一種油井水泥減阻劑的製備方法
2023-06-12 12:46:46 1
專利名稱：一種油井水泥減阻劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種油氣井固井用的水泥漿減阻劑的製備方法，此減阻劑是一種高磺化度、適當分子量分布的酮醛縮聚物，屬於高分子化工領域。
目前，國內還沒有專門用於油氣井固井用的水泥漿減阻劑，而是用建築工業上的混凝土減水劑萘磺酸鹽的甲醛縮合物(FDN)和木質素磺酸鈣(CLS)來代替。在鑽井過程的固井作業中，要將油井水泥漿通過井底泵送到套管與井筒的環形空間，要求水泥漿有良好的流動度和可泵性。為了提高水泥漿對泥漿的頂替效率，應採取低速紊流固井，這就要求水泥漿有良好的流變性。隨著近代鑽井深度增加，井下溫度逐漸增高，井下情況日趨複雜，固井作業中需要使用耐高溫、性能良好的水泥漿。在國內用作油井水泥減阻劑的代用品(FDN和CLS)，其主要缺點是抗鹽性能差、抗高溫性能差(從60℃開始明顯增稠)、用量稍大時水泥漿易聚沉。
從國外的相關材料來看，在USP4557763中公開了一種通過聚合和磺化而生成磺化酮醛縮聚物的方法。它的目的是用於油井水泥漿的配製，用作減阻劑，同時認為磺化的目的是使聚合物溶解。其構成主要是用亞硫酸鈉作磺化劑，先後分別加入酮、醛，分別與丙酮和甲醛反應生成能溶於水的磺化度較低的酮醛縮聚物，在工藝上採用升溫回流，其反應溫度較低。它們的不足之處是在製備過程中，磺化劑加量較小，反應溫度較低，所得產品磺化度較小，低於0.48，因而耐高溫性能差，在80℃的溫度下，減阻效果大大降低。
本發明的目的在於避免上述現有技術的不足之處，著眼於在適當聚合度的基礎上，改變磺化劑，改進工藝條件，提高磺化度，以提供一種新型磺化酮醛縮聚物-耐高溫油井水泥減阻劑的製備方法。
本發明認為磺酸根不僅可增大處理劑的溶解性，而且可增大處理劑在水泥粒子上的吸附能力，使粒子帶電荷，提高水泥粒子的分散能力。為此提高酮醛縮聚物的磺化度，是本製備方法發明的關鍵。本發明採用焦亞硫酸鈉的鹼溶液作磺化劑，調整酮、醛、焦亞硫酸鈉的配比，提高磺化劑的用量。適當提高反應溫度，改變工藝條件，使磺化反應和縮聚反應同時進行。此法可製得高磺化度的磺化酮醛縮聚物，用作油井水泥減阻劑。
本發明的磺化酮醛縮聚物油井水泥減阻劑的製備方法為將丙酮和甲醛的混合液按一定比例一起按適當流速加入到焦亞硫酸鈉的鹼溶液中，在有攪拌和回流裝置的反應釜中加熱，溫度控制在50～70℃。待酮醛混合液加完後，反應物的顏色逐步由無色變為橙色，再變為黑紅色。反應時間為1小時。所用原料的摩爾比為焦亞硫酸鈉∶氫氧化鈉∶丙酮∶甲醛等於0.4～0.6∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶2.8～3.2。待反應完後，將反應物放置12小時，溫度降至室溫，然後再加熱至95±5℃，回流1小時即得液態產品。經噴霧乾燥得固態產品。此種產品的固體含量為35%時，測定其200ml的漏鬥粘度為10～16秒，PH值為9～12。
以上合成工藝的改變在於使磺化度提高，其平均磺化度為0.50～0.80，控制聚合度，使聚合物的平均分子量在4000～16000的範圍內。
經過對生成物的剖析，根據紅外光譜所作出的判斷，製備方法的化學反應方程式如下
本發明與現有技術相比，具有如下優點1、產物的磺化度高，耐高溫性能好，產物在常溫(25℃)和高溫(80℃、130℃)減阻性能都較好。
2、採用焦亞硫酸鈉與比較便宜的鹼液(30%)用作磺化劑，降低了生產成本。
3、本油井水泥減阻劑加入水泥漿中能延長凝結時間，便於施工。
4、本產品能降低表觀粘度，有一定降失水作用。
採用本方法所合成的油井水泥減阻劑的特性為平均聚合度20～90平均磺化度0.50～0.80平均分子量4000～16000
實施例1稱取焦亞硫酸鈉60.0克，溶於130ml水中，加入液鹼(30%)84克，攪拌加熱至70℃。再滴入152克甲醛(37%)與丙酮37克的混合液反應，反應物的顏色逐步由無色變為橙色，再變為黑紅色，反應時間為1小時。放置1小時等溫度自然冷卻至50℃，再加熱至98℃回流1小時。此時產品的200ml漏鬥粘度為14±2秒;600轉表觀粘度(25℃)為30±2mpa.s。將以上溶液噴霧乾燥，得棕黑色粉末，即為成品(樣品A)。
實施例2稱取焦亞硫酸鈉57.0克，溶於120ml水中，加入30%的液鹼66ml，甲醛(37%)38ml，加熱至60℃。再滴入47ml丙酮與100ml甲醛的混合液反應1小時。反應物放置12小時後，再加熱至95℃，回流1小時。將所得溶液噴霧乾燥得棕黑色粉末168克(樣品B)。
實施例3用嘉華G級油井水泥，按API標準方法配製水灰比為0.44的水泥漿。用樣品A作減阻劑，並測定有關性能得下表1。
注AV-表觀粘度 PV-塑性粘度 YP-屈服值n-流性指數 K-稠度係數實施例4用嘉華G級油井水泥，按API標準方法配製水灰比為0.44的水泥漿。用樣品B作減阻劑，並測定有關性能得下表2。
由表1、表2可知本發明的產品，在常溫(25℃)及高溫(80℃、130℃)下都有良好的減阻性能。在130℃能使n值升到0.8以上，k值降到0.8以下，明顯地改善了油井水泥漿的流變性能。本產品能將水泥漿的凝結時間延長，便於現場施工。
權利要求
1.一種高磺化度的磺化酮醛縮聚物油井水泥減阻劑的製備方法，其特徵在於磺化酮醛縮聚物(結構式為
其中n、m、l、k為平均聚合度)是以焦亞硫酸鈉的鹼溶液作磺化劑，調整酮、醛、焦亞硫酸鈉的配比，控制適宜溫度，改變工藝條件，使反應時磺化與縮聚同時進行，所得磺化酮醛縮聚物用作油井水泥減阻劑。
2.根據權利要求1所述的磺化酮醛縮聚物，其特徵在於將丙酮和甲醛的混合液按一定比例一起加入到焦亞硫酸鈉的鹼溶液中，使磺化度提高，其平均磺化度為0.50～0.80，平均分子量為4000～16000。
3.根據權利要求1所述，其特徵在於所用原料的摩爾比為焦亞硫酸鈉∶氫氧化鈉∶丙酮∶甲醛等於0.4～0.6∶0.8～1.2∶0.8～1.2∶2.8～3.2。
4.根據權利要求1所述，其特徵在於改變工藝條件，採用先降溫後升溫進行回流，從而得到高磺化度的產品。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於溫度先保持在50～70℃，反應1小時，將反應物放置12小時，待溫度降至室溫，然後再加熱至95±5℃，回流1小時即得液態產品，經噴霧乾燥得固態產品。
全文摘要
本發明是一種用作油井水泥減阻劑的高分子量的磺化酮醛縮聚物的製備方法。採用焦亞硫酸鈉的鹼溶液作磺化劑，丙酮和甲醛作單體，調整酮、醛、焦亞硫酸鈉的配比，控制適宜溫度，改變工藝條件，用先降溫後升溫進行回流的途徑，使磺化反應和縮聚反應同時進行，所得產物經乾燥成固態產品。本法原料易得，生產成本低，產品的磺化度高，能改善水泥漿的流變性。產品在常溫或高溫減阻性能都較好，還具有一定降失水性和緩凝作用，便於現場施工。
文檔編號C08G2/30GK1050211SQ90104478
公開日1991年3月27日 申請日期1990年6月13日 優先權日1990年6月13日
發明者閻醒, 申美娜, 杜先獻, 李建波, 鄭焰 申請人:西南石油學院