專利名稱：新型油井水泥減阻劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種油井水泥減阻劑的制備方法，特別是一種用于油氣井完井的高磺化度的磺化聚苯乙烯油井水泥減阻劑的制備方法，屬于高分子化工領域。
目前，國內還沒有專門用于油氣井完井的油井水泥減阻劑，而是以建材工業用的超塑化劑(亦稱減水劑、減阻劑)來代替。建材工業用的水泥超塑化劑只要求其常溫(0-40℃)分散效果好，而不要求其高溫(＞80℃)分散效果。但油氣井完井的特殊環境需要使用高溫性能良好的水泥漿，因此，油井水泥減阻劑既要求常溫分散效果好，尤其要求其高溫分散效果好。在國內用作油井水泥減阻劑代用品的主要有木質素磺酸鈣(CLS)和萘磺酸鹽的甲醛縮合物(FDN)。木質素磺酸鈣(CLS)的不足之處是高溫性能差(從60℃開始明顯增稠)和抗鹽性能不良。萘磺酸鹽的甲醛縮合物(FDN)的不足之處是析水大，水泥漿易聚沉和抗鹽性能不良。在國外磺化聚苯乙烯被用作水泥超塑化劑。這種磺化聚苯乙烯雖然平均聚合度在適用范圍，但由于其磺化度低(0.25-0.47)，難以滿足油氣井完井高溫環境的工作要求，因為，實驗證明影響磺化聚苯乙烯常溫分散效果的主要因素是其平均聚合度，而影響其高溫分散效果的不僅是其平均聚合度，更重要的是其平均磺化度。當平均聚合度一定時，平均磺化度越高，其高溫下的分散效果越好。
國外制備磺化聚苯乙烯的方法是苯乙烯的聚合和聚苯乙烯的磺化是單獨分別進行的。苯乙烯的聚合過程是
聚苯乙烯的磺化過程有如下兩種
方法1的不足之處是磺化反應是在兩相界面上進行的，因而磺化困難，產物的磺化度低;催化劑硫酸銀容易中毒，且價格昂貴。
方法2的不足之處是工序復雜，消耗的時間長，使用的化學試劑多。
本發明的任務是提供一種具有適當平均聚合度、分子量和高磺化度的磺化聚苯乙烯油井水泥減阻劑的制備方法。以獲取方便、價格較低的苯乙烯為主要原料直接完成聚合-磺化-水泥漿調制，可以在地層高溫條件下有效地降低水泥漿的流動內阻力和臨界流速，滿足油氣井完井的需要。
本發明的磺化聚苯乙烯油井水泥減阻劑的制備方法為以苯乙烯為主要原料，使用1，2-二氯乙烷作溶劑(單體的濃度為0.25g/ml)，過氧化二苯甲酰作引發劑(其加量為單體重量的3-10%)，叔丁硫醇作分子量調節劑(其加量為單體重量的0-13%)，保持聚合溫度為85-90℃，進行自由基聚合反應，苯乙烯聚合成平均分子量為1900-9500的低分子量的聚苯乙烯的1，2-二氯乙烷溶液，再用氯磺酸為磺化劑保持磺化溫度為5-30℃進行磺化，生成磺化聚苯乙烯沉淀，過濾除去溶劑，用40%氫氧化鈉中和磺化聚苯乙烯得聚苯乙烯磺酸鈉。聚苯乙烯磺酸鈉經烘干即為磺化聚苯乙烯油井水泥減阻劑。制備方法的化學反應式如下
上述所得
即為磺化聚苯乙烯，生成的反應付產物為用途極廣的鹽酸。制備過程如下
本方法與現有的磺化聚苯乙烯的制備方法相比，其主要優點如下1、產物的磺化度高，高溫性能好。
2、節省工時工序和化學試劑，可降低生產成本。
3、使用的主要原料來源于石油裂解付產物。
采用本方法所合成的磺化聚苯乙烯油井水泥減阻劑(結構式
的特性為平均聚合度(n)18-91平均磺化度(m/n)0.48-0.91平均分子量3200-16000。
實施例11、將33毫升苯乙烯用等量的10%氫氧化鈉洗2-3次，除去其中的阻聚劑，用去離子水洗至中性后，加到一個裝有攪拌器，回流冷凝管和滴液漏斗的500毫升的三口瓶中，再向三口瓶中加47毫升1，2-二氯乙烷。
2、將3.0克過氧化二苯甲酰，5.0毫升叔丁硫醇和40毫升1，2-二氯乙烷加入滴液漏斗中。
3、把三口瓶浸入水浴中，保持溫度在85-90℃，回流15分鐘后用滴液漏斗向三口瓶中加入約十分之一的叔丁硫醇、過氧化二苯甲酰和1，2-二氯乙烷的混合液，保持溫度在85-90℃反應15分鐘后，再將剩余的叔丁硫醇、過氧化二苯甲酰和1，2-二氯乙烷的混合液在5小時內滴加完，再繼續反應2小時，使苯乙烯完全聚合，可得到120毫升聚苯乙烯溶液(約含30克平均聚合度為18的聚苯乙烯)。
4、取40毫升1，2-二氯乙烷加入裝有攪拌器和兩個滴液漏斗中的250毫升的三口瓶中，向一個滴液漏斗中加入40毫升上述3項得出的聚苯乙烯溶液(約含10克平均聚合度為18的聚苯乙烯)，向另一個滴液漏斗中加入8.0毫升(14克)氯磺酸和40毫升1，2-二氯乙烷，將三口瓶浸入水浴中，再用這兩個滴液漏斗同時向三口瓶中滴加聚苯乙烯溶液和氯磺酸溶液，室溫(5-30℃)反應2小時，沉淀1-6小時，過濾除去溶劑即得到磺化聚苯乙烯，用40%氫氧化鈉中和所得的磺化聚苯乙烯，即可得聚苯乙烯磺酸鈉，經烘干后即得到平均聚合度為18，平均分子量為3600，平均磺化度為0.91的磺化聚苯乙烯。
實施例2取40毫升實施例1中第3項得出的樣品(約含10克平均聚合度為18的聚苯乙烯)和6.6毫升(11.5克)氯磺酸及80毫升1，2-二氯乙烷，在實施例1的第4項的條件下重復操作，可得到平均聚合度為18，平均分子量為3200，平均磺化度為0.71的磺化聚苯乙烯。
實施例31、將33毫升苯乙烯用等量的10%氫氧化鈉洗2-3次，除去其中的阻聚劑，用去離子水洗至中性后，加到一個裝有攪拌器，回流冷凝管和滴液漏斗的500毫升的三口瓶中，再向三口瓶中加47毫升1，2-二氯乙烷。
2、將1.0克過氧化二苯甲酰和40毫升1，2-二氯乙烷加入滴液漏斗中。
3、把三口瓶浸入水浴中，保持溫度在85-90℃，回流15分鐘后用滴液漏斗向三口瓶中加入約十分之一的過氧化二苯甲酰與1，2-二氯乙烷的混合液，保持溫度在85-90℃反應15分鐘后，再將剩余的過氧化二苯甲酰與1，2-二氯乙烷的混合液在5小時內滴加完，再繼續反應2小時，使苯乙烯完全聚合，可得到120毫升聚苯乙烯溶液(約含30克平均聚合度為91的聚苯乙烯)。
4、取40毫升上述3項得出的聚苯乙烯溶液(約含10克平均聚合度為91的聚苯乙烯)和8.0毫升(14克)氯磺酸及80毫升1，2-二氯乙烷，在實施例1的第4項的條件下重復操作，可得到平均聚合度為91，平均分子量為16000，平均磺化度為0.65的磺化聚苯乙烯。
實施例4取40毫升實施例3中第3項得出的樣品(約含10克平均聚合度為91的聚苯乙烯)和6.6毫升(11.5克)氯磺酸及80毫升1，2-二氯乙烷，在實施例1的第4項的條件下重復操作，可得到平均聚合度為91，平均分子量為14000，平均磺化度為0.48的磺化聚苯乙烯。
實施例5按照API標準配成水灰比為0.44(794克G級水泥+349毫升水)的水泥漿，使用實施例1至實施4所合成的磺化聚苯乙烯作為減阻劑(其加量為干水泥灰重量的0.3%)，可得到高溫條件下具有良好的流變性能的水泥漿，其性能指標如下
注AV-表觀粘度 PV-塑性粘度 CP-厘泊
權利要求
1.一種高磺化度的磺化聚苯乙烯油井水泥減阻劑的制備方法，其特征在于磺化聚苯乙烯(結構式為
其中n為平均聚合度，m/n為平均磺化度)是苯乙烯加入聚合溶劑、引發劑和分子量調節劑并保持聚合溫度聚合為聚苯乙烯，再加入磺化劑并保持磺化溫度磺化，經過濾分離、中和、烘干而得到的磺化聚苯乙烯粉末。其聚合、磺化過程連續進行，所得磺化聚苯乙烯用作油井水泥減阻劑。
2.根據權利要求1所述的磺化聚苯乙烯，其特征在于平均聚合度為18-91，平均磺化度為0.48-0.91，平均分子量為3200-16000。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于聚合溶劑為1，2-二氯乙烷，單體的濃度為0.25g/ml。
4.根據權利要求1的方法，其特征在于引發劑為過氧化二苯甲酰，其加量為單體重量的3-10%。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于分子量調節劑為叔丁硫醇，其加量為單體重量的0-13%。
6.根據權利要求1的方法，其特征在于聚合溫度為85-90℃，聚合時間為7-8小時。
7.根據權利要求1的方法，其特征在于磺化溶劑為1，2-二氯乙烷，磺化劑為氯磺酸，磺化溫度為5-30℃，磺化時間為1-2小時。
全文摘要
本發明是一種用作油井水泥減阻劑的低分子量的磺化聚苯乙烯的制備方法。使用1，2-二氯乙烷作溶劑，過氧化二苯甲酰作引發劑，叔丁硫醇作分子量調節劑，苯乙烯聚合成平均分子量為1900-9500的低分子量的聚苯乙烯的1，2-二氯乙烷溶液，再用氯磺酸進行磺化。聚合磺化過程連續進行，溶劑易于回收利用。本方法節省工時工序和化學試劑，可降低生產成本，所得的產物磺化度高，高溫性能良好。
文檔編號E21B33/16GK1054074SQ90105768
公開日1991年8月28日 申請日期1990年2月19日 優先權日1990年2月19日
發明者吳安明, 閻醒 申請人:西南石油學院