一種高性能油氣井水泥分散劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及油氣井固井領域,特別涉及一種高性能油氣井水泥分散劑及制備方 法。
【背景技術】
[0002] 高性能油氣井水泥分散劑是指在固井水泥漿流變性及膠凝材料用量不變的條件 下,可以減少混合用水量,提高水泥石強度的物質;或者是指在膠凝材料用量和混合用水量 不變的條件下,使水泥漿流變性能更好的物質。目前我國油氣井水泥分散劑中用量最大、使 用最廣的是磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑。此分散劑具有抗鹽、耐溫等優點,但是其分散性 能不佳,尤其對高溫高壓水泥漿體系的分散效果不佳。廣泛應用于混凝土中的聚羧酸類減 水劑也開始作為分散劑應用于油氣固井領域,但是現有的聚羧酸類分散劑因分散劑分子結 構本身原因,在低溫時有不同程度的緩凝作用,高溫(大于110°c)時對水泥漿稠化曲線有 不良影響,不能滿足某些低溫及高溫高壓固井的要求。
[0003] 因此,有必要提供一種性能更好的高性能油氣井水泥分散劑。
【發明內容】
[0004] 本申請的目的是提供一種高性能油氣井水泥分散劑。
[0005] 本申請所提供的高性能油氣井水泥分散劑,包括聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛 縮合物分散劑,并且所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為 1:0.1-10〇
[0006] 本領域的技術人員需要知曉的是,本申請中的聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛縮 合物分散劑均可從市面上購得或由申請日前已知的制備方法制得。
[0007] 在一些實施方式中,所述聚羧酸分散劑通過以下步驟制備:
[0008] a.將總重量為20-40份的以下三種物質,即聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、a-甲 基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以1:0.05-0.3:0. 1-0.4的重量比混合,并用 10-20重量份的水溶解,制得料A;
[0009] b.將占所述三種物質的總重量的0. 5% -4%的過硫酸鹽類引發劑用10-20重量份 的水溶解,制得料B;
[0010] C.在反應釜的溫度為70°c-85°c時,向A料中滴加B料以進行聚合反應,控制反應 溫度在70°C-85°C,并控制反應時間在3h-5h;
[0011] d.所述聚合反應結束后,將反應物冷卻至室溫,用pH調節劑調節pH為5-8,出料 即得所述聚羧酸分散劑。
[0012] 在一些實施方式中,所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重 量比為1:0. 5。
[0013] 在一些實施方式中,所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重 量比為1: 1。
[0014] 在一些實施方式中,所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重 量比為1:5。
[0015] 在一些實施方式中,所述三種物質的總重量為30份。
[0016] 在一些實施方式中,所述三種物質的重量比為1:0. 2:0. 15。
[0017] 在一些實施方式中,所述過硫酸鹽類引發劑占所述三種物質的總重量的1. 5%。
[0018] 在一些實施方式中,所述過硫酸鹽類引發劑為過硫酸鈉。
[0019] 在一些實施方式中,所述聚合反應的溫度控制在80°C。
[0020] 在一些實施方式中,所述調節劑選自NaOH。
[0021] 本申請的另一目的是提供一種制備高性能油氣井水泥分散劑的方法。
[0022] 本申請所提供的制備高性能油氣井水泥分散劑的方法,包括以下步驟:
[0023] a.將總重量為20-40份的以下三種物質,即聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、a-甲 基丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以1:0.05-0.3:0. 1-0.4的重量比混合,并用 10-20重量份的水溶解,制得料A;
[0024] b.將占所述三種物質的總重量的0. 5% -4%的過硫酸鹽類引發劑用10-20重量份 的水溶解,制得料B;
[0025] c.在反應釜的溫度為70°C_85°C時,向A料中滴加B料以進行聚合反應,控制反應 溫度在70°C-85°C,并控制反應時間在3h-5h;
[0026] d.所述聚合反應結束后,將反應物冷卻至室溫,用pH調節劑調節pH為5-8,出料 即得所述聚羧酸分散劑;
[0027] e.將重量比為1:0. 1-10的聚羧酸分散劑與磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑混合即 得。
[0028] 本申請與現有技術相比具有以下優點:將聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛縮合物 分散劑進行復配,不是簡單地將聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑混合,而是 形成了一定的協同作用,獲得了出人意料的技術效果,能有效降低成本,提高分散效率,解 決聚羧酸分散劑低溫緩凝及高溫時(大于110°c)對水泥漿稠化曲線有不利影響的問題,且 復配后產品均勻無沉淀。
【具體實施方式】
[0029] 下面通過實施例來描述本申請的實施方式,本領域的技術人員應當認識到,這些 具體的實施例僅表明為了達到本申請的目的而選擇的實施技術方案,并不是對技術方案的 限制。根據本申請的教導,結合現有技術對本申請技術方案的改進是顯然的,均屬于本申請 保護的范圍。
[0030] 以下實施例中的化學試劑,如無特別說明均為市售。
[0031] 實施例1
[0032] 本實施例的高性能油氣井水泥分散劑通過以下步驟制備:
[0033] a.將222g聚乙二醇單甲醚甲基丙稀酸醋、44. 5ga-甲基丙稀酸、33. 5g2-丙稀酰 胺基-2-甲基丙磺酸和650g去離子水混合,制得950g水溶液A;
[0034] b.將4. 5g過硫酸鈉溶解于45. 5g去離子水中,制得50g水溶液B;
[0035]c.在反應釜的溫度為80°C時,向水溶液A中滴加水溶液B以進行聚合反應,控制 反應溫度在80°C,并控制反應時間在4h;
[0036] d.反應物冷卻至室溫,用NaOH調節pH為7,出料即得1000g聚羧酸分散劑;
[0037] e.將1000g此聚羧酸分散劑與1000g磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑混合均勻以進 行復配。
[0038] 性能評價
[0039] 按照APIRP10B《油井水泥試驗推薦方法》測定水泥漿的流變性,分別在低溫 (70°C)和高溫(150°C)下,使用冪律模式考察不使用分散劑、使用實施例1制備的分散劑、 市售醛酮縮合物分散劑和市售聚羧酸分散劑的水泥漿的性能,結果見表1。
[0040] 冪律公式可寫作:
[0041] t=kXyn
[0042] 其中,n為冪律指數,為定量表示液體非牛頓性程度的一個無量綱參數(對于水泥 漿來說,n〈l) ;k稱為粘度系數。
[0043] 一般認為,n值越接近1越好,k值越小越好,這樣的水泥漿減阻率大,流動性好,易 于混配及泵送,越易實現紊流頂替。
[0044]表1 70°C下分散劑對水泥漿稠化性能的評價數據
【主權項】
1. 一種高性能油氣井水泥分散劑,其特征在于:包括聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛 縮合物分散劑,并且所述聚羧酸分散劑與所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為 1:0.I-IOo
2. 根據權利要求1所述的高性能油氣井水泥分散劑,其中所述聚羧酸分散劑通過以下 步驟制備: a. 將總重量為20-40份的以下三種物質,即聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、a -甲基丙 烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以1:0. 05-0. 3:0. 1-0. 4的重量比混合,并用10-20重 量份的水溶解,制得料A ; b. 將占所述三種物質的總重量的0. 5%-4%的過硫酸鹽類引發劑用10-20重量份的水 溶解,制得料B ; c. 在反應釜的溫度為70°C _85°C時,向A料中滴加B料以進行聚合反應,控制反應溫度 在70°C -85°C,并控制反應時間在3h-5h ; d. 所述聚合反應結束后,將反應物冷卻至室溫,用pH調節劑調節pH為5-8,出料即得 所述聚羧酸分散劑。
3. 根據權利要求1或2所述的高性能油氣井水泥分散劑,其中所述聚羧酸分散劑與所 述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為1:0. 5。
4. 根據權利要求1或2所述的高性能油氣井水泥分散劑,其中所述聚羧酸分散劑與所 述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為1:1。
5. 根據權利要求1或2所述的高性能油氣井水泥分散劑,其中所述聚羧酸分散劑與所 述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為1:5。
6. 根據權利要求2所述的高性能油氣井水泥分散劑,其中所述三種物質的總重量為30 份,所述三種物質的重量比為1:0. 2:0. 15。
7. 根據權利要求2所述的高性能油氣井水泥分散劑,其中所述過硫酸鹽類引發劑占所 述三種物質的總重量的1. 5% ;優選地,所述過硫酸鹽類引發劑為過硫酸鈉。
8. 根據權利要求2所述的高性能油氣井水泥分散劑,其中所述聚合反應的溫度控制在 80。。。
9. 根據權利要求2所述的高性能油氣井水泥分散劑,其中所述調節劑選自NaOH。
10. -種制備根據權利要求1所述的高性能油氣井水泥分散劑的方法,其特征在于,包 括以下步驟: a. 將總重量為20-40份的以下三種物質,即聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、a -甲基丙 烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以1:0. 05-0. 3:0. 1-0. 4的重量比混合,并用10-20重 量份的水溶解,制得料A ; b. 將占所述三種物質的總重量的0. 5%-4%的過硫酸鹽類引發劑用10-20重量份的水 溶解,制得料B ; c. 在反應釜的溫度為70°C _85°C時,向A料中滴加B料以進行聚合反應,控制反應溫度 在70°C -85°C,并控制反應時間在3h-5h ; d. 所述聚合反應結束后,將反應物冷卻至室溫,用pH調節劑調節pH為5-8,出料即得 所述聚羧酸分散劑; e. 將重量比為1:0. 1-10的聚羧酸分散劑與磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑混合即得。
【專利摘要】一種高性能油氣井水泥分散劑,包括聚羧酸分散劑和磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑,并且所述聚羧酸分散劑和所述磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑的重量比為1:0.1-10。本申請將聚羧酸分散劑與磺化丙酮-甲醛縮合物分散劑進行復配,形成了一定的協同作用,獲得了出人意料的技術效果,能有效降低生產成本,提高分散性,解決聚羧酸類分散劑低溫緩凝及高溫時對水泥漿稠化曲線有不利影響的問題。
【IPC分類】C09K8-467, C08F220-58, C08F220-28, C08F220-06
【公開號】CN104745160
【申請號】CN201510117902
【發明人】于斌, 趙琥, 孫超, 張 浩, 宋維凱, 汪蕾, 王清順, 符軍放
【申請人】中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月17日