一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于石油助剂技术领域，涉及油田钻完井工程技术领域，特别涉及一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂及其制备方法。

背景技术：

随着油气井钻探深度的增加，地层温度、压力也不断升高，而高温、高压可造成水泥浆体系稠化时间缩短、外加剂失效、失水量增大等不良后果，严重影响固井质量。降失水剂是固井水泥中用量较大的一种添加剂，可以控制水泥浆失水，防止自由水进入地层，确保水泥石与界面的胶结质量，同时起到地层防窜的作用。如果水泥浆大量“失水”，水泥浆的密度、稠化时间、流变性能随之改变，甚至不可泵送，导致固井失败，大量的水进入地层中也会对地层造成不同程度的伤害。

水泥降失水剂在油田固井施工中起到增强水泥浆的保水作用，防止水泥浆在渗透性地层中先期脱水，保证水泥浆体的稳定性，提高固化水泥石的强度，防止气窜，提高水泥环的抗渗能力，保护水敏地层，防止水泥浆滤液污染油气层及水泥浆颗粒对油气层的堵塞。在石油可采和易采储量不断减少的情况下,油田勘探开发已向海洋、复杂地层、深井、中深井以及超深井方面发展,为满足高温高压固井需求,需要不断研制出性能良好而且稳定的降失水剂。

现有中温降失水剂主要以水溶性高分子材料成膜类为主，降失水性能好，但存在的以下技术问题：①原材料质量波动大，产品质量难以控制，且体系对水泥品质要求高；②体系耐高温能力差＜100℃，无法满足深井固井需求；③体系抗盐能力差（5%的盐水，降失水能力失效），应用面窄。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有的中温降失水剂存在的原材料质量波动大、体系耐高温能力和抗盐能力差的问题。

为此，本发明提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

丙烯酸类聚合物，15～20%；

甲酸钙，45～50%；

硫酸钠，20～25%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

丙烯酸类聚合物，16～18%；

甲酸钙，46～48%；

硫酸钠，18～24%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

丙烯酸类聚合物，17%；

甲酸钙，46%；

硫酸钠，22%；

余量为三乙醇胺。

所述的丙烯酸类聚合物是聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酰胺中的一种，聚甲基丙烯酸的分子量是86.09，，聚丙烯酸乙酯的分子量是100.12，聚丙烯酰胺的分子量是71.08。

按配比量取丙烯酸类聚合物、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌15～25min，使三乙醇胺均匀包裹住丙烯酸类聚合物，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌25～35min，完成降失水剂的制备。

一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂的应用，将浆杯放置在搅拌器上，在3800r/min～4200r/min转速下，于15s内将水泥、丙烯酸类降失水剂、减阻剂放入加水的浆杯内搅拌均匀，然后在115000～12500r/min转速下继续搅拌34～36s，即得含有油井水泥用丙烯酸类降失水水泥浆，制得的含有油井水泥用丙烯酸类降失水水泥浆用于40℃～120℃中高温下的固井。

本发明由三种无机材料与一种有机高分子聚合材料复配而成，其有益效果如下：

一、丙烯酸类降失水剂在高温、高盐油层的钻探环境中具有更多的优点。其分子因含有强阴离子性、水溶性的基团、活泼碳碳双键，使聚合物具有较好的耐温耐盐性、疏水缔合性以及协同增效性。三乙醇胺主要加速水泥浆低温水化凝结速度，提高水泥石早期强度。因此，该油井水泥用聚合物类降失水剂可有效降低失水、有较强的耐温抗盐性、温度使用范围宽、防气窜能力强。

二、本发明能够解决现有中温降失水剂原材料质量波动大，对水泥品质要求高，耐高温、抗盐能力差的问题。该共聚物固井降失水剂具有较好的固井降失水效果,抗盐、抗高温能力强，在淡水、盐水中具有良好的降滤失作用。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是水泥浆静胶凝强度图。

图2是丙烯酸类降失水水泥浆40℃～120℃时的失水量图。

具体实施方式

本发明提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

丙烯酸类聚合物，15～20%；

甲酸钙，45～50%；

硫酸钠，20～25%；

余量为三乙醇胺。

所述的丙烯酸类聚合物是聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酰胺中的一种，聚甲基丙烯酸的分子量是86.09，，聚丙烯酸乙酯的分子量是100.12，聚丙烯酰胺的分子量是71.08。一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂的应用，将浆杯放置在搅拌器上，在3800r/min～4200r/min转速下，于15s内将水泥、丙烯酸类降失水剂、减阻剂放入加水的浆杯内搅拌均匀，然后在115000～12500r/min转速下继续搅拌34～36s，即得含有油井水泥用丙烯酸类降失水水泥浆，制得的含有油井水泥用丙烯酸类降失水水泥浆用于40℃～120℃中高温下的固井。

本发明原理：

该丙烯酸聚合物单体是一种多功能的水溶性阴离子表面活性剂单体,极易自聚或与其他烯烃类单体共聚。分子因含有强阴离子性、水溶性的基团、活泼的碳碳双键,使聚合物具有较好的耐温耐盐性、疏水缔合性以及协同增效性。共聚物固井降失水剂具有较好的固井降失水效果,抗盐、抗高温能力强,在淡水、盐水中具有良好的降滤失作用。使其在高温、高盐油层的钻探环境中具有更多的优点。

丙烯酸类保水、广谱聚合物降失水剂可有效控制水泥浆失水，防止自由水进入地层，确保水泥石与界面的胶结质量，同时起到地层防窜的作用，保证固井质量。该降失水剂有较好的降滤失作用,稠化过渡时间短，具有较强的抗盐力。

实施例1：

本实施例提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

聚甲基丙烯酸，15%；

甲酸钙，47%；

硫酸钠，21%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂制备方法：按配比量取聚甲基丙烯酸、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌15min，使三乙醇胺均匀包裹住聚甲基丙烯酸，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌25min，完成降失水剂的制备。

实施例2：

本实施例提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

聚丙烯酸乙酯，16%；

甲酸钙，45%；

硫酸钠，20%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂制备方法：按配比量取聚丙烯酸乙酯、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌16min，使三乙醇胺均匀包裹住聚丙烯酸乙酯，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌27min，完成降失水剂的制备。

实施例3：

本实施例提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

聚丙烯酰胺，17%；

甲酸钙，46%；

硫酸钠，25%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂制备方法：按配比量取聚丙烯酰胺、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌17min，使三乙醇胺均匀包裹住聚丙烯酰胺，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌30min，完成降失水剂的制备。

实施例4：

本实施例提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

聚甲基丙烯酸，18%；

甲酸钙，49%；

硫酸钠，24%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂制备方法：按配比量取聚甲基丙烯酸、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌20min，使三乙醇胺均匀包裹住聚甲基丙烯酸，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌28min，完成降失水剂的制备。

实施例5：

本实施例提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

聚丙烯酸乙酯，19%；

甲酸钙，48%；

硫酸钠，22%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂制备方法：按配比量取聚丙烯酸乙酯、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌23min，使三乙醇胺均匀包裹住聚丙烯酸乙酯，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌31min，完成降失水剂的制备。

实施例6：

本实施例提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

聚丙烯酰胺，20%；

甲酸钙，50%；

硫酸钠，23%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂制备方法：按配比量取聚丙烯酰胺、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌25min，使三乙醇胺均匀包裹住聚丙烯酰胺，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌35min，完成降失水剂的制备。

实施例7：

本实施例提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

聚丙烯酰胺，17.8%；

甲酸钙，48.7%；

硫酸钠，21.2%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂制备方法：按配比量取聚丙烯酰胺、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌19min，使三乙醇胺均匀包裹住聚丙烯酰胺，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌32min，完成降失水剂的制备。

实施例8：

本实施例提供了一种油井水泥用丙烯酸类降失水剂，由以下重量百分比的组分组成：

聚丙烯酸乙酯，16.5%；

甲酸钙，45.6%；

硫酸钠，24%；

余量为三乙醇胺。

油井水泥用丙烯酸类降失水剂制备方法：按配比量取聚丙烯酸乙酯、三乙醇胺并放入搅拌罐中搅拌24min，使三乙醇胺均匀包裹住聚丙烯酸乙酯，然后加入甲酸钙、硫酸钠搅拌29min，完成降失水剂的制备。

参照石油标准sy/t5504-2008油井水泥降失水剂的评价方法，按照gb/t19139-2003配制水泥浆；实验用水泥为九连山g级油井水泥并配置基样，丙烯酸类降失水剂加量为2.0～2.5%，在不同比例与温度下进行测试，其主要性能测试结果如表1所示：

表1丙烯酸类降失水剂性能表

由表1结合附图2可知，丙烯酸类降失水水泥浆在40～120℃时的api失水量<50ml，证明其有良好的抗高温性能。

表2降失水剂抗盐性能

表2显示，丙烯酸类降失水剂在盐水中api失水量控制在60ml以内且水泥浆具有良好的流动性，失水小，证明丙烯酸类降失水剂具有良好的抗盐性能。

参考附图1，可知，含有油井水泥用丙烯酸类降失水剂的水泥浆，静胶凝强度过渡时间短，可以有效提高水泥浆的防窜能力，显著降低油气水窜对固井质量的影响。

本发明避免了原有成膜类中温降失水剂与水泥适应性弱，控失水能力差、抗盐能力差且适应温度范围窄的问题。该中高温降失水剂对水泥适应性强，不受水泥陈化时间影响；具有较好的降滤失作用,过渡时间短，具有较强的抗盐能力。适用于40℃-120℃的中高温度范围，增强体系防气、水窜能力，提高油气井固井质量。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。