本发明涉及固井
技术领域：
，特别涉及一种减阻剂、制备方法及其应用。
背景技术：
随着我国对东海、南海油气资源的大规模开发，海上平台数量大幅增加，在海上作业时，由于受平台空间和载荷及作业船只输送效率的影响，常规的淡水库存量经常无法满足大型的固井作业需求。利用海水配浆，能有效降低固井成本、提高作业效率。但海水的主要成分氯化钠是一种强电解质，能够使水泥浆产生促凝、闪凝和超缓凝等不良现象。并且海水中的钙、镁等高价离子还会降低水泥浆的流动性能，使其粘度和切力上升，极大的影响水泥浆的流变性、稠化时间、失水量和抗压强度等性能。目前，应用于海水配浆体系的降失水剂和缓凝剂研究较多，尚未有专门应用于海水配浆体系的减阻剂。因此，为解决海水配浆流变性能不好的问题，需要研发提高海水水泥浆体系流动性能的减阻剂。技术实现要素：为了解决现有技术海水配浆流变性能不好的问题，本发明实施例提供了一种减阻剂、制备方法及其应用。所述技术方案如下：第一方面，提供了一种减阻剂，所述减阻剂由不饱和磺酸单体、甲基丙烯酸单体、含有不饱和双键的酸酐单体、不饱和磺酸盐单体、含有不饱和基团的聚乙二醇单体聚合而得到，所述减阻剂的重均分子量为5000-80000。具体地，所述不饱和磺酸单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。具体地，所述不饱和磺酸单体的质量占单体总质量的10～60％，优选为15～30％。具体地，所述甲基丙烯酸单体的质量占单体总质量的1～20％，优选为5～10％。具体地，所述含有不饱和双键的酸酐单体为顺丁烯二酸酐单体。具体地，所述含有不饱和双键的酸酐单体的质量占单体总质量的1～15％，优选为5～10％。具体地，所述不饱和磺酸盐单体为苯乙烯基磺酸钠单体。具体地，所述不饱和磺酸盐单体的质量占单体总质量的1～30％，优选为10～20％。具体地，所述含有不饱和基团的聚乙二醇单体为烯丙基聚乙二醇单体。具体地，所述含有不饱和基团的聚乙二醇单体的质量占单体总质量的20～70％，优选为20～40％。具体地，所述烯丙基聚乙二醇单体的重均分子量为1000～3000。第二方面，提供了一种减阻剂的制备方法，所述方法包括：依次加入质量分数为10～60％的不饱和磺酸单体、质量分数为1～20％的甲基丙烯酸单体、质量分数为1～15％的含有不饱和双键的酸酐单体、质量分数为1～30％的不饱和磺酸盐单体、质量分数为20～70％的含有不饱和基团的聚乙二醇单体于水中(以单体总质量为100％计算)，搅拌至溶解，调节ph为1～9，将体系置于25℃恒温水浴搅拌半小时后升温至55～95℃，加入引发剂反应2～12小时。优选地，所述方法包括：依次加入质量分数为10～60％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体、质量分数为1～20％的甲基丙烯酸单体、质量分数为1～15％的顺丁烯二酸酐单体、质量分数为1～30％的苯乙烯基磺酸钠单体、质量分数为20～70％的烯丙基聚乙二醇单体于水中(以单体总质量为100％计算)，搅拌至溶解，调节ph为1～9，将体系置于25℃恒温水浴搅拌半小时后升温至55～95℃，加入引发剂反应2～12小时。具体地，所述调节ph为1～9为通过加入氢氧化钠调节ph为1～9，优选为加入氢氧化钠调节ph2～7。具体地，所述引发剂为过硫酸铵。具体地，所述引发剂的加入量为单体总质量的0.1～1％，优选为0.40～0.50％。第三方面，提供了一种减阻剂在固井用水泥浆中的应用。第四方面，提供了一种减阻剂在海水配制水泥浆中的应用。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过单体聚合得到的减阻剂，其分子结构呈梳型，主链上活性基团以羧酸基(-cooh)、磺酸基(-so3h)为主，可有效锚固于水泥颗粒表面。侧链以聚乙二醇类大分子单体在水泥表面构成溶剂化层，空间位阻效应明显，加入大量抗盐单体，采用其磺酸基团提高抗盐性，减少海水对水泥浆体系流变性能的影响。通过控制重均分子量大小在适度范围(5000-80000)，其能有效分散油井水泥体系，可适应于海水体系。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。第一方面，提供了一种减阻剂，所述减阻剂由不饱和磺酸单体、甲基丙烯酸单体、含有不饱和双键的酸酐单体、不饱和磺酸盐单体、含有不饱和基团的聚乙二醇单体聚合而得到，所述减阻剂的重均分子量为5000-80000。通过上述单体聚合得到的减阻剂，其分子结构呈梳型，主链上活性基团以羧酸基(-cooh)、磺酸基(-so3h)为主，可有效锚固于水泥颗粒表面。侧链以聚乙二醇类大分子单体在水泥表面构成溶剂化层，空间位阻效应明显，结合主链阴离子间产生的静电斥力同时发挥作用，形成立体斥力效应较大，提高分散性。加入大量抗盐单体，不饱和磺酸单体和不饱和磺酸盐单体，采用其磺酸基团提高抗盐性，减少海水对水泥浆体系流变性能的影响。通过控制重均分子量大小在适度范围(5000-80000)，其能有效分散油井水泥体系，可适应于海水体系，其流变性能好。具体地，所述不饱和磺酸单体为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。具体地，所述不饱和磺酸单体的质量占单体总质量的10～60％，优选为15～30％。具体地，所述甲基丙烯酸单体的质量占单体总质量的1～20％，优选为5～10％。具体地，所述含有不饱和双键的酸酐单体为顺丁烯二酸酐单体。加入不饱和双键的酸酐单体的作用是增大减阻剂对水泥颗粒的锚固能力，增强吸附能力。具体地，所述含有不饱和双键的酸酐单体的质量占单体总质量的1～15％，优选为5～10％。具体地，所述不饱和磺酸盐单体为苯乙烯基磺酸钠单体。具体地，所述不饱和磺酸盐单体的质量占单体总质量的1～30％，优选为10～20％。具体地，所述含有不饱和基团的聚乙二醇单体为烯丙基聚乙二醇单体。具体地，所述含有不饱和基团的聚乙二醇单体的质量占单体总质量的20～70％，优选为20～40％。具体地，所述烯丙基聚乙二醇单体的重均分子量为1000～3000。第二方面，提供了一种减阻剂的制备方法，所述方法包括：依次加入质量分数为10～60％的不饱和磺酸单体、质量分数为1～20％的甲基丙烯酸单体、质量分数为1～15％的含有不饱和双键的酸酐单体、质量分数为1～30％的不饱和磺酸盐单体、质量分数为20～70％的含有不饱和基团的聚乙二醇单体于水中(以单体总质量为100％计算)，搅拌至溶解，调节ph为1～9，将体系置于25℃恒温水浴搅拌半小时后升温至55～95℃，加入引发剂反应2～12小时。需要说明的是，为了使各单体能更好地溶解于水中，上述不饱和磺酸单体、甲基丙烯酸单体、含有不饱和双键的酸酐单体、不饱和磺酸盐单体、以及含有不饱和基团的聚乙二醇单体按其顺序加入，并在前一种单体加入后搅拌，待体系混合均匀后，再加入另一种单体再搅拌，使其溶解。优选地，所述方法包括：依次加入质量分数为10～60％的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体、质量分数为1～20％的甲基丙烯酸单体、质量分数为1～15％的顺丁烯二酸酐单体、质量分数为1～30％的苯乙烯基磺酸钠单体、质量分数为20～70％的烯丙基聚乙二醇单体于水中(以单体总质量为100％计算)，搅拌至溶解，调节ph为1～9，将体系置于25℃恒温水浴搅拌半小时后升温至55～95℃，加入引发剂反应2～12小时。具体地，所述调节ph为1～9为通过加入氢氧化钠调节ph为1～9，优选为加入氢氧化钠调节ph2～7。具体地，所述引发剂为过硫酸铵。具体地，所述引发剂的加入量为单体总质量的0.1～1％，优选为0.40～0.50％。第三方面，提供了一种减阻剂在固井用水泥浆中的应用。第四方面，提供了一种减阻剂在海水配制水泥浆中的应用。本发明实施例中所用的化学试剂：顺丁烯二酸酐，分析纯，国药集团化学试剂公司；甲基丙烯酸，分析纯，国药集团化学试剂公司；过硫酸铵，分析纯，国药集团化学试剂公司；氢氧化钠，分析纯，国药集团化学试剂公司；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，化学纯，寿光润德化工有限公司；苯乙烯基磺酸钠，化学纯，寿光润德化工有限公司；烯丙基聚乙二醇(apeg)，江苏省海安石油化工厂；g级高抗硫水泥，临朐县胜潍特种水泥有限公司，商品级。海水，渤海海水。以下通过具体实施例进一步说明本发明的方案：首先需要说明的是，下列本发明实施例中采用的烯丙基聚乙二醇(apeg)的重均分子量为1000～3000，除另有规定的以外，均以“apeg-重均分子量”的形式来表示其名称以及分子量，例如apeg-2500表示重均分子量为2500的烯丙基聚乙二醇。实施例1本实施例提供一种减阻剂及其制备方法。量取400ml水，加入装有搅拌器和温度计的四口瓶中，依次加入25g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、10g的甲基丙烯酸、10g的顺丁烯二酸酐、15g的苯乙烯基磺酸钠和40g的烯丙基聚乙二醇(apeg-2400)室温下搅拌至完全溶解，加入氢氧化钠调节ph至3，搅拌溶解后将四口瓶置恒温水浴中，然后将四口瓶置于25℃恒温水浴搅拌半小时，然后将水浴温度升至85℃，然后将加入0.46g过硫酸铵溶液加入上述混合物中反应3h，得到重均分子量为54000的减阻剂。实施例2本实施例提供一种减阻剂及其制备方法。本实施例提供的减阻剂制备方法与实施例1的区别在于，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的加入量为30g，甲基丙烯酸单体的加入量为7g，得到重均分子量为36000的减阻剂。实施例3本实施例提供一种减阻剂及其制备方法。本实施例提供的减阻剂制备方法与实施例1的区别在于，烯丙基聚乙二醇为apeg-1500，得到重均分子量为76000的减阻剂。实施例4本实施例提供一种减阻剂及其制备方法。本实施例提供的减阻剂制备方法与实施例1的区别在于，加入氢氧化钠调节ph至5，得到重均分子量为50000的减阻剂。实施例5本实施例提供一种减阻剂在海水配制水泥浆中的应用。将实施例1制备的减阻剂加入海水配制水泥浆中，加入减阻剂后的海水配制水泥浆配方为：792gg级高抗硫水泥+349g渤海海水+11.88g减阻剂(即减阻剂占水泥灰的重量百分比为1.5％)。实施例6本实施例提供一种减阻剂在海水配制水泥浆中的应用。将实施例2制备的减阻剂加入海水配制水泥浆中，加入减阻剂后的海水配制水泥浆配方为：792gg级高抗硫水泥+349g渤海海水+11.88g减阻剂(即减阻剂占水泥灰的重量百分比为1.5％)。实施例7本实施例提供一种减阻剂在海水配制水泥浆中的应用。将实施例3制备的减阻剂加入海水配制水泥浆中，加入减阻剂后的海水配制水泥浆配方为：792gg级高抗硫水泥+349g渤海海水+11.88g减阻剂(即减阻剂占水泥灰的重量百分比为1.5％)。实施例8本实施例提供一种减阻剂在海水配制水泥浆中的应用。将实施例4制备的减阻剂加入海水配制水泥浆中，加入减阻剂后的海水配制水泥浆配方为：792gg级高抗硫水泥+349g渤海海水+11.88g减阻剂(即减阻剂占水泥灰的重量百分比为1.5％)。实施例9本实施例将通过实施例1制备得到的减阻剂加入海水配制水泥浆中，测试所配制的水泥浆的流动度，在g级高抗硫水泥中加入过实施例1制备得到的减阻剂，配浆水为海水，水灰比为0.44。流动度测试按照《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》执行，减阻剂的加入量对海水水泥浆流动度的影响的结果如表1所示，其中减阻剂的加入量按照g级高抗硫水泥的质量百分数来计算。表1.减阻剂的加入量对海水水泥浆流动度的影响减阻剂加入量，％流动度，cm0160.5191.0271.531.5通过表1可知，随着减阻剂掺量的增加，海水水泥浆体系的流动度增大。实施例10本实施例将通过实施例5得到的海水配制水泥浆体系进行流变性能测定，水泥浆体系的粘度测定按照行业标准《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》中的方法执行。测定结果在表2中示出。表2通过实施例5得到的海水配浆体系的流变性需要说明的是，表2中，θ3～θ600这6个值分别为水泥浆在六速流变仪转速分别为3、6、100、200、300、600r/min时的剪切应力。另外，n代表流性指数，k为稠度系数，n和k的值可以通过θ的值计算得到，该计算过程为现有技术，本发明实施例对此不作详细说明，另外减阻剂掺量％bwoc指减阻剂占水泥重量的百分比，下面实施例表3、表4和表5中的相应参数所代表的意义和表2中的一致。从表2数据可以看出，减阻剂在海水配制水泥浆体系中具有良好的分散效果，使用减阻剂后，提高了海水配浆体系的流变性能。通过流性指数n和稠度系数k可以看出，通常情况下认为n的值越大，越接近1(例如水的n值为1)，k的值越小，说明流变性能越好，而表2中，加入减阻剂前后，海水配浆体系的n的值由0.14增加到0.78，k的值由22.4减小到0.16，说明加入减阻剂之后，海水配浆体系的流变性能明显改善。实施例11本实施例将通过实施例6得到的海水配制水泥浆体系进行流变性能测定，水泥浆体系的粘度测定按照行业标准《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》中的方法执行。测定结果在表3中示出。表3通过实施例6得到的海水配浆体系的流变性从表3数据可以看出，减阻剂在海水配制水泥浆体系中具有良好的分散效果，使用减阻剂后，提高了海水配浆体系的流变性能。加入减阻剂前后，海水配浆体系的n的值由0.14增加到0.74，k的值由22.4减小到0.19，说明加入减阻剂之后，海水配浆体系的流变性能明显改善。实施例12本实施例将通过实施例7得到的海水配制水泥浆体系进行流变性能测定，水泥浆体系的粘度测定按照行业标准《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》中的方法执行。测定结果在表4中示出。表4通过实施例7得到的海水配浆体系的流变性从表4数据可以看出，减阻剂在海水配制水泥浆体系中具有良好的分散效果，使用减阻剂后，提高了海水配浆体系的流变性能。加入减阻剂前后，海水配浆体系的n的值由0.14增加到0.65，k的值由22.4减小到0.36，说明加入减阻剂之后，海水配浆体系的流变性能明显改善，并且相对于实施例10，其n值更小，k值更大，说明实施例10中所示体系的流变性能更好。实施例13本实施例将通过实施例8得到的海水配制水泥浆体系进行流变性能测定，水泥浆体系的粘度测定按照行业标准《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》中的方法执行。测定结果在表4中示出。表5通过实施例8得到的海水配浆体系的流变性从表5数据可以看出，减阻剂在海水配制水泥浆体系中具有良好的分散效果，使用减阻剂后，提高了海水配浆体系的流变性能。加入减阻剂前后，海水配浆体系的n的值由0.14增加到0.60，k的值由22.4减小到0.42，说明加入减阻剂之后，海水配浆体系的流变性能明显改善，并且相对于实施例10，其n值更小，k值更大，说明实施例10中所示体系的流变性能更好。实施例14本实施例将通过实施例5得到的海水配制水泥浆体系进行稠化测试，该测试按照行业标准《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》中的方法执行。海水配浆体系加减阻剂前后稠化时间(单位为分钟)的结果如表6所示，其中稠化时间之比为加入减阻剂后海水配浆体系的稠化时间与未加减阻剂的海水配浆体系的稠化时间之比，另外减阻剂掺量％bwoc指减阻剂占水泥重量的百分比。表6通过实施例5得到的海水配浆体系的稠化时间水泥浆的稠化时间指从开始升温升压，到稠度达到100bc时所用的时间。由表6中数据可知，海水配浆体系加减阻剂之后，稠化时间增加，其稠化时间之比为1.46，说明减阻剂在海水配浆体系中弱缓凝。实施例15本实施例将通过实施例6得到的海水配制水泥浆体系进行稠化测试，该测试按照行业标准《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》中的方法执行。海水配浆体系加减阻剂前后稠化时间(单位为分钟)的结果如表7所示，其中稠化时间之比为加入减阻剂后海水配浆体系的稠化时间与未加减阻剂的海水配浆体系的稠化时间之比，另外减阻剂掺量％bwoc指减阻剂占水泥重量的百分比。表7通过实施例6得到的海水配浆体系的稠化时间水泥浆的稠化时间指从开始升温升压，到稠度达到100bc时所用的时间。由表7中数据可知，海水配浆体系加减阻剂之后，稠化时间增加，其稠化时间之比为1.37，说明减阻剂在海水配浆体系中弱缓凝。实施例16本实施例将通过实施例7得到的海水配制水泥浆体系进行稠化测试，该测试按照行业标准《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》中的方法执行。海水配浆体系加减阻剂前后稠化时间(单位为分钟)的结果如表8所示，其中稠化时间之比为加入减阻剂后海水配浆体系的稠化时间与未加减阻剂的海水配浆体系的稠化时间之比，另外减阻剂掺量％bwoc指减阻剂占水泥重量的百分比。表8通过实施例7得到的海水配浆体系的稠化时间水泥浆的稠化时间指从开始升温升压，到稠度达到100bc时所用的时间。由表8中数据可知，海水配浆体系加减阻剂之后，稠化时间增加，其稠化时间之比为1.27，说明减阻剂在海水配浆体系中弱缓凝。实施例17本实施例将通过实施例8得到的海水配制水泥浆体系进行稠化测试，该测试按照行业标准《syt5504.3-2008油井水泥外加剂评价方法第3部分：减阻剂》中的方法执行。海水配浆体系加减阻剂前后稠化时间(单位为分钟)的结果如表9所示，其中稠化时间之比为加入减阻剂后海水配浆体系的稠化时间与未加减阻剂的海水配浆体系的稠化时间之比，另外减阻剂掺量％bwoc指减阻剂占水泥重量的百分比。表9通过实施例8得到的海水配浆体系的稠化时间水泥浆的稠化时间指从开始升温升压，到稠度达到100bc时所用的时间。由表9中数据可知，海水配浆体系加减阻剂之后，稠化时间增加，其稠化时间之比为1.62，说明减阻剂在海水配浆体系中弱缓凝。上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12