普通水泥浆体系。

本发明技术方案如下：

一种油井水泥用抗分散絮凝剂的制备方法，采用自由基聚合的方法，以水为溶剂，以偶氮二异丁脒盐酸盐和过硫酸铵为引发剂，以乙二胺四乙酸二钠为金属离子络合剂，以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基磺酸钠、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵和N-乙烯基吡咯烷酮为单体在预设温度范围下共聚反应得到抗分散絮凝剂。预设温度范围具体为40℃-95℃，优选为45℃、50℃、65℃等等。

步骤如下：

步骤1，向水中加入单体丙烯酰胺，25℃-35℃下搅拌至溶解，单体丙烯酰胺投料比为单体总质量的5～15wt％，优选投料比为7～10wt％。

步骤2，向步骤1制得的体系加入单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，25℃-35℃下搅拌至溶解，单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸投料比为单体总质量的1～10wt％，优选投料比为5～8wt％。

步骤3，向步骤2制得的体系加入单体乙烯基三甲氧基硅烷，25℃-35℃下搅拌至溶解，25℃-35℃下搅拌至溶解，单体乙烯基三甲氧基硅烷投料比为单体总质量的0～2wt％，优选投料比为0.5～1.5wt％。

步骤4，向步骤3制得的体系加入单体乙烯基磺酸钠，25℃-35℃下搅拌至溶解，25℃-35℃下搅拌至溶解，单体乙烯基磺酸钠投料比为单体总质量的0～5wt％，优选投料比为2～4wt％。

步骤5，向步骤4制得的体系加入单体N,N-二甲基丙烯酰胺，25℃-35℃下搅拌至溶解，25℃-35℃下搅拌至溶解，单体N,N-二甲基丙烯酰胺投料比为单体总质量的30～60wt％，优选投料比为40～50wt％。

步骤6，向步骤5制得的体系加入单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，25℃-35℃下搅拌至溶解，25℃-35℃下搅拌至溶解，单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵投料比为单体总质量的5～15wt％，优选投料比为7～13wt％。

步骤7，向步骤6制得的体系加入单体二甲基二烯丙基氯化铵，25℃-35℃下搅拌至溶解，25℃-35℃下搅拌至溶解，单体二甲基二烯丙基氯化铵投料比为单体总质量的5～15wt％，优选投料比为7～13wt％。

步骤8，向步骤7制得的体系加入单体N-乙烯基吡咯烷酮，25℃-35℃下搅拌至溶解，25℃-35℃下搅拌至溶解，单体N-乙烯基吡咯烷酮钠投料比为单体总质量的0～30wt％，优选投料比为10～20wt％。

步骤9，向步骤8制得的体系加入乙二胺四乙酸二钠，25℃-35℃下搅拌至溶解，25℃-35℃下搅拌至溶解，乙二胺四乙酸二钠投料比为单体总质量的0～1wt％，优选投料比为0.2～0.5wt％。

步骤10，向步骤9制得的体系加入引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐，搅拌溶解后置于50℃-70℃的恒温水浴中，搅拌20-40分钟，相对于单体总质量，过偶氮二异丁脒盐酸盐加入量为0.10～1％，最佳用量为0.35％。恒温水浴的优选温度为60℃。

步骤11，向步骤10制得的体系加入引发剂过硫酸铵，搅拌溶解后置于50℃-70℃的恒温水浴中，搅拌20-40分钟，相对于单体总质量，过硫酸铵加入量为0.10～1％，最佳用量为0.25％。恒温水浴的优选温度为60℃。

步骤12，将步骤11制得的体系在40～95℃反应2～4h，得半透明凝胶，即为抗分散絮凝剂。

下面结合具体的实施例作进一步的说明，实施例仅用于更好的理解本发明，不作为对本发明可实施范围的限定；以下组成按重量份计。

实施例1

量取240ml水中加入1000ml的塑料量杯中，加入15g丙烯酰胺、12g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2.2g乙烯基三甲氧基硅烷、5g乙烯基磺酸钠、80g N,N-二甲基丙烯酰胺、15g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、20g二甲基二烯丙基氯化铵、17g N-乙烯基吡咯烷酮和1g乙二胺四乙酸二钠，在25℃-35℃下搅拌至完全溶解，搅拌溶解后将量杯置恒温水浴中，而后将水浴温度升至70℃，当量杯中溶液温度达到40℃时，将1g过硫酸铵溶液加入上述混合物中搅拌均匀，再加入1g偶氮二异丁脒盐酸盐溶液，反应4小时。

实施例2

量取240ml水中加入1000ml的塑料量杯中，然后分别加入17g丙烯酰胺、12g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2g乙烯基三甲氧基硅烷、5g乙烯基磺酸钠、80g N,N-二甲基丙烯酰胺、15g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、18g二甲基二烯丙基氯化铵、18g N-乙烯基吡咯烷酮和1g乙二胺四乙酸二钠，在25℃-35℃下搅拌至完全溶解，搅拌溶解后将量杯置恒温水浴中，而后将水浴温度升至70℃，当量杯中溶液温度达到40℃时，将1g过硫酸铵溶液加入上述混合物中搅拌均匀，再加入1g偶氮二异丁脒盐酸盐溶液，反应4小时。

实施例3

量取240ml水中加入1000ml的塑料量杯中，加入18g丙烯酰胺、13g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2.5g乙烯基三甲氧基硅烷、6g乙烯基磺酸钠、82g N,N-二甲基丙烯酰胺、14g丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、18g二甲基二烯丙基氯化铵、17g N-乙烯基吡咯烷酮和1g乙二胺四乙酸二钠，在25℃-35℃下搅拌至完全溶解，搅拌溶解后将量杯置恒温水浴中，而后将水浴温度升至70℃，当量杯中溶液温度达到40℃时，将1g过硫酸铵溶液加入上述混合物中搅拌均匀，再加入1g偶氮二异丁脒盐酸盐溶液，反应4小时。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

1.合成的抗分散絮凝剂在具有较好的絮凝作用，可使水泥浆在80℃水中不离析不分散。

2.合成的抗分散絮凝剂具有良好的降失水作用。

2.合成的抗分散絮凝剂在水泥浆体系中不破坏强度。

3.合成的抗分散絮凝剂在水泥浆体系中不缓凝。

4.基本不影响水泥浆施工性能，保证施工安全。

5.原料易得，成本低廉，合成简单，产率高，使用安全，储存方便。

6.应条件温和，产品后处理简单。

上述诸多特点表明，本发明适于工业化生产，并且有广泛的应用前景。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改；所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改；

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围；这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。