[发明专利]固井水泥浆用降失水剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固井水泥浆用降失水剂技术领域，确切地说涉及深井固井用能抗高温的聚合物合成类降失水剂的制备方法。

背景技术

固井用降失水剂的作用就是能够有效降低固井注水泥施工过程中水泥浆的高温高压失水量，将水泥浆失水量控制在标准要求范围以内。好的降失水剂在任何温度区间都具有降失水作用，降失水量的大小除了与聚合物降失水剂自身的结构特点有关外，还与温度、加量，其他外加剂，水泥浆体系等因素有关，通常来说，降失水剂应与油井水泥、其他外加剂具有良好的配伍性及相容性，并随着加量的增大失水量逐步降低。

固井水泥浆降失水剂主要包括分为颗粒材料和水溶性高分子材料两大类，而解决高温降失水问题主要依靠人工合成的高分子材料。根据电性可分为非离子型、阴离子型、阳离子型，其中阴离了型聚合物是国内外研究最广、产品种类最多的一类降滤失剂。

最早的阴离子型降失水剂产品如AM/AA(丙烯酸)共聚物的使用可以追溯到20世纪50年代。其中丙烯酰胺是油田最常用的高分子合成原料之一。因为它易获得不同分子量聚合物，主链为C-Cσ共价键结构，抗温性较好，耐细菌侵蚀。-CONH2有较强的吸附作用，而且其对盐类(K⁺、Ca^2＋、Na⁺)及表面活性剂的容忍性相对较好，最重要是其合成工艺相对成熟，价格也便宜。AM/AA共聚物在宽温度范围内能保持优良的控制滤失能力，但使用温度超过50℃，AM水解加剧，使水泥浆过度缓凝，强度发展滞后。为避免这种缺陷，国内外研究者先后开发了多种在碱性条件下热稳定性好，不易水解的共聚物。

阴离子型共聚物中共聚单体包括非离子和阴离子单体两大类。非离子单体主要包括AM、NVP、DMAA(N，N二甲基丙烯酰胺)、St(苯乙烯)、VI、VFA、VP(乙烯吡啶)、VMAA( N-甲基-N-乙烯基乙酰胺)等。这些单体中，AM易水解，所以在共聚物中含量不可太多。DMAA含有不易水解基团，耐高温性能明显增强，但价格昂贵，国内处于小试阶段，尚未规模化生产。阴离子单体主要包括两类，一类是磺酸类，如AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)；另一类是羧酸类，如AA(丙烯酸)、MAA(甲基丙烯酸)、HEA(羟乙基丙烯酸)、IA(衣康酸)等。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸是一种具有强吸湿性的白色结晶固体粉末，易溶于水，不溶于苯、丙酮，含有强阴离子性、亲水性极好的磺酸基团和双键的单体。AMPS结构单元本身不易水解，对二价阳离子(Ca²⁺、Mg²⁺)的敏感性较低，离子基团的静电排斥作用与水化作用将增大聚合物分子的流体力学体积，使溶液具有高粘度，提高了聚合物的耐温抗盐性能。其分子在水溶液中一方面极性基团通过形成氢键同水分子发生强烈的亲合作用，另一方面又存在非极性基团与极性的水分子间的排斥作用。这两方面作用导致非极性基团“逃离”水的极性环境而通过相互间的范德华引力聚集在一起形成二维动态的空间网络结构，从而使聚合物分子的流体力学半径增加，起到增粘作用。同时由于该网络结构是物理作用形成的，所以存在可逆性，因而在剪切去除后可以恢复，提高了聚合物的抗剪切性。AMPS耐温耐盐能力强，聚合活性高，使用日益广泛，国内已形成规模化生产。

国外专利报道的降滤失剂主要有：二元共聚物AM/AMPS、DMAA/AMPS、St/AMPS、NVP/VS；三元共聚物：AM/AMPS/IA、St/AMPS/AA、AM/VMAA/AMPS、DMAA/AMPS/C16DMAPMABr(十六烷基二甲氨丙基甲基丙烯酰胺溴化物)；四元共聚物：AM/NVP/AMPS/AA、AM/VP/HEA/AA、AM/DAPM(N-(3-(二甲氨基)丙基)甲基丙烯酰胺)/HEA/AA。

国外开发的产品如哈里伯顿公司的Halad-344 ,Halad-413 , Halad-4 , Halad-700, BJ公司的FL-32 ,FL-33等均属于此类产品。