本发明涉及一种油气固井领域的添加剂，更进一步说，涉及一种抗高温抗盐降失水剂及其制备方法和应用。
背景技术
在石油天然气的钻井过程中，每一口井都需要进行固井作业。在固井工程中，需要将套管下入指定井深，然后在套管和井筒之间的环空中泵入水泥浆，起到平衡地层压力、封隔油气水层和支撑套管等作用。在水泥浆与地层接触以及在水泥浆凝固的过程中，水泥浆中的水会渗入地层，如果水泥浆失水量过大，就会导致水相体积不断减少，严重时会导致水泥浆无法泵送，甚至严重的会导致整口井报废，会造成巨大的工程损失和经济损失。
在水泥浆中加入降失水剂会大大的改善水泥浆的失水性能，目前国内外油井水泥浆降失水剂有纤维素、聚乙烯醇(pva)和以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)和丙烯酰胺(am)为主要单体的聚合物降失水剂。聚乙烯醇类耐高温能力差，一般适用温度为95℃以下。纤维素类降失水剂在满足控制失水量的情况下会导致水泥浆增稠，导致施工困难。而amps型降失水剂分子中的酰胺基团在高温高压条件下，会导致碱性水泥浆中水解作用加速，使分子结构中的吸附基团中的羧基增多，从而出现水泥浆过度缓凝的现象。由于在高温条件下，amps型降失水剂的水解和基团的脱吸附会直接造成高温油井水泥浆的失水量超出标准要求范围，耐高温性能差。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种抗高温抗盐降失水剂，具体地说涉及一种抗高温抗盐降失水剂及其制备方法和应用。本发明的目的是提供一种制备方法简单，且水溶性较好的五元共聚的抗高温抗盐降失水剂及其制备方法和应用。
本发明目的之一是提供一种抗高温抗盐降失水剂，其包括以重量份计的以下组分在内：
其中，单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)在聚合物结构中具有提高抗温耐盐性的作用；n,n-二甲基丙烯酰胺、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸、丙烯酸、丙烯腈在聚合物结构中具有吸附作用。
本发明目的之二是提供一种抗高温抗盐降失水剂的制备方法。
所述的抗高温抗盐降失水剂的制备方法可包括以下步骤：
将包含所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、n,n-二甲基丙烯酰胺、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸、丙烯酸、丙烯腈在内的组分加入水中搅拌溶解，然后加入氢氧化钠调节溶液ph值为6～7，同时加热到60～75℃恒温水浴保持1～1.5小时；在惰性氛围下(可以向反应器内通入氮气等惰性气体以排除氧气)，待反应器内水溶液的温度达到60～75℃后，在搅拌状态下加入引发剂，(引发剂可选自过硫酸铵和亚硫酸氢钠)，恒温搅拌状态下反应，反应时间可为3～3.5小时，自然冷却至室温，得到所述抗高温抗盐油井水泥降失水剂。(有效浓度为25～30％)其中，以水的用量为100重量份计，所述组分的用量为：
所述过硫酸铵/过硫酸钾和亚硫酸氢钠构成氧化还原体系引发剂，用以引发自由基聚合反应。以所述水为100重量份计，所述氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种；所述氧化剂的用量为0.1～0.3重量份；所述亚硫酸氢钠的用量为0.1～0.3重量份。
具体地，本发明的一种抗高温抗盐降失水剂的制备方法，可包括以下制备步骤：
(1)取100重量份水；
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)，40～80重量份；
n,n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)，30～70重量份；
3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(ahps)，1～30重量份；
丙烯酸(aa)，1～20重量份；
丙烯腈(an)，1～20重量份。
(2)将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)、n,n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(ahps)、丙烯酸(aa)和丙烯腈(an)搅拌溶解于水中，然后加入naoh调节溶液ph值等于7，同时加热到60℃恒温水浴，保持1小时。
(3)向反应器内通入氮气排除氧气，待反应器内水溶液的温度达到60℃，在搅拌状态下加入少量过硫酸铵和亚硫酸氢钠，搅拌状态下反应3小时。
(4)将自然冷却至室温，得到具有一定粘度的抗高温抗盐油井水泥降失水剂。
本发明目的之三是提供目的之一所述抗高温抗盐降失水剂或者目的之二所述制备方法制得的降失水剂的应用，所述应用的温度范围为20～180℃。
本发明的效果
1)、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的降失水剂是一种针对油井水泥而合成的新型的水溶性聚合物，通过吸附和聚集的双重作用，在溶液中形成弱胶结的胶体聚集体，可稳定的嵌入泥滤饼，并能够吸附在水泥颗粒表面，减小孔隙尺寸，适用温度可高达180℃。可与其他油井水泥添加剂配合使用；
2)、可以有效地通过提高水相粘度和降低滤饼渗透率来降低水泥浆失水，是一种具有较宽温度使用范围，较强适应能力，耐温、抗盐的新型有效的一种通用型液体降失水剂。具有较宽的温度适用范围及良好的抗盐效果，在饱和或者半饱和盐水中不影响水泥浆的性能。可配制出符合固井要求的具有低失水量的水泥浆，保护油气层和施工安全；
3)、如与相配套的分散剂、中温缓凝剂、高温缓凝剂等一起配合使用，可配制出满足不同固井施工要求的低失水水泥浆；
4)、适用于api各级油井水泥。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。实施例中所用原料均为市售。
实施例1
称取40重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)，30重量份n,n’-二甲基丙烯酞胺(dmaa)，1重量份丙烯酸(aa)，1重量份3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(ahps)，1重量份丙烯腈(an)，溶于100重量份去离子水中。加入浓度为40％的氢氧化钠溶液，将ph值调为7。将溶液加入到反应器内，将反应器放入60℃恒温水浴中保持1～1.5小时；向反应器内通入氮气排除氧气，待反应器内水溶液的温度达到60℃后，加入0.1重量份的过硫酸钾和0.1重量份亚硫酸氢钠引发反应，反应持续3h，自然冷却至室温，制成五元共聚物溶液，即为本发明的抗高温抗盐降失水剂，代号为样品1。
实施例2
除了与实施例1的不同点是：将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)的用量换为80重量份，将n,n-二甲基丙烯酰胺(dmaa)的用量换为70重量份，将丙烯酸(aa)的用量换成20重量份，将3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸(ahps)的用量换为30重量份，将丙烯腈(an)的用量换成20重量份。实施例2与实施例1相比，其他操作方法均相同，制备出油井水泥降失水剂(五元共聚物)，代号为样品2。
实施例3
除了不同点是：将丙烯酸(aa)的用量换为20重量份，实施例3与实施例1相比，其他的各组分重量份比和操作方法均相同，制备出油井水泥降失水剂(五元共聚物)，代号为样品3。
实施例4
除了不同点是:将n,n’-二甲基丙烯酞胺(dmaa)的用量换为50重量份，实施例4与实施例1相比，其他的各组分重量份比和操作方法均相同，制备出油井水泥降失水剂(五元共聚物)，代号为样品4。
对比例1
除了不同点是:用10重量份n,n’-二甲基丙烯酞胺(dmaa)代替实施例1中的该单体的加量，加入naoh调节ph值为6，恒温水浴的温度为75℃，对比例1与实施例1相比，其他的各组分重量份比和操作方法均相同，制备出油井水泥降失水剂，代号为对比例1。
四个实施例及对比例1制备的样品的综合性能评定：
按gb/t19139-2003标准制备水泥浆，评定稠化时间、失水量、稳定性、抗压强度。
水泥浆配方1:100重量份嘉华g级水泥+2重量份本发明的降失水剂+水42重量份，密度为1.88g/cm3。
水泥浆配方2:100重量份嘉华g级水泥+3重量份本发明的降失水剂+饱和盐水60重量份，密度为1.93g/cm3。
水泥浆配方3:100重量份嘉华g级水泥+35重量份硅粉+3重量份本发明的降失水剂+0.2重量份scr缓凝剂+水为58重量份，密度为1.88g/cm3。
水泥浆配方4:100重量份嘉华g级水泥+35重量份硅粉+5重量份本发明的降失水剂+0.8重量份scr缓凝剂+水为56重量份，密度为1.87g/cm3。
水泥浆配方5:100重量份嘉华g级水泥+35重量份硅粉+6重量份本发明的降失水剂+0.8重量份scr缓凝剂+饱和盐水76重量份，密度为1.87g/cm3。
其中scr缓凝剂为中国石化石油工程技术研究院生产(制备方法来自文献：方春飞,刘学鹏,张明昌,等.耐高温油井水泥缓凝剂scr180l的合成及评价[j].石油钻采工艺,2016,38(2):171-175.)，为液体，密度为1.06g/cm3。配方1和配方2适用于温度小于110℃的水泥浆体系。配方3、配方4和配方5适用于温度高于110℃的体系。配方样品中水泥加量为重量100份，水为现场水。所得的实验结果如表1～表5所示。
样品1在不同配方中的综合性能如表1所示。
表1
样品2在不同配方中的综合性能如表2所示。
表2
样品3在不同配方中的综合性能如表3所示。
表3
样品4在不同配方中的综合性能如表4所示。
表4
对比例1在不同配方中的综合性能如表5所示。
表5
由以上实验可以看到，在水泥浆配方5的应用过程中，饱和盐水的加量对本申请实施例样品1～4的水泥浆失水量及稠化时间并没有什么影响，可见本申请产品具有良好的抗盐性能，另外在各个配方下，实施例样品1～4都表现出随温度的升高失水量增大的特性，都控制在50ml以内，满足标准gb/t19139-2003的要求，而对比例1的失水试验大于50ml，不能满足gb/t19139-2003标准。可见本申请实施例样品1～4在实验中各项性能均能够满足gb/t19139-2003标准，且稠化时间控制较好，抗盐性能良好。