一种多元聚合物降失水剂及其制备方法与流程

本发明属于油田化学及油气井固井
技术领域：
，具体地说，涉及一种多元聚合物降失水剂及其制备方法。
背景技术：
：降失水剂是最重要的油井水泥外加剂之一，其性能与固井作业的质量紧密相关。目前，国外公司已开发了成熟的降失水剂系列产品，并且不断有新的研究成果。国内也开发了多种类型的降失水剂，但尚缺少应用温度范围广、性能稳定的高温降失水剂，尤其在120℃，会出现稠化实验“鼓包”、“包芯”的现象，低温强度发展缓慢的问题。同时，含有丙烯酰胺(am)单体的降失水剂，am的酰胺基水解成羧基的速度随着温度的升高而加快，并超过水泥随温度升高水化加快的效应，造成温度升高水泥浆稠化时间反而延长的情况。技术实现要素：针对现有技术中上述的不足，本发明的第一目的在于提供一种多元聚合物降失水剂；该多元聚合物降失水剂，可以用于高温深井固井及页岩气水平井固井，在不影响稠化时间和稠化线形的同时，可有效降低失水量。针对现有技术中上述的不足，本发明的第二目的在于提供一种多元聚合物降失水剂的制备方法；该制备方法设计科学，操作简单，适宜于大规模工业化生产。为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种多元聚合物降失水剂，按重量份数计，其原料包括：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)20-40份、丙烯酸(aa)2-10份、丙烯酰胺吗啉(acmo)1-10份、n-乙烯基吡咯烷酮(nvp)1-10份、ph调节剂0.1-5份、引发剂0.1-5份以及链转移剂0.05-0.2份，余量为水。一种上述多元聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：将amps加水，溶解形成溶液，然后采用ph调节剂调节ph为6-7，接着加入aa、acmo和nvp；搅拌至完全溶解后，再加入链转移剂，置于45-65℃的恒温水浴，待溶液的温度上升后通入氮气至无氧，接着加入引发剂，搅拌并持续反应4-6h，制成共聚物溶液，即得到多元聚合物降失水剂。本发明提供的一种多元聚合物降失水剂及其制备方法的有益效果是：本发明提供的多元聚合物降失水剂，在amps聚合物类降失水剂合成工艺中，采用丙烯酰吗啉acmo替代常用的有毒的am单体。acmo作为一种新型水溶性聚合物单体，具有良好的增稠、稳定等性能；并同时引入nvp单体，利用nvp单体侧链上具有的许多刚性的环状机构碳链结构，提高了聚合物的耐高温性能。本发明提供的多元聚合物降失水剂，采用各原料按照一定的配比，采用上述方法制备得到，各原料之间能够协同配合，共同作用，以使最终所得产品具有抗高温性能，在高温下能很好的控制失水，同时不影响水泥石早期强度的发展；且在高温条件下，产品对稠化线性没有影响，不会出现稠化曲线“鼓包”、“包芯”的现象；由于产品采用新型环保型水溶性聚合物单体，不仅具有良好的增稠、稳定等性能，同时对环境无污染。附图说明图1是本发明实验例2提供的90℃稠化曲线；图2是本发明实验例2提供的135℃稠化曲线；图3是本发明实验例2提供的120℃稠化曲线。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例提供的一种多元聚合物降失水剂及其制备方法进行具体说明。一种多元聚合物降失水剂，按重量份数计，其原料包括：amps20-40份、aa2-10份、acmo1-10份、nvp1-10份、ph调节剂0.1-5份、引发剂0.1-5份以及链转移剂0.05-0.2份，余量为水。进一步地，在本实施例中，需要说明的是，amps、aa，acmo，nvp的总浓度会影响聚合反应速率和产物降失水性能。如果单体总浓度过大，易发生爆聚或产物粘度过大；反之，如果单体总浓度过小则易造成反应速率过低，产品有效浓度降低。发明人创造性地发现，将amps、aa，acmo，nvp的重量总和控制为占水质量的15-30％时，能够很好地解决上述问题。进一步地，在本实施例中，ph调节剂包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和碳酸钠溶液中的任意一种。且ph调节剂的质量浓度为30％。进一步地，在本实施例中，链转移剂包括异丙醇、甲酸钠、十二烷基硫醇和巯基乙醇中的任意一种。在本实施例中，引发剂为过硫酸铵/亚硫酸氢钠，以及过硫酸钾中任意一种。且引发剂的质量浓度为10％。在本实施例中，引发剂的重量占amps、aa、acmo和nvp的重量总和的0.1-0.5％。本实施例中以耐高温性能优良的amps为主，通过分子链中引入带有刚性且不易水解的基团(nvp单体提供)，有助于提高分子链的耐高温性能，同时可避免聚合物在高温下发生水解，造成降失水剂与水泥颗粒之间的强烈吸附，出现“鼓包”或“包心”的异常情况；另外，刚性基团的引入使得聚合物分子链更伸展，有助于水泥浆高温下切力的提高，从而保证浆体在高温条件下的悬浮稳定性。一种上述多元聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：将amps加水，溶解形成溶液，然后采用ph调节剂调节ph为6-7，接着加入aa、acmo和nvp；需要说明的是，在本实施例中，在反应前需要向nvp加入活性炭，以便于在合成过程中提高nvp的反应活性，利用活性炭的吸附作用除去nvp中的阻聚剂；接着搅拌至完全溶解后，再加入链转移剂，置于45-65℃的恒温水浴，待溶液的温度上升后通入氮气至无氧，接着加入引发剂，搅拌并持续反应4-6h，制成共聚物溶液，即得到多元聚合物降失水剂。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供了一种多元聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：按重量份数计，将20份的amps加水，溶解形成溶液，然后加入0.1份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节ph为6，接着加入2份aa、1份acmo和1份nvp；搅拌至完全溶解后，再加入0.05份异丙醇，置于45℃的恒温水浴，待溶液的温度上升后通入氮气至无氧，接着加入0.1份质量浓度为10％的过硫酸铵-亚硫酸氢钠溶液，搅拌并持续反应4h，制成共聚物溶液，即得到多元聚合物降失水剂。实施例2本实施例提供了一种多元聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：按重量份数计，将40份的amps加水，溶解形成溶液，然后加入5份质量浓度为30％的氢氧化钾溶液调节ph为7，接着加入10份aa、5份acmo和10份nvp；搅拌至完全溶解后，再加入0.05份甲酸钠，置于65℃的恒温水浴，待溶液的温度上升后通入氮气至无氧，接着加入5份质量浓度为10％的过硫酸钾溶液，搅拌并持续反应6h，制成共聚物溶液，即得到多元聚合物降失水剂。实施例3本实施例提供了一种多元聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：按重量份数计，将40份的amps加水，溶解形成溶液，然后加入5份质量浓度为30％的碳酸钠溶液调节ph为6.5，接着加入10份aa、10份acmo和10份nvp；搅拌至完全溶解后，再加入0.1份十二烷基硫醇，置于50℃的恒温水浴，待溶液的温度上升后通入氮气至无氧，接着加入2份质量浓度为10％的过硫酸钾溶液，搅拌并持续反应5h，制成共聚物溶液，即得到多元聚合物降失水剂。实施例4本实施例提供了一种多元聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：按重量份数计，将30份的amps加水，溶解形成溶液，然后加入5份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节ph为6.5，接着加入10份aa、6份acmo和8份nvp；搅拌至完全溶解后，再加入0.1份巯基乙醇，置于58℃的恒温水浴，待溶液的温度上升后通入氮气至无氧，接着加入3份质量浓度为10％的过硫酸钾溶液，搅拌并持续反应5.2h，制成共聚物溶液，即得到多元聚合物降失水剂。对比例1本对比例提供了一种多元聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：按重量份数计，将40份的amps加水，溶解形成溶液，然后加入0.1份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节ph为6，接着加入10份aa、15份acmo和12份nvp；置于45℃的恒温水浴，待溶液的温度上升后通入氮气至无氧，接着加入0.1份质量浓度为10％的过硫酸铵-亚硫酸氢钠溶液，搅拌并持续反应4h，制成共聚物溶液，即得到多元聚合物降失水剂。对比例2本对比例提供了一种多元聚合物降失水剂的制备方法，包括以下步骤：按重量份数计，将45份的amps加水，溶解形成溶液，然后加入0.1份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液调节ph为6，接着加入20份aa、15份acmo和12份nvp；置于45℃的恒温水浴，待溶液的温度上升后通入氮气至无氧，接着加入0.1份质量浓度为10％的过硫酸铵-亚硫酸氢钠溶液，搅拌并持续反应4h，制成共聚物溶液，即得到多元聚合物降失水剂。实验例1实验方法：按标准gb/t10238-2015制备水泥浆，按标准sy/t5504.2-2013油井水泥降失水剂的评价方法评定失水量、24h抗压强度、稠化线形突变值。(1)实验条件为90℃1.90g/cm3水泥浆配方为：g级水泥+5％微硅+0.5％缓凝剂+3％降失水剂+水。(2)实验条件为135℃1.90g/cm3水泥浆配方为：g级水泥+5％微硅+35％硅粉+2％防气窜剂+0.5％缓凝剂+4％降失水剂+水。表1水泥浆性能测试标准水泥浆配方api失水量(90℃)，mlapi失水量(135℃)，ml24h抗压强度(80℃)，mpa实施例1344612.54实施例2404914.75实施例3363813.46实施例4323412.63对比例198126/对比例2102134/由表1数据可知，本发明实施例提供的制备方法制备得到的多元聚合物降失水剂具有抗高温性能，在高温下能很好的控制失水，同时不影响水泥石早期强度的发展。实验例2实验方法：选取实施例2中制得的多元聚合物降失水剂对不同温度下降失水剂对稠化时间的考察，具体实验情况如下：(1)90℃稠化线性考察90g/cm3水泥浆配方为：g级水泥+5％微硅+0.5％缓凝剂+3％降失水剂+水；实验条件为：90℃*54min*49mpa；90℃稠化曲线见图1所示。(2)135℃稠化线性考察90g/cm3水泥浆配方为：g级水泥+5％微硅+35％硅粉+2％防气窜剂+0.5％缓凝剂+4％降失水剂+水；实验条件为：135℃*70min*80mpa；135℃稠化曲线见图2所示。(3)120℃稠化线性考察90g/cm3水泥浆配方为：g级水泥+5％微硅+35％硅粉+2％防气窜剂+0.5％缓凝剂+4％降失水剂+水；实验条件为：120℃*60min*70mpa；120℃稠化曲线见图3所示。图1-3的结果表明，高温条件下，本发明实施例提供的制备方法制备得到的多元聚合物降失水剂对稠化线性没有影响，不会出现稠化曲线“鼓包”、“包芯”的现象。综上所述，采用本发明提供的多元聚合物降失水剂及其制备方法；该多元聚合物降失水剂，可以用于高温深井固井及页岩气水平井固井，在不影响稠化时间和稠化线形的同时，可有效降低失水量。该制备方法设计科学，操作简单，适宜于大规模工业化生产。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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