一种硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法与流程

文档序号:11107849阅读:982来源:国知局
本发明涉及油气井固井领域,特别涉及一种硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法。
背景技术
:油气井固井施工常用的硅酸盐水泥性能可满足一般固井施工的需要,但由于其低温水化速度和早期强度发展慢等原因,使其不能满足如浅层地表固井、稠油热采等特殊油气固井的使用要求。近年来,我国对硫铝酸盐水泥的研究和生产有了很大进展,它具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐蚀、低碱等突出优点,显示出十分乐观的发展前景。硫铝酸盐水泥浆体系也逐渐被油气井固井界认可。由于硫铝酸盐水泥即使在低温下也有很快的水化速度,为了保证固井施工安全和改善固井质量,需要严格控制硫铝酸盐水泥浆的稠化时间和失水量,但常用的油井水泥(硅酸盐水泥)降失水剂在该体系中浆体很稀,对施工配浆造成一定风险,水泥浆稳定性很差,密度不易控制,因此需要研制一种专门用于硫铝酸盐水泥的降失水剂。技术实现要素:有鉴于此,本发明在于提供一种在硫铝酸盐水泥浆中稳定性很好,同时可有效控制水泥浆失水量,水泥浆稠化时间容易调整的硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法。本发明是通过如下技术方案实现的:一种硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法,包括如下步骤:(1)纳米材料的改性聚合,得到改性纳米材料;(2)改性纳米材料与单体的水溶液聚合。上述硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法方法,在步骤(1)中,纳米材料为纳米二氧化硅溶液,改性聚合包括如下步骤:(1-1)将硅烷偶联剂滴加到纳米二氧化硅溶液中搅拌混合形成硅烷偶联剂/硅溶胶混合体系,继续搅拌后,得到初始的硅烷偶联剂改性硅溶胶溶液;(1-2)将初始的硅烷偶联剂改性硅溶胶,用氢氧化钠溶液调节PH值在9~10,制得硅烷偶联剂改性硅溶胶,即为改性纳米材料。上述硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法方法,在步骤(1-1)中:硅烷偶联剂在纳米二氧化硅溶液中加量为纳米二氧化硅溶液质量的0.5~1wt%。上述硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法方法,在步骤(1-1)中:在纳米二氧化硅溶液中,纳米二氧化硅的质量分数是29-30wt%。上述硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法方法,在步骤(1-2)中:氢氧化钠溶液的浓度为40wt%。上述硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法方法,在步骤(2)中:单体由AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、AM(丙烯酰胺)、NVP(N-乙烯基吡咯烷酮)、富马酸和AA(丙烯酸)组成。上述硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法方法,在步骤(2)中:各单体与改性纳米材料的质量之比为:AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸):AM(丙烯酰胺):NVP(N-乙烯基吡咯烷酮):富马酸:AA(丙烯酸):改性纳米材料=0.4-0.6:1.3-1.5:0.1-0.4:0.1:0.3-0.5:(5~6)。上述硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法方法,在步骤(2)中,改性纳米材料与单体的水溶液聚合包括如下步骤:(2-1)在搅拌的条件下,向反应容器内依次投入蒸馏水、AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、AM(丙烯酰胺)、富马酸、NVP(N-乙烯基吡咯烷酮)和AA(丙烯酸),配置成单体质量分数为25wt%~35wt%的单体溶液;(2-2)用氢氧化钠质量分数为40wt%的氢氧化钠溶液,调节单体溶液的pH值为5~6;(2-3)投入硅烷偶联剂改性硅溶胶溶液升温物料至50~60℃,先将过硫酸铵溶液加入搅拌3分钟后、再将亚硫酸钠溶液加入搅拌3分钟后静置,等待引发聚合;(2-4)待物料温度上升至75℃时开启搅拌,控制反应温度100℃以下,待反应温度不再上升时,恒温至80~90℃继续反应至自加入过硫酸铵溶液满1小时,即得硫铝酸盐用聚合物降失水剂。上述硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法,过硫酸铵占单体总质量的0.5wt%~1wt%,亚硫酸钠占过硫酸铵质量的0.5wt%。本发明的有益效果是:本发明通过硅烷偶联剂改性后的纳米二氧化硅与多种单体聚合形成的粘稠液体,制备出来的硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂,产品稳定不分层(在离心机上进行试验,40000r/min保持60分钟后,产品仍旧稳定均一;如果不通过硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行,在离心机上进行试验,40000r/min不到15分钟就会发生分层),适用于多种硫铝酸盐水泥。其在硫铝酸盐水泥浆中稳定性很好,同时可有效控制水泥浆失水量,水泥浆稠化时间容易调整。本发明制备出来的硫铝酸盐水泥降失水剂在硫铝酸盐中可以有效的控制失水小于50mL,不影响硫铝酸盐水泥浆其它性能,与其它外加剂有良好的配伍性,在硅酸盐水泥浆中也能有效控制失水,可广泛应用于油气田开采用水泥浆体系中。附图说明图1稠化时间测试结果。具体实施方式为清楚说明本发明中的方案,下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。实施例1一种硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法,包括如下步骤:(1)纳米材料的改性聚合,得到改性纳米材料;纳米材料为纳米二氧化硅溶液,改性聚合包括如下步骤:(1-1)将2.4千克硅烷偶联剂滴加到477.6千克纳米二氧化硅溶液中,在纳米二氧化硅溶液中,纳米二氧化硅的质量分数是29wt%,硅烷偶联剂在纳米二氧化硅溶液中加量为纳米二氧化硅溶液质量的0.5~1wt%,搅拌混合30分钟后形成硅烷偶联剂/硅溶胶混合体系,继续搅拌后,得到初始的硅烷偶联剂改性硅溶胶;(1-2)将初始的硅烷偶联剂改性硅溶胶,用氢氧化钠溶液调节pH为10,氢氧化钠溶液的浓度为40wt%,制得硅烷偶联剂改性硅溶胶溶液,即为改性纳米材料。(2)改性纳米材料与单体的水溶液聚合。(2-1)开启搅拌900转/分,向反应容器内依次投入蒸馏水400千克、AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)40千克、AM(丙烯酰胺)120千克、富马酸8千克、NVP(N-乙烯基吡咯烷酮)16千克和AA(丙烯酸)32千克,配置成单体质量分数为35%的单体溶液。(2-2)用氢氧化钠质量分数为40wt%的氢氧化钠溶液120千克,调节单体溶液的pH值为5.5;(2-3)投入硅烷偶联剂改性硅溶胶溶液480千克,升温物料至60℃,恒温3分钟后,先将过硫酸铵溶液(2kg过硫酸铵+10蒸馏水)加入搅拌3分钟后、再将亚硫酸钠溶液(1kg亚硫酸钠+10蒸馏水)加入搅拌3分钟后静置,等待引发聚合;(2-4)待物料温度上升至75℃时开启搅拌直至1200转/分,控制反应温度100℃以下,待反应温度不再上升时,恒温至80~90℃继续反应至自加入过硫酸铵溶液满1小时,即得硫铝酸盐用聚合物降失水剂。过硫酸铵占单体总质量的0.5wt%~1wt%,亚硫酸钠占过硫酸铵质量的0.5wt%。实施例2一种硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法,包括如下步骤:(1)纳米材料的改性聚合,得到改性纳米材料;纳米材料为纳米二氧化硅溶液,改性聚合包括如下步骤:(1-1)将2.4千克硅烷偶联剂滴加到477.6千克纳米二氧化硅溶液中,在纳米二氧化硅溶液中,纳米二氧化硅的质量分数是30wt%,硅烷偶联剂在纳米二氧化硅溶液中加量为纳米二氧化硅溶液质量的0.5~1wt%,搅拌混合30分钟后形成硅烷偶联剂/硅溶胶混合体系,继续搅拌后,得到初始的硅烷偶联剂改性硅溶胶;(1-2)将初始的硅烷偶联剂改性硅溶胶,用氢氧化钠溶液调节pH为10,氢氧化钠溶液的浓度为40wt%,制得硅烷偶联剂改性硅溶胶溶液,即为改性纳米材料。(2)改性纳米材料与单体的水溶液聚合。(2-1)开启搅拌900转/分,向反应容器内依次投入蒸馏水540千克、AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)40千克、AM(丙烯酰胺)120千克、富马酸8千克、NVP(N-乙烯基吡咯烷酮)16千克和AA(丙烯酸)32千克,配置成单体质量分数为29%的单体溶液。(2-2)用氢氧化钠质量分数为40wt%的氢氧化钠溶液120千克,调节单体溶液的pH值为5.5;(2-3)投入硅烷偶联剂改性硅溶胶溶液480千克,升温物料至60℃,恒温3分钟后,先将过硫酸铵溶液(2kg硫酸铵+10蒸馏水)加入搅拌3分钟后、再将亚硫酸钠溶液(1kg亚硫酸钠+10蒸馏水)加入搅拌3分钟后静置,等待引发聚合;(2-4)待物料温度上升至75℃时开启搅拌直至1200转/分,控制反应温度100℃以下,待反应温度不再上升时,恒温至80~90℃继续反应至自加入过硫酸铵溶液满1小时,即得硫铝酸盐用聚合物降失水剂。过硫酸铵占单体总质量的0.5wt%~1wt%,亚硫酸钠占过硫酸铵质量的0.5wt%。与实施例1相比,实施例2的单体聚合浓度偏低,相同加量失水相对于实施例1的失水偏大(实施例2中失水量为46mL),但仍小于50mL。实施例1中制备的硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的实验数据如下:1、在密度为1.9g/cm3的硫铝酸盐水泥浆中的试验结果(80℃)如表1所示:表1水泥流变失水/mL唐山硫铝酸盐水泥-/170/116/59/3/120郑州硫铝酸盐水泥280/149/103/54/3/134嘉耐硫铝酸盐水泥-/213/150/80/4/322天津硫铝酸盐水泥246/130/90/46/2/128硫铝酸盐水泥浆配方:600g水泥+30g降失水剂+10.2g缓凝剂(现有技术中已知的缓凝剂)+225g自来水。2、在体系中的试验结果2.1、水泥浆配方悬浮剂WH-2为本申请的申请人在申请日之前,在市场上公开出售的产品。2.2、流变数据:Φ600Φ300Φ200Φ100Φ6Φ3-27119010085-26818694742.3、API失水:30mL。2.4、稠化时间【见图1】:154.1min。由图1可知:初始稠度为9Bc,符合行标低于30Bc的要求;稠化曲线突变值为0,符合行标低于10的要求,说明浆体非常稳定;过渡时间:接近于直角稠化,符合行标小于40min的要求。2.5、24h抗压强度:43MPa。上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例,而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。当前第1页1 2 3 
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