一种水泥浆用耐高温悬浮剂及其制备方法与流程

本申请涉及钻井，尤其涉及一种水泥浆用耐高温悬浮剂及其制备方法。

背景技术：

1、固井悬浮剂是用在水泥浆中阻止颗粒沉降、增加体系稳定性的一种油井水泥外加剂。水泥浆不稳定所产生的自由液和固相沉降对固井质量影响很大，在大斜度段和水平段固井中表现更为明显。自由液和固相沉降会造成井段上部水泥石渗透性过大，甚至产生微间隙，造成层间连通窜槽。

2、目前，国内的水泥悬浮剂产品很少，主要以耐温能力有限的复配产品为主。这些产品低温下稳定性尚能保证；但在高温下，由于体系中聚合物类外加剂的降解、解吸及剪切稀释等作用，造成固相颗粒的沉降加快，稳定性变差，抗温只能达到160℃。同时，该类悬浮剂产品中基本都掺入一定量的无机矿物，如膨润土、偏高领土等，导致水泥浆低温下过分增稠、高温下却过分稀释。且因无机矿物的存在，易吸附缓凝剂，导致稠化时间难以调节，影响施工安全。因此，需要研发抗温能力强、适用范围广的水泥悬浮剂，以提高水泥浆的稳定性，确保高温深井固井施工安全及固井质量。

技术实现思路

1、本申请提供一种水泥浆用耐高温悬浮剂及其制备方法，能够实现抗温能力强、适用范围广，提高水泥浆的稳定性，确保高温深井固井施工安全及固井质量。

2、本申请采用了下列技术方案：

3、本申请提供了一种水泥浆用耐高温悬浮剂，以水为溶剂，以偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、环状单体和烯丙基氯化铵类单体进行自由基聚合反应得到水泥浆用耐高温悬浮剂。

4、进一步地，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为100重量份，环状单体为3～5重量份，烯丙基氯化铵类单体为0.1～0.5重量份。

5、进一步地，水为300-400重量份，偶氮二异丁脒盐酸盐为0.5～0.8重量份。

6、进一步地，环状单体选自丙烯酰吗啉，该单体一方面具有环状结构，引入分子链中，可有增加分子的刚性，提高分子链的耐热性能。另一方面具有酰胺结构，引入分子链中，可提高聚合物的抗盐特性。相较于丙烯酰胺而言，丙烯酰吗啉高温下更稳定，不会水解形成羧基，进而不会影响水泥浆的稳定性和稠化性能。

7、进一步地，烯丙基氯化铵类单体选自十八烷基甲基二烯丙基氯化铵和/或十六烷基甲基二烯丙基氯化铵和/或十二烷基甲基二烯丙基氯化铵。采用长侧链的二烯丙基类氯化铵单体，一方面可与亲水单体形成疏水缔合物，起到悬浮稳定的作用；另一方面二烯丙基类单体可起到微交联的作用，使聚合物形成轻微的交联网状结构，进一步提高其悬浮稳定作用，同时不影响水泥浆的流变性能。在疏水缔合及微交联的作用下，既能保障常规密度水泥浆在200℃的悬浮稳定性，更能进一步保障高温下稳定性极差的超高密度水泥浆(如2.50g/cm3)在200℃的悬浮稳定性。

8、本申请还提供了一种水泥浆用耐高温悬浮剂的制备方法，包括以下步骤：将水、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、环状单体和烯丙基氯化铵类单体混合，调节反应体系的ph至7，升温至60℃，待2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、环状单体和烯丙基氯化铵类单体溶解后，得到反应溶液。向反应溶液中加入偶氮二异丁脒盐酸盐，反应2h，得到水泥浆用耐高温悬浮剂。

9、进一步地，向反应溶液中滴加偶氮二异丁脒盐酸盐溶液，以向反应溶液中加入偶氮二异丁脒盐酸盐。

10、进一步地，偶氮二异丁脒盐酸盐溶液的浓度为：0.6g偶氮二异丁脒盐酸盐溶于10ml水中。

11、进一步地，偶氮二异丁脒盐酸盐溶液在3min中滴完。

12、进一步地，在200r/min的搅拌速度下，加入naoh溶液调节反应体系的ph。

13、与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

14、1、本申请采用的丙烯酰吗啉一方面具有环状结构，引入分子链中，可有增加分子的刚性，提高分子链的耐热性能；另一方面具有酰胺结构，引入分子链中，可提高聚合物的抗盐特性。另外，相较于丙烯酰胺而言，丙烯酰吗啉高温下更稳定，不会水解形成羧基，进而不会影响水泥浆的稳定性和稠化性能。

15、2、本申请采用长侧链的二烯丙基类氯化铵单体，既能形成疏水缔合物，又能产生微交联结构，双重保障悬浮剂的高温悬浮稳定性，不仅能保障常规密度水泥浆在200℃的悬浮稳定性，更能进一步保障高温下稳定性极差的超高密度水泥浆(如2.50g/cm3)在200℃的悬浮稳定性。

16、3、本申请提供的悬浮剂具有较好地耐温特性，耐温可达200℃。

17、4、本申请提供的悬浮剂不含无机矿物，如膨润土、偏高领土等，不会影响水泥浆的流变性能及稠化时间。

18、5、本申请提供的悬浮剂生产工艺简单，安全环保。

技术特征：

1.一种水泥浆用耐高温悬浮剂，其特征在于，以水为溶剂，以偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、环状单体和烯丙基氯化铵类单体进行自由基聚合反应得到水泥浆用耐高温悬浮剂。

2.如权利要求1所述的一种水泥浆用耐高温悬浮剂，其特征在于，

3.如权利要求2所述的一种水泥浆用耐高温悬浮剂，其特征在于，

4.如权利要求1所述的一种水泥浆用耐高温悬浮剂，其特征在于，

5.如权利要求1所述的一种水泥浆用耐高温悬浮剂，其特征在于，

6.一种水泥浆用耐高温悬浮剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，

10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

技术总结
本申请公开了一种水泥浆用耐高温悬浮剂及其制备方法，水泥浆用耐高温悬浮剂为以水为溶剂，以偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂，2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、环状单体和烯丙基氯化铵类单体进行自由基聚合反应得到的水泥浆用耐高温悬浮剂。本申请提供的悬浮剂具有较好地耐温特性，耐温可达200℃。本申请提供的悬浮剂不含无机矿物，如膨润土、偏高领土等，不会影响水泥浆的流变性能及稠化时间。本申请提供的悬浮剂生产工艺简单，安全环保。

技术研发人员：邹双,王建瑶,曾建国,邹建龙,张天意,赵宝辉,谢飞燕,涂思琦
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15