[發明專利]一種改性磷鋁酸鹽水泥緩凝劑及制備方法

有效

• 申請號: 201310072028.1
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN103184041A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 步玉環;馬聰;郭辛陽;郭勝來;柳華杰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: C09K8/467
• 分類號: C09K8/467
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種油田固井改性磷鋁酸鹽水泥木質素磺酸鈉接枝聚合物緩凝劑，屬于油田化學及油氣井固井領域。采用該方法制備的緩凝劑用于石油、天然氣固井作業中延長改性磷鋁酸鹽水泥漿稠化時間。

背景技術

油氣井固井使用的水泥多為硅酸鹽水泥體系。近年來，固井硅酸鹽水泥石的CO₂腐蝕問題倍受關注。井下高溫、高壓和潮濕環境下，高濃度的CO₂在短時間內就會對硅酸鹽水泥石產生嚴重腐蝕，導致油氣采收率降低、CO₂埋存失敗等嚴重后果。可見，硅酸鹽水泥石已不能滿足含高濃度CO₂地層中的油氣井長期封固的要求。

往磷鋁酸鹽水泥中摻入一定量偏磷酸鹽制成的改性磷鋁酸鹽水泥具有早強、高強的特點，具有很強的耐CO₂腐蝕特性，可用于高含CO₂井固井。大量的可溶性磷酸鹽的加入加速了磷灰石的形成，改性磷鋁酸鹽水泥在75℃、常壓下的稠化時間僅為5min，且10min時就會硬化。

合理的稠化時間是確保注水泥作業成功的關鍵。適當的稠化時間可以保證水泥漿在泵送頂替過程中一直保持液體可泵狀態，避免水泥漿在泵送過程中發生橋堵，保證固井施工的安全。經室內試驗研究，木質素磺酸鈉對改性磷鋁酸鹽水泥具有明顯的緩凝作用，但結構上的天然差異會造成木質素磺酸鈉作為緩凝劑使用的性能不穩定。有理論指出，采用不飽和單體接枝木質素磺酸鹽而得到的接枝聚合物可改善木質素磺酸鹽的分子量分布，擴大了應用范圍。因此，適用于改性磷鋁酸鹽水泥的木質素磺酸鈉接枝聚合物緩凝劑的研制成為該水泥能夠用于油氣井固井工程的關鍵。

木質素磺酸鹽接枝反應常用的不飽和單體主要有丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈、苯乙烯、衣康酸以及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸等。目前，木質素磺酸鹽接枝聚合物分別作為減水劑、降濾失劑用于建筑水泥和油氣鉆井液中。

“AM/AMPS/木質素磺酸接枝共聚物降濾失劑的合成與性能”(《精細石油化工進展》期刊)涉及一種木質素磺酸接枝聚合物降濾失劑，但該降濾失劑適用于油氣鉆井液，共聚物接枝使用了丙烯酸不飽和單體，用于水泥漿中具有增稠的負面影響。

“木質素降濾失劑和絮凝劑的合成及性能測試”(天津大學碩士學位論文)涉及一種木質素絮凝劑，該絮凝劑使用丙烯酰胺與木質素磺酸鈉接枝共聚，耐鹽效果良好，耐溫性能較差。

利用本發明的木質素接枝聚合物緩凝劑配制的水泥漿，稠化時間在同一溫度下隨著緩凝劑摻量的增減而增減，稠化時間容易調節，稠化曲線規律，“直角效應”良好，且對水泥漿失水、漿體穩定性以及強度發展性能沒有影響，可以保證固井施工的安全和質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種油田固井用改性磷鋁酸鹽水泥木質素磺酸鈉接枝聚合物緩凝劑。該聚合物緩凝劑在延長水泥漿稠化時間的同時還可以改善水泥漿的流變特性，與降失水劑等外加劑配伍，具有良好的相容性，對水泥漿綜合性能沒有影響。

為達到上述目的，本發明提供了一種木質素磺酸鈉接枝聚合物緩凝劑及制備方法：a)配制原料水溶液，所述原料水溶液包括木質素磺酸鈉(SL)和兩種不飽和單體：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和衣康酸(IA)，兩種單體的重量份數為：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)70份～99份，衣康酸(IA)1份～30份，將兩種單體溶于去離子水中；木質素磺酸鈉(SL)的重量份數為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)與衣康酸(IA)重量份數的總和；

b)將溶液加入到反應容器中，將反應容器放入65℃的恒溫水浴中，用攪拌器恒速攪拌，并向反應容器中通入氮氣排除氧氣，待反應容器內水溶液的溫度達到65℃以后，加入占單體質量總和0.5％～1.5％的過硫酸鉀用以引發反應，反應時間為3.5小時，制成木質素磺酸鈉接枝聚合物溶液，經干燥、粉碎得到木質素磺酸鈉接枝聚合物緩凝劑。

反應單體的總濃度影響聚合反應速率和產物緩凝性能。單體總濃度過大，易發生暴聚或產物粘度過大；反之，單體總濃度過小則易造成反應速率過低，產品有效濃度降低。因此本發明優選的單體重量總和占去離子水重量的28％～33％。