[發明專利]一種可生物降解油井水泥分散劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200710013813.4
• 申請日: 2007-03-15
• 公開（公告）號: CN101070233A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 王成文;王瑞和;步玉環
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C04B24/16
• 分類號: C04B24/16;C04B24/30;C09K8/46
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技術領域

本發明涉及一種可生物降解油井水泥分散劑及其制備方法，屬于油田化學用劑及油氣井固井領域。此分散劑可用于石油、天然氣固井過程中降低水泥漿的流動阻力，特別適用于環保要求嚴格的海洋石油固井領域以及深水海域的低溫固井方面。

背景技術

在完井作業的固井過程中，要將油井水泥漿泵送到套管與井筒之間的環形空間中，這要求水泥漿有良好的流變性能。油井水泥分散劑一般是陰離子型表面活性劑，通過吸附在水泥顆粒表面帶正電荷的位置上使水泥顆粒表面帶同性電荷，破壞水泥漿的絮凝結構和聚集體，釋放出更多的自由水，有效降低水泥漿的粘度，提高水泥漿的可泵性，降低一定流速下的泵壓，可實現低泵排量下的紊流注水泥，有利于清除油氣井眼表面的鉆井液，提高鉆井液的頂替效果，這是提高固井質量的重要措施。另外，分散劑能降低配制水泥漿的正常需水量，水泥漿中水量的減少能促進水泥石的強度。

目前，已有許多類型的分散劑用于油氣井固井注水泥作業以及補注水泥作業中。如檸檬酸、木質素磺酸鹽、聚萘磺酸鹽等都是油井水泥良好的分散劑，但這類物質卻對油井水泥具有較強的緩凝副作用，特別是在低溫條件下；密胺磺酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽、磺化醛酮縮聚物對油井水泥具有很好的分散劑、對油井水泥的緩凝副作用也較小，但這類物質在環境中很穩定，很難生物降解。如磺化醛酮縮聚物，其商品名稱為CFR-3、SXY等，它是由低分子量的醛、酮與硫酸鹽在堿性條件下縮合加成而得到，具有良好的分散能力，并且適用溫度范圍較廣，是目前油田應用較廣泛一種的油井水泥分散劑。但磺化醛酮縮聚物的碳-碳主鏈在環境中較穩定，它能在各種環境介質中長距離遷移并能長久存在于環境中而很難生物降解，在環境中經環境蓄積、生物積累、生物轉化或化學反應等方式損害環境和生態系統。隨著石油工業向海洋石油方向發展，這些不易降解的油井水泥分散劑必將對海洋中的水生動植物或其它生命帶來毒害，是一種對環境不友好的物質，無法滿足海洋石油勘探開發的環保要求，也無法滿足有些國家或地區日益嚴格的環保要求。

易生物降解物質指的是該物質在實驗室模擬條件下，其28天內消耗溶解氧的量超過其完全礦化所需要的理論需氧量的60％。有機物的生物降解能力大小與其結構之間有密切聯系，目前已經有了一些數據來判斷有機化合物生物降解的難易，并發現了一些結構-生物降解趨勢。首先，含有可水解基團，如羧酸酯[C(O)OR]、氨基化合物[C(O)NR₂]、酐類或磷酸酯的化合物都容易被降解；其次，含有羥基(-OH)、醛基(-CHO)、羧基(-COOH)基團的化合物也是易于生物降解的；另外，含氧基團的有機物也是易于生物降解的。根據這些結構-生物降解相關規律，可以利用它們來改進有機化合物設計，使化合物能夠完成為它們所設計的任務，而且在化合物使用后不會對周邊的環境造成危害。目前，國內還沒有能用于油氣井固井的可生物降解油井水泥分散劑。國外在可生物降解油井水泥分散劑的研究方面，近年來出現了一些報道，主要是通過對一些含有羥基、羧基等基團的天然大分子物質進行改性以制備可生物降解的油井水泥分散劑，如Europe?Patent?1625278(2004，11，25)，它是以干酪素、大豆蛋白或聚天冬氨酸等天然高分子物質為原料，通過與醛類物質(如甲醛、乙二醛等)、丙酮、硫酸鹽(如亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽等)在一定條件下進行縮聚反應制備出可生物降解的油井水泥分散劑，但該方法所合成出的油井水泥分散劑具有一定的緩凝副作用，對低溫條件下固井不利，特別是不能很好滿足深水表層套管的低溫固井所要求的較短候凝時間；該方法在具本合成時的反應溫度不好控制并且易出現交聯使反應液呈凍膠狀，所得產品硫化度較小，分散效果較差。

發明內容

本發明的目的是提供一種可生物降解的油井水泥分散劑及其制備方法。該分散劑在淡水或一定濃度鹽水中都具有良好的分散性能，在低溫下對油井水泥無緩凝副作用，而且此種產品的固體含量可達到40％以上，無需加熱濃縮而可直接應用，可大幅度減小生產能耗。

本發明的目的是這樣實現的，所提出的可生物降解油井水泥分散劑是α-氨基酸接枝磺化醛酮縮聚物，相對分子質量為8000～45000，結構通式為：

其中，n為平均聚合度，A為動物明膠分子中的大分子基團。

本發明所述的可生物降解油井水泥分散劑的制備方法主要包括以下三步：