本发明涉及一种添加剂，尤其涉及一种油气固井领域的添加剂。本发明还涉及该添加剂的制备方法和应用。
背景技术：
在油气井注水泥作业中，通过水泥车泵送将水泥浆泵入井内，经过替浆的过程将水泥浆顶替到套管与井眼之间的环形空间，达到封隔油、气、水层保护生产层和支撑保护套管的目的。
油井水泥降失水剂是一种油井水泥的外加剂，通常用于油、气井注水泥作业所使用的水泥浆中。油井水泥浆降失水剂能控制水泥浆中液相向渗透性地层滤失，从而保持水泥浆适当水灰比。它是油井水泥外加剂中最重要的一类外加剂，其使用直接关系到固井施工的成败、固井质量、油井寿命及产能等一系列问题。固井时水泥浆只有保持一定的水灰比，才能够从套管泵送至井下，然后从环空返回至设计位置。如果水泥浆大量“失水”，水泥浆的密度、稠化时间、流变性能等随之改变，甚至变的不可泵送，导致固井失败。大量的水泥浆滤液进入地层也会造成地层不同程度的伤害。油气井固井施工中降低水泥浆失水，主要有五个方面的意义：①防止油气层被污染，以利于提高采收率；②保护水敏性地层；③防止水泥浆在渗透性地层先期脱水；④防止环空气窜；⑤保证水泥浆的流动性，提高顶替效率。因此，在水泥浆体系中需要加入降失水剂来控制水泥浆失水。
目前使用的油井水泥降失水剂主要是高分子聚合物，如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、水解聚丙烯腈、部分水解聚丙烯酰胺等。近年来，合成水溶性聚合物成为国内外研究热点，在很大程度上缓解了耐温耐盐的问题。目前，我国适应中低温的油井水泥降失水剂已基本成熟。在抗高温方面，国内大部分降失水剂在温度低于180℃时具有较好的性能，但适应180℃以上的降失水剂的品种很少，而存在不同程度的缺陷，如严重影响水泥浆的稠化时间；在高温下出现水解，产生超缓凝现象；低温适用性差；耐盐性能差等。例如：专 利CN101698794A和CN102229797A中所述降失水剂并没有公开其具备低温适用性。专利CN103881670A和CN104193897A公开的降失水剂耐盐性差。因此，本领域长期以来亟需开发一种具备良好的耐温抗盐性能的油井水泥降失水剂。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐温抗盐的油井水泥降失水剂。本发明的降失水剂适用温度范围较广，应用温度范围为20℃-220℃；且具有对水泥浆稠化时间影响小，高温下抗盐性能好等特点。
本发明的一个目的在于，提供一种耐温抗盐油井水泥降失水剂，其包括如下组分：
100重量份的水，
8-10重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，
4-6重量份的丙烯酰胺(AM)，
4-6重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，
1-3重量份的乙烯基磺酸(VSA)，
2-4重量份的乙烯基咪唑(VM)，
1-3重量份的甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)，
1-3重量份的氢氧化钠(NaOH)，
0.1-0.3重量份的过硫酸铵，以及
0.1-0.3重量份的亚硫酸氢钠。
其中，单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、乙烯基咪唑(VM)在聚合物结构中具有提高抗温耐盐性的作用；丙烯酰胺(AM)和乙烯基磺酸(VSA)在聚合物结构中具有吸附作用；甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)在聚合物结构中具有调整聚合物流变性的作用。氢氧化钠(NaOH)用以调整pH值。过硫酸铵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。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括9-10重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括5-6重量份的丙烯酰胺。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括5-6重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括2-3重量份的乙烯基磺酸。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括3-4重量份的乙烯基咪唑。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括1-2重量份的甲基烯丙基聚氧乙烯醚。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括2-3重量份的氢氧化钠。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括0.2-0.3重量份的过硫酸铵。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述降失水剂包括0.2-0.3重量份的亚硫酸氢钠。
在本发明中，除非另有说明，所有份数均为重量份数，所有的％均为重量％。
本发明的另一个目的在于，提供一种制备上述的降失水剂的方法，其包括如下步骤：
1)加入下列组分，并搅拌2-15分钟、优选4-6分钟：
100重量份的水；
8-10重量份、优选9-10重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，
4-6重量份、优选5-6重量份的丙烯酰胺(AM)，
4-6重量份、优选5-6重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，
1-3重量份、优选2-3重量份的乙烯基磺酸(VSA)，
2-4重量份、优选3-4重量份的乙烯基咪唑(VM)，以及
1-3重量份、优选1-2重量份的甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)；
2)加入1-3重量份、优选2-3重量份的氢氧化钠，加热到40-70℃、优选48-52℃，保持10-60分钟、优选25-35分钟；
3)在搅拌状态下加入过0.1-0.3重量份、优选0.2-0.3重量份的硫酸铵和0.1-0.3重量份、优选0.2-0.3重量份的亚硫酸氢钠，搅拌状态下反应1-5小时、优选2.5-3.5小时，制得所述耐温抗盐油井水泥降失水剂。
本发明的再一个目的在于，提供根据上述的耐温抗盐油井水泥降失水剂或者由根据上述的方法制得的耐温抗盐油井水泥降失水剂在油气固井领域、优选在用于油井水泥浆中的应用。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述应用的温度范围为20-220℃。
本发明的有益效果在于：本发明的耐温抗盐油井水泥降失水剂的适用温度范围广，应用温度范围为20℃-220℃，在20℃-220℃温度范围有良好适应性；且具有对水泥浆稠化时间影响小，高温下抗盐性能好等特点。
具体实施方式
下面结合非限制性的具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于下述实施例。
实施例中所用原料均为市售。
除非另有说明，实施例中所说的份数均为重量份数，实施例中所述的％均为重量％。
实施例1
水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)8份；丙烯酰胺(AM)4份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)4份；乙烯基磺酸(VSA)1份；乙烯基咪唑(VM)2份；甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)1份；搅拌2分钟。加入氢氧化(NaOH)1份，同时加热到40℃，保持10分钟；然后搅拌状态下，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.1份，搅拌状态下反应1小时，制得本发明的降失水剂。
实施例2
水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)9份；丙烯酰胺(AM)5份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)5份；乙烯基磺酸(VSA)2份；乙烯基咪唑(VM)3份；甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)2份；搅拌15分钟。加入氢氧化(NaOH)2份，同时加热到70℃，保持1小时；然后搅拌状态下，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.2份，搅拌状态下反应5小时，制得本发明的降失水剂。
实施例3
水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)10份；丙烯酰胺(AM)6份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)6份；乙烯基磺酸(VSA)3份；乙烯基咪唑(VM)4份；甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)3份；搅拌5分钟。加入氢氧化(NaOH)3份，同时加热到50℃，保持0.5小时；然后搅拌状态下，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.3份，搅拌状态下反应3小时，制得本发明的降失水剂。
实施例4
水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)10份；丙烯酰胺(AM)5份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)5份；乙烯基磺酸(VSA)3份；乙烯基咪唑(VM)4份；甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)2份；搅拌5分钟。加入氢氧化(NaOH)2份，同时加热到50℃，保持0.5小时；然后搅拌状态下，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.2份，搅拌状态下反应3小时，制得本发明的降失水剂。
对比例1
水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)6份；丙烯酰胺(AM)3份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)3份；乙烯基磺酸(VSA)0.5份；乙烯基咪唑(VM)1份；甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)0.5份；搅拌5分钟。加入氢氧化(NaOH)0.5份，同时加热到50℃，保持0.5小时；然后搅拌状态下，同时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.05份，搅拌状态下反应3小时，制得对比降失水剂。
对比例2
水100份，水中加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)12份；丙烯酰胺(AM)8份；N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)8份；乙烯基磺酸(VSA)5份；乙烯基咪唑(VM)5份；甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)5份；搅拌5分钟。加入氢氧化(NaOH)5份，同时加热到50℃，保持0.5小时；然后搅拌状态下，同 时加入过硫酸铵和亚硫酸氢钠各0.5份，搅拌状态下反应3小时，制得所对比降失水剂。
实施例5
分别采用由实施例1-4和对比例1-2制得的降失水剂来在不同温度下按如下方式进行水泥浆配方，水灰比0.44：
20℃水泥浆配方：500g油井水泥，200g水，5g缓凝剂，15g降失水剂(占水泥量3％)。
50℃水泥浆配方：500g油井水泥，200g水，5g缓凝剂，15g降失水剂(占水泥量3％)。
60℃水泥浆配方：500g油井水泥，200g水，5g缓凝剂，15g降失水剂(占水泥量3％)。
80℃水泥浆配方：500g油井水泥，200g水，5g缓凝剂，15g降失水剂(占水泥量3％)。
90℃水泥浆配方：500g油井水泥，200g水，5g缓凝剂，15g降失水剂(占水泥量3％)。
100℃水泥浆配方：①500g油井水泥，200g水，5g缓凝剂，15g降失水剂(占水泥量3％)；②500g油井水泥，197.5g水，5g缓凝剂，17.5g降失水剂(占水泥量3.5％)；③500g油井水泥，195g水，5g缓凝剂，20g降失水剂(占水泥量4％)；④500g油井水泥，192.5g水，5g缓凝剂，22.5g降失水剂(占水泥量4.5％)；⑤500g油井水泥，190g水，5g缓凝剂，25g降失水剂(占水泥量5％)；⑥500g油井水泥，185g水，5g缓凝剂，30g降失水剂(占水泥量6％)。
120℃水泥浆配方：①400g油井水泥，140g硅粉，214g水，8g缓凝剂，16g降失水剂(占水泥量4％)；②400g油井水泥，140g硅粉，210g水，8g缓凝剂，20g降失水剂(占水泥量5％)；③400g油井水泥，140g硅粉，208g水，8g缓凝剂，22g降失水剂(占水泥量5.5％)；④400g油井水泥，140g硅粉，206g水，8g缓凝剂，24g降失水剂(占水泥量6％)；⑤400g油井水泥，140g硅粉，204水，8g缓凝剂，26g降失水剂(占水泥量6.5％)。
130℃水泥浆配方：400g油井水泥，140g硅粉，202g水，12g缓凝剂，24g降失水剂(占水泥量6％)。
150℃水泥浆配方：400g油井水泥，140g硅粉，202g水，12g缓凝剂，24g降失水剂(占水泥量6％)。
160℃水泥浆配方：400g油井水泥，140g硅粉，198g水，16g缓凝剂，24g降失水剂(占水泥量6％)。
180℃水泥浆配方：400g油井水泥，140g硅粉，198g水，16g缓凝剂，24g降失水剂(占水泥量6％)。
200℃水泥浆配方：①400g油井水泥，140g硅粉，198g水，16g缓凝剂，24g降失水剂(占水泥量6％)；②400g油井水泥，140g硅粉，194g水，16g缓凝剂，28g降失水剂(占水泥量7％)。
220℃水泥浆配方：400g油井水泥，140g硅粉，194g水，16g缓凝剂，28g降失水剂(占水泥量7％)。
实施例6
测试加有分别由实施例1-4和对比例1-2制得的降失水剂的水泥浆的失水结果，结果见表1。
表1不同温度和降失水剂加量下的水泥浆失水
“-”代表气窜，完全失水。
由表1数据可以看出，本发明的耐温抗盐油井水泥降失水剂在20℃-220℃温度范围有良好适应性，通过调整降失水剂加量能够满足固井施工对失水的要求，即小于50mL。而对比例1和2的降失水剂耐温性能均较差，不能满足耐高温需求。
实施例7
测试加有由实施例1-4和对比例1-2制得的降失水剂的水泥浆的24小时养护强度，结果见表2-表4：
表2水泥石24h抗压强度试验
加有分别由实施例1-4和对比例1-2制得的降失水剂的水泥浆稠化时间，结果见表3：
表3稠化时间
分别由实施例1-4和对比例1-2制得的降失水剂的抗饱和盐性能测试，结果见表4：
表4饱和盐水水泥浆体系失水(130℃)
由表2可以看出本发明的降失水剂对水泥石的强度发展影响较小，90℃时随着降失水剂加量增大，水泥石24h强度略有降低。对比例1和2的降失水剂强度降低的程度较大。
表3说明本发明的降失水剂对水泥浆稠化时间影响小，随着降失水剂加量增大，稠化时间规律增加，且可以满足水泥浆稠化性能调整的要求。对比例1和2的降失水剂的稠化时间增加较多，对水泥浆稠化时间影响较大。
表4进一步表明本发明的降失水剂高温下抗盐性能好，在饱和氯化钠盐水体系中失水会有一定程度的降低。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的 任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。