[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2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸和衣康酸溶解于无机盐水溶液中，得到混合溶液，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；

向所述混合溶液中加入分散剂，得到反应液；

无氧条件下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，所述无机盐水溶液为氯化钠水溶液、氯化钾水溶液、氯化铵水溶液、溴化钠水溶液、溴化钾水溶液、溴化铵水溶液、硫酸钠水溶液、硫酸钾水溶液、硫酸铵水溶液、硝酸钠水溶液、硝酸钾水溶液、硝酸铵水溶液、磷酸钠水溶液、磷酸钾水溶液或磷酸铵水溶液。

优选的，所述无机盐水溶液的质量浓度为15％～25％。

优选的，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为所述混合溶液质量的5％～40％。

优选的，所述分散剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐、丙烯酸盐和甲基丙烯酸盐中的一种或几种形成的聚合物。

优选的，所述分散剂的质量为所述反应液质量的0.1％～6％。

优选的，所述反应液的pH值为3.0～6.5。

优选的，所述引发剂为2，2-偶氮二(2-脒唑啉基丙烷)二盐酸、2，2-偶氮二(2-脒基丙烷)二盐酸、2，2-偶氮二异丁腈或2，2-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)。

优选的，所述引发剂的质量为所述反应液质量的0.02％～0.2％。

本发明还提供了一种用于高温水泥缓凝剂的聚合物，该聚合物根据上述技术方案所述的制备方法制备。

与现有技术相比，本发明以无机盐水溶液为聚合介质，以AMPS、苯乙烯磺酸和IA为原料，采用分散聚合的方式制备得到用作高温水泥缓凝剂的聚合物。该聚合物中，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，当聚合物用量为水泥用量的6％时，在228℃×150MPa条件下，波特兰G级水泥浆的稠化时间为244min。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5提供的聚合物的波特兰G级水泥浆在228℃×150MPa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2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸和衣康酸溶解于无机盐水溶液中，得到混合溶液，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；

向所述混合溶液中加入分散剂，得到反应液；