一種油氣井固井高溫緩凝劑及製備方法
2023-05-25 19:26:06 2
專利名稱：：一種油氣井固井高溫緩凝劑及製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種延長油井水泥漿稠化時間的高溫緩凝劑，尤其適用於深井超深井固井中存在的高溫環境。
背景技術：
：20042005年，中國政府對我國油氣資源進行了全面的評價研究，評價結果表明我國油氣資源剩餘儲量的73%都埋藏在深層。隨著井深的增加，高溫混凝劑在深井超深井鑽探開發中的作用越來越重要。目前，水泥漿緩凝劑的發展已經取得了顯著的成就。第一代水泥緩凝劑是木質素磺酸鹽，這類物質是天然資源，為解決某些問題提供了經濟有效的方法，但是有些缺點。作為天然的產品，儘管生產過程在改進，但是每批產品的性質還是存在不可避免的差異。第二代是基於合成分子的緩凝劑，它克服了木質素磺酸鹽緩凝劑的一些缺點，減小了分批產品之間的差異，提供了更長的可預測的稠化時間。國外石油公司的多種合成緩凝劑的使用溫度達到200。C以上，如BJ公司的SR-30(1)型緩凝劑適用溫度達到214'C以上；道威爾公司的合成緩凝劑D161，適用溫度也高達214'C;哈裡伯頓公司研發的合成緩凝劑HR-25，其使用溫度高達到218'C。我國目前可査的使用溫度最高的緩凝劑是由謝應權等通過將木質素磺酸鹽再次深度磺化改性合成的緩凝劑PQ，能經受20(TC的高溫。但其屬於第一代的水泥緩凝劑，其穩定性受到原材料的限制較大。李長安等合成了有機磷酸油井水泥緩凝劑CT11-3和齊志剛等研製出了高溫耐鹽緩凝劑SDH-2的使用溫度的上限為17(TC，是目前國內第二代緩凝劑的佼佼者。
發明內容為了解決深井固井作業中延長油井水泥漿稠化時間的要求，本專利提供了一種高溫下使用的緩凝劑AMPS-IA，它不僅能夠延長水泥漿在20(TC下的稠化時間，還具有良好的抗鹽抗鈣性能，也是一種優良的油氣井水泥高溫分散劑。本發明採用的技術方案是將緩凝基團接枝到抗高溫的高分子有機體上。AMPS(2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸)具有良好的抗高溫性能，而且具有很好的協同增效性；每個衣康酸分子中都帶有兩個羧酸基團，具有良好的緩凝作用。兩種單體都含有碳碳不飽和鍵，在引發劑的作用下，兩者發生自由基聚合反應，生成高分子聚合物。其化學反應方程式如下formulaseeoriginaldocumentpage4自由基聚合反應的條件為反應的母液為N，N-二甲基丙醯胺，AMPS與衣康酸質量比為73:27，反應溫度為75°C，引發劑過氧化苯甲醯的濃度為0.05mol,L"，反應時間為1小時。本發明的有益效果是1、當緩凝劑的加量為1%時，油氣井水泥漿在180'Cx75MPa條件下，稠化時間可達288min，完全可以滿足深井超深井固井安全施工的需要。稠化時間可調，使用溫度範圍寬，見表1。表1180°Cx75MPa條件下緩凝劑加量對稠化時間的影響tableseeoriginaldocumentpage42、具有良好的抗鈣抗鹽的效果。當CaCl2的加量在18^。以內時，水泥眾的稠化時間沒有很大的改變。3、緩凝劑還具有良好的分散性，能夠改善水泥漿的流變性。在水泥漿中加入緩凝劑後，水泥漿的流性指數要大於沒有加入緩凝劑的水泥漿的流性指數，見表2。表2水泥漿流變性實驗數據tableseeoriginaldocumentpage4附圖1是水泥漿在180'Cx75MPa下的稠化曲線圖。水泥漿配方為勝濰G級水泥550g+微矽250g+緩凝劑WR2。/。+消泡劑，水灰比0.5。實驗儀器為OWC-2000A型增壓稠化儀，瀋陽市固井儀器研究所研製。附圖2是CaCl2加量對緩凝劑影響曲線圖。水泥漿配方為勝濰G級水泥550g+微矽250g+緩凝劑WR2。/。+消泡劑，水灰比0.5。試驗條件為180°Cx75MPa。附圖3是聚合物的紅外光譜圖。3433cm—工處的吸收峰是衣康酸鈉羧酸基團分子間氫鍵的特徵峰，衣康酸鈉中的羧基基團的吸收峰出現在1750cm—1。由於和O-H的關聯作用，C-0鍵的光帶寬度變形，形成兩個光帶，一個分布在1218cm—1，另一個分布在12001000cm"。AMPS單元也呈現出幾個特徵光帶。與C=0含量有關的醯胺I型的吸收峰在1655cm—1處，被稱為醯胺II型的C-0的吸收峰位1220cm—1，AMPS中磺酸基團的吸收峰出現在光譜的1040cm"處。具體實施方式實施例(1)將衣康酸在去離子水中溶解再結晶，提純。將過氧化苯甲醯在氯仿-甲醇的混合溶液中溶解再結晶，提純。(2)按照AMPS與衣康酸質量比為73:27的比例稱取一定量的AMPS。(3)按照2mol'I^的濃度，稱取N，N-二甲基丙醯胺，加入到蓋有聚乙烯蓋子的四口燒瓶瓶中，加熱到7(TC，通氮氣10min，去除氧氣。(4)按照先衣康酸後AMPS的順序依次加入到N，N-二甲基丙醯胺中，再通氮氣5min，升溫至75。C，加入0.05mol'L—工的過氧化苯甲醯作為引發齊i」。反應一個小時後，冷卻至室溫。(5)室溫下向反應後的溶液中加入大量的丙酮，使聚合物沉澱。將沉澱後的物質再溶解於少量的N，N-二甲基丙醯胺中，再次洗滌沉澱，在5(TC的烘箱中烘乾，得到純淨的聚合物，即為高溫緩凝劑。權利要求1.一種油氣井固井高溫緩凝劑AMPS-IA，其特徵是2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)與衣康酸(IA)的共聚物，當加量為1％時，油氣井水泥漿在200℃×75MPa條件下，稠化時間可達288min。2.根據權利要求1所述的高溫緩凝劑AMPS-IA，合成工藝及方法，其特徵是以N，N-二甲基丙醯胺為母液，按照AMPS與衣康酸質量比為73:27，反應溫度為70-80°C，引發劑過氧化苯甲醯濃度為0.02-O.lmol'L—1，反應時間為1-3小時的條件下，合成高溫緩凝劑AMPS-IA。全文摘要一種油(氣)井固井用的新型水泥高溫緩凝劑及製造方法，以衣康酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、過氧化苯甲醯等為原料，並經丙酮溶液沉澱洗滌，製成具有抗高溫的高分子聚合物即本發明。用它加入水泥漿中，具有高溫下緩凝效果好、流動性好、抗鹽抗鈣等特點，能夠滿足深井超深井固井安全施工的需要。文檔編號C09K8/42GK101402849SQ200810160489公開日2009年4月8日申請日期2008年11月17日優先權日2008年11月17日發明者偉劉,步玉環,魏緒偉,齊志剛申請人:中國石油大學(華東)