[发明专利]用于高温水泥缓凝剂的聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子聚合物技术领域，尤其涉及一种用于高温水泥缓凝剂的聚合物及其制备方法。

背景技术

随着油田勘探开发技术的深入和钻井技术的发展，油气井的井深不断增加，井底温度也越来越高。随着井底温度的升高，水泥的凝固速度也会加快，这就要求水泥缓凝剂能够在较高的循环温度下减缓水泥浆的凝固速度，延长水泥浆的稠化时间。

现有技术中常用的水泥缓凝剂大多为木质素磺酸盐、葡萄糖等高分子材料，但是这些缓凝剂只能在循环温度为90℃左右时发挥作用。通过在木质素磺酸盐中掺加有机酸或水溶性硼酸盐等缓凝增强剂可以使其在200℃时作为缓凝剂使用，但是，有机酸或水溶性硼酸盐会降低水泥浆中的其他外加剂，如降失水剂等的效果，从而降低固井作业的整体质量。

现有技术也公开了多种合成聚合物作为水泥缓凝剂，如公开号为CN101402849A的中国专利文献公开了一种2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸

(AMPS)和衣康酸(IA)的共聚物，该共聚物能够在180℃的高温下起缓凝

剂的作用，当其添加量为3wt％时，在180℃×75MPa时，水泥浆的稠化时间为312min。但是该缓凝剂不能满足180℃以上的循环温度的使用要求，不适用于井底温度较高的深井和超深井。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于高温水泥缓凝剂的聚合物及其制备方法，本发明提供的聚合物在180℃以上的循环温度使用时具有较好的缓凝效果。

本发明提供了一种用于高温水泥缓凝剂的聚合物的制备方法，包括：

将有机溶剂和表面活性剂混合，得到油相溶液，所述表面活性剂为脂肪酸山梨坦和聚山梨酯的混合物；

将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸和衣康酸溶解于水中，得到水相溶液，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸和衣康酸的摩尔比为6～8∶0.1～1.5∶1.5～3；

将所述水相溶液与所述油相溶液混合，除氧后得到反应液；

向所述反应液中加入引发剂，升温至20℃～80℃进行聚合反应，得到聚合物。

优选的，所述油相溶液的表面活性剂和所述有机溶剂的质量比为1∶5～25。

优选的，所述有机溶剂为环己烷、煤油或白油。

优选的，所述表面活性剂的亲油亲水平衡值为8.0～9.8。

优选的，所述水相溶液的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸和衣康酸的质量和为所述水相溶液质量的15％～50％。

优选的，所述水相溶液的pH值为5.5～6.5。

优选的，所述油相溶液和所述水相溶液的质量比为1∶0.4～5。

优选的，所述引发剂为过硫酸盐，或者为过硫酸盐与亚硫酸盐的混合物，或者为水溶性偶氮类引发剂。

优选的，所述引发剂的质量为所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸和衣康酸的质量和的0.01％～0.7％。

本发明还提供了一种用于高温水泥缓凝剂的聚合物，该聚合物通过上述技术方案提供的方法制备。

与现有技术相比，本发明以有机溶剂和表面活性剂的混合溶液为油相，以AMPS、苯乙烯磺酸和IA的水溶液为水相，通过反相乳液共聚法得到含有AMPS、苯乙烯磺酸和IA的共聚物。该共聚物中，AMPS具有良好的抗高温性能；IA含有两个羧酸基团，具有良好的缓凝性能；苯乙烯磺酸含有苯环结构，具有较好的热稳定性和分散性能。因此，该聚合物具有较好的热稳定性和缓凝性能，作为水泥缓凝剂在180℃以上的循环温度使用时具有良好的缓凝效果，能够满足井底温度较高的深井和超深井的固井作业的要求。实验结果表明，当所述聚合物用量为水泥用量的6％时，在230℃×140MPa条件下，波特兰G级水泥浆的稠化时间为258min。此外，本发明提供的制备方法工艺流程简单，不会污染环境。

附图说明

图1为加入了本发明实施例1提供的聚合物的波特兰G级水泥浆在210℃×130MPa下的稠化曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于高温水泥缓凝剂的聚合物的制备方法，包括：

将有机溶剂和表面活性剂混合，得到油相溶液，所述表面活性剂为脂肪酸山梨坦和聚山梨酯的混合物；

将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸和衣康酸溶解于水中，得到水相溶液，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸和衣康酸的摩尔比为6～8∶0.1～1.5∶1.5～3；

将所述水相溶液与所述油相溶液混合，除氧后得到反应液；

向所述反应液中加入引发剂，升温至20℃～80℃进行聚合反应，得到聚合物。