[發(fā)明專利]降失水劑組合物、包含它的水泥組合物、制備方法及用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110127389.2
• 申請(qǐng)日: 2011-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN102786918A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫建平;王成文;孫晗森;王瑞和;周衛(wèi)東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司;中國(guó)石油大學(xué)(華東)
• 主分類號(hào): C09K8/487
• 分類號(hào): C09K8/487;C04B28/04;C04B24/30;E21B33/13;C08F226/10;C08F220/56
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 吳培善

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種降失水劑組合物，包含它的水泥組合物，其制備方法，及其在油田化學(xué)及油氣井固井領(lǐng)域中的用途。本發(fā)明的降失水劑組合物可用于石油、天然氣和煤層氣固井過(guò)程中降低水泥漿的失水量，特別適用于煤層氣井固井。

背景技術(shù)

煤層氣的主要成分是甲烷，發(fā)熱量可達(dá)8000大卡，燃燒后產(chǎn)物主要為CO₂和H₂O，是一種較清潔、高效、安全的新型能源。我國(guó)煤層氣在埋深300-2000m范圍內(nèi)總儲(chǔ)量達(dá)31.46萬(wàn)億m³，是繼俄羅斯、加拿大之后居世界第三位。煤層氣是我國(guó)重要的現(xiàn)實(shí)替代能源，煤層氣的開發(fā)具有廣闊的市場(chǎng)利用前景。另外，我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量占總化石能源儲(chǔ)量的90％以上，這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu)決定了我國(guó)必須重視煤層氣開發(fā)，用最有效的途徑治理瓦斯，減少煤礦安全生產(chǎn)事故，降低煤礦瓦斯排放對(duì)大氣臭氧層的污染破壞。

煤層氣是一種在煤層中自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣，以吸附和儲(chǔ)集方式存在于煤層孔隙中，是一種巨大的新興潛在能源。與常規(guī)天然氣井相比校，煤層氣井具有以下特點(diǎn)：(1)煤層氣井的井深較淺，固井須采用低密度水泥漿，防止壓漏地層；(2)煤層割理多、微孔隙發(fā)育，容易發(fā)生漏失，必須嚴(yán)格控制水泥漿的失水量，防止水泥漿對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害；(3)煤層氣井的井深一般在200～2000m之間，井底循環(huán)溫度和靜止溫度都較低，煤層氣固井面臨著低溫問(wèn)題。

在煤層氣井注水泥固井施工中，當(dāng)水泥漿在壓力作用下流經(jīng)高滲透地層時(shí)，將發(fā)生“滲濾”，水泥漿液相漏入地層，通常將這過(guò)程稱為水泥漿的失水。如果水泥漿失水不能控制，隨著液相體積減少水泥漿密度會(huì)增加，水泥漿的稠化時(shí)間、流變性必將嚴(yán)重偏離原設(shè)計(jì)要求，大量的液體漏入地層會(huì)使水泥漿變成不可泵送，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致固井作業(yè)失敗；另外，大量的堿性水泥漿液相漏入煤儲(chǔ)層，將對(duì)煤儲(chǔ)層產(chǎn)生傷害，不利于煤儲(chǔ)層的保護(hù)。降失水劑組合物是一種能控制水泥漿中液相向滲透性地層濾失，從而保持水泥漿有適當(dāng)水灰比的物質(zhì)。目前，已有許多類型的水泥降失水劑用于注水泥作業(yè)。常用的有纖維素醚類(羥乙基纖維素、羧甲基纖維素和羧甲基羥乙基纖維素等)、聚乙烯醇類、聚丙烯酰胺類、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)類。然而，纖維素醚類、聚丙烯酰胺類、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)類降失水劑對(duì)油井水泥具有較強(qiáng)的緩凝副作用，無(wú)法在低溫條件下獲得較短的固井候凝時(shí)間。目前油田低溫固井使用的降失水劑以聚乙烯醇類為主，具有低溫下基本無(wú)緩凝副作用、不增稠和失水量較小的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用較廣泛。中國(guó)專利ZL?011309792、ZL?2005101190057和ZL?200510119070X公開了聚乙烯醇類降失水劑的組成和制備方法，但這些方法仍然沒有改變聚乙烯醇類降失水劑抗鹽性差的不足。

對(duì)于煤層氣井固井，由于煤層氣井淺、煤儲(chǔ)層易漏和溫度較低等原因，要求降失水劑不僅應(yīng)具備低溫下無(wú)緩凝副作用、不增稠和失水量小等優(yōu)良性能，保證低密度(超低密度)水泥漿具有流動(dòng)性較好、失水量小、較高早期強(qiáng)度和減少對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害，而且降失水劑還應(yīng)具備較好的抗鹽性，保證與低溫固井作業(yè)時(shí)加入的較大摻量早強(qiáng)劑鹽類物質(zhì)相配伍。然而，目前的聚乙烯醇類降失水劑由于不耐鹽，與大多數(shù)早強(qiáng)劑鹽類物質(zhì)不配伍，水泥漿失水量難以控制，無(wú)法滿足煤層氣低密度(超低密度)水泥漿性能要求，因此，需要研究一種適用于低溫環(huán)境下煤層氣井固井作業(yè)的非緩凝抗鹽型降失水劑。

N-乙烯基吡咯烷酮是一種乙烯基類單體，可以均聚，也可以和很多乙烯基單體共聚或接枝，生成具有良好耐溫、耐鹽性的均聚物或共聚物。在“丙烯酰胺與N-乙烯基吡咯烷酮共聚物水凝膠的合成與性能研究”(高文華，汕頭大學(xué)學(xué)報(bào)，1999/02)一文中采用溶液聚合法合成丙烯酰胺/N-乙烯基吡咯烷酮共聚物水凝膠，利用該水凝膠來(lái)濃縮蛋白質(zhì)稀溶液。在“P(AM-NVP-DMDA)疏水締合水溶性共聚物的研究”(葉林，功能高分子學(xué)報(bào)，1999/01)一文中通過(guò)在共聚物中引入NVP結(jié)構(gòu)單元，提高P(AM-NVP-DMDA)疏水締合水溶性共聚物溶液的熱穩(wěn)定性。在“AM/NVP二元共聚物的溶液性能”(鐘景興，高分子材料科學(xué)與工程，2005/04)一文中采用丙烯酰胺/N-乙烯基吡咯烷酮共聚，合成出一種具有一定耐溫、耐鹽性的疏水締合水溶性聚合物。在“新型采油化學(xué)助劑NVP-AM共聚物的合成與性能評(píng)價(jià)”(宋林花，化工時(shí)刊，2009/06)一文中采用N-乙烯基吡咯烷酮/丙烯酰胺共聚，合成出一種具有較好耐溫、耐鹽性的水驅(qū)采油用聚合物。但是，目前國(guó)內(nèi)還沒有N-乙烯基吡咯烷酮與丙烯酰胺共聚制備降失水劑的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容