一种恒流变微膨胀降失水剂的制作方法

1.本发明涉及油气开采固井水泥浆技术领域，具体涉及一种恒流变微膨胀降失水剂。


背景技术：

2.目前，随着石油储量不断减少以及开采工艺的发展，深井、超深井的数量不断增多，固井难度加大，而各种增产工艺、措施和后期作业对油气井固井质量也提出了更高的要求。为满足固井水泥浆的性能指标，水泥浆体需配合油井水泥外加剂来使用，降失水剂是一种重要的油井水泥外加剂。将油井水泥和降失水剂配合使用可以控制水泥浆失水量，可以提高固井质量。
3.但是传统amps类降失水剂存在高温养护变稀的问题，在深井高温环境下，会导致水泥浆变稀稳定性下降，从而影响固井质量的问题。此外，研究发现现有的水泥浆体系水泥石变形能力不足，普通油井水泥在水化形成水泥石的过程存在自收缩现象，影响固井质量，需在水泥浆体系中外加膨胀剂，实现在水泥的不同水化阶段保持稳定的体积膨胀，但膨胀剂的加入增加了固井成本。因此，我们需要一种与水泥浆体系配合使用，可以减小温度对水泥浆流变性能影响，具有微膨胀效应的一种恒流变微膨胀降失水剂。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂能够解决固井过程中遇到的高温浆体变稀、稳定性下降的问题，满足了固井工程需求，配制出的水泥浆体系，具有稠化易调、流动性好、浆体稳定、失水量小等优点。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
6.一种恒流变微膨胀降失水剂，该降失水剂的组成成分包括如下重量份数原料：
7.链转移剂25-35份、丙烯酰胺20-30份、丙烯酸1-5份、马来酸1-5份、烯丙基聚乙二醇1-5份、乙二醇1-5份、n-乙烯基吡咯烷酮1-5份、引发剂1-2份、减水助剂1-5份、去离子水90-100份。
8.优选的，该降失水剂的组成成分包括如下重量份数原料：
9.链转移剂30份、丙烯酰胺25份、丙烯酸5份、马来酸3份、烯丙基聚乙二醇3份、乙二醇3份、n-乙烯基吡咯烷酮3份、引发剂1.5份、减水助剂3份、去离子水98份。
10.优选的，链转移剂为甲基丙烯磺酸钠。
11.优选的，减水助剂为尿素。
12.通过设置上述技术方案，甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸等单体与烯丙基聚乙二醇、乙二醇、n-乙烯基吡咯烷酮、尿素接枝共聚制得降失水剂，将该产品加入水泥浆体系中，使水泥浆冷热浆恒流变，降低温度对水泥浆流变性能影响，48h相对膨胀率为0.4％-3.2％，失水量控制在50ml以内。可见，本发明产品提高水泥浆的膨胀性，还解决了普
通降失水剂高温养护变稀导致浆体不稳定的问题，提高了固井质量。采用甲基丙烯磺酸钠取代普通降失水剂中的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，降低了固井成本。
13.优选的，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种。
14.优选的，链转移剂、丙烯酰胺、马来酸、n-乙烯基吡咯烷酮的质量之和为m
总
，丙烯酸的质量之和为m
丙烯酸
，m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:15-1:8。
15.优选的，m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:8。
16.通过设置上述技术方案，甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸作为降失水剂的合成单体，对丙烯酸的质量与单体质量的限定，有利于提高降失水剂的减水率，当丙烯酸的质量与单体质量比大于1:8时，会使得降失水剂的保坍性能降低。
17.优选的，该恒流变微膨胀降失水剂的制备方法包括如下步骤：
18.s1、在带有回流冷凝管的三口瓶中，按比例称取并加入马来酸、烯丙基聚乙二醇和乙二醇，在通入氮气且磁力搅拌的条件下升温至95-100℃，每隔0.2h测量混合物的酸值，计算得酯化率，酯化率为97-99％时，蒸馏得中间物a；
19.s2、在90-95℃的恒温水浴反应瓶中，按比例称取并加入链转移剂、丙烯酰胺、丙烯酸、n-乙烯基吡咯烷酮、引发剂、减水助剂和去离子水，并加入步骤s1所得中间物a，以350-400r/min的转速搅拌4-5小时，得恒流变微膨胀降失水剂。
20.优选的，烯丙基聚乙二醇的分子量为5000-6000。
21.本发明的有益效果为：
22.本发明通过甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸等单体与烯丙基聚乙二醇、乙二醇、n-乙烯基吡咯烷酮、尿素接枝共聚制得降失水剂，将该产品加入水泥浆体系中，使水泥浆冷热浆恒流变，降低温度对水泥浆流变性能影响，48h相对膨胀率为0.4％-3.2％，失水量控制在50ml以内。可见，本发明产品提高水泥浆的膨胀性，还解决了普通降失水剂高温养护变稀导致浆体不稳定的问题，提高了固井质量。采用甲基丙烯磺酸钠取代普通降失水剂中的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，降低了固井成本。
23.甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸作为降失水剂的合成单体，对丙烯酸的质量与单体质量的限定，有利于提高降失水剂的减水率，当丙烯酸的质量与单体质量比大于1:8时，会使得降失水剂的保坍性能降低。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.一种恒流变微膨胀降失水剂，该降失水剂的组成成分包括如下重量份数原料：
26.甲基丙烯磺酸钠25-35份、丙烯酰胺20-30份、丙烯酸1-5份、马来酸1-5份、分子量为5000-6000的烯丙基聚乙二醇1-5份、乙二醇1-5份、n-乙烯基吡咯烷酮1-5份、引发剂1-2份、尿素1-5份、去离子水90-100份。
27.引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种。
28.链转移剂、丙烯酰胺、马来酸、n-乙烯基吡咯烷酮的质量之和为m
总
，丙烯酸的质量
之和为m
丙烯酸
，m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:15-1:8。
29.该恒流变微膨胀降失水剂的制备方法包括如下步骤：
30.s1、在带有回流冷凝管的三口瓶中，按比例称取并加入马来酸、烯丙基聚乙二醇和乙二醇，在通入氮气且磁力搅拌的条件下升温至95-100℃，每隔0.2h测量混合物的酸值，计算得酯化率，酯化率为97-99％时，蒸馏得中间物a；
31.s2、在90-95℃的恒温水浴反应瓶中，按比例称取并加入链转移剂、丙烯酰胺、丙烯酸、n-乙烯基吡咯烷酮、引发剂、减水助剂和去离子水，并加入步骤s1所得中间物a，以350-400r/min的转速搅拌4-5小时，得恒流变微膨胀降失水剂。
32.实施例1：
33.一种恒流变微膨胀降失水剂，该降失水剂中各原料组分的配比如下：
34.表1实施例1中各原料组分的配比
35.组分重量/g甲基丙烯磺酸钠25丙烯酰胺20丙烯酸1马来酸5烯丙基聚乙二醇1乙二醇1n-乙烯基吡咯烷酮1偶氮二异丁腈1尿素1去离子水90
36.实施例2：
37.一种恒流变微膨胀降失水剂，该降失水剂中各原料组分的配比如下：
38.表2实施例2中各原料组分的配比
39.组分重量/g甲基丙烯磺酸钠35丙烯酰胺30丙烯酸5马来酸5烯丙基聚乙二醇5乙二醇5n-乙烯基吡咯烷酮5偶氮二异庚腈2尿素5去离子水100
40.实施例3：
41.一种恒流变微膨胀降失水剂，该降失水剂中各原料组分的配比如下：
42.表3实施例3中各原料组分的配比
43.组分重量/g甲基丙烯磺酸钠30丙烯酰胺25丙烯酸5马来酸3烯丙基聚乙二醇3乙二醇3n-乙烯基吡咯烷酮3偶氮二异丁腈1.5尿素3去离子水98
44.对比例1：
45.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：未添加甲基丙烯磺酸钠。
46.对比例2：
47.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：未添加丙烯酰胺。
48.对比例3：
49.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：未添加马来酸。
50.对比例4：
51.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：未添加n-乙烯基吡咯烷酮。
52.对比例5：
53.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：未添加马来酸。
54.对比例6：
55.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：未添加尿素。
56.对比例7：
57.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:18。
58.对比例8：
59.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:17。
60.对比例9：
61.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:16。
62.对比例10：
63.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:7。
64.对比例11：
65.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:6。
66.对比例12：
67.一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂与实施例3之间的区别仅在于：m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:5。
68.将上述实施例1-3、对比例1-12所得降失水剂进行性能测试，测得降失水剂中的综合性能，结果参见表4。
69.表4实施例1-3、对比例1-12所得降失水剂的性能参数
[0070][0071]
由表4可知：
[0072]
本发明通过甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸等单体与烯丙基聚乙二
醇、乙二醇、n-乙烯基吡咯烷酮、尿素接枝共聚制得降失水剂，将该产品加入水泥浆体系中，使水泥浆冷热浆恒流变，降低温度对水泥浆流变性能影响，48h相对膨胀率为0.4％-3.2％，失水量控制在50ml以内。可见，本发明产品提高水泥浆的膨胀性，还解决了普通降失水剂高温养护变稀导致浆体不稳定的问题，提高了固井质量。采用甲基丙烯磺酸钠取代普通降失水剂中的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，降低了固井成本。
[0073]
甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸作为降失水剂的合成单体，对丙烯酸的质量与单体质量的限定，有利于提高降失水剂的减水率，当丙烯酸的质量与单体质量比大于1:8时，会使得降失水剂的保坍性能降低。
[0074]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，该降失水剂的组成成分包括如下重量份数原料：链转移剂25-35份、丙烯酰胺20-30份、丙烯酸1-5份、马来酸1-5份、烯丙基聚乙二醇1-5份、乙二醇1-5份、n-乙烯基吡咯烷酮1-5份、引发剂1-2份、减水助剂1-5份、去离子水90-100份。2.根据权利要求1所述的恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，该降失水剂的组成成分包括如下重量份数原料：链转移剂30份、丙烯酰胺25份、丙烯酸5份、马来酸3份、烯丙基聚乙二醇3份、乙二醇3份、n-乙烯基吡咯烷酮3份、引发剂1.5份、减水助剂3份、去离子水98份。3.根据权利要求2所述的恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，链转移剂为甲基丙烯磺酸钠。4.根据权利要求3所述的恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，减水助剂为尿素。5.根据权利要求4所述的恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种。6.根据权利要求5所述的恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，链转移剂、丙烯酰胺、马来酸、n-乙烯基吡咯烷酮的质量之和为m
总
，丙烯酸的质量之和为m
丙烯酸
，m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:15-1:8。7.根据权利要求6所述的恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，m
丙烯酸
与m
总
之间的比例为1:8。8.根据权利要求7所述的恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，该恒流变微膨胀降失水剂的制备方法包括如下步骤：s1、在带有回流冷凝管的三口瓶中，按比例称取并加入马来酸、烯丙基聚乙二醇和乙二醇，在通入氮气且磁力搅拌的条件下升温至95-100℃，每隔0.2h测量混合物的酸值，计算得酯化率，酯化率为97-99％时，蒸馏得中间物a；s2、在90-95℃的恒温水浴反应瓶中，按比例称取并加入链转移剂、丙烯酰胺、丙烯酸、n-乙烯基吡咯烷酮、引发剂、减水助剂和去离子水，并加入步骤s1所得中间物a，以350-400r/min的转速搅拌4-5小时，得恒流变微膨胀降失水剂。9.根据权利要求8所述的恒流变微膨胀降失水剂，其特征在于，烯丙基聚乙二醇的分子量为5000-6000。

技术总结
本发明提供了一种恒流变微膨胀降失水剂，该恒流变微膨胀降失水剂的组成成分包括如下重量份数原料：链转移剂25-35份、丙烯酰胺20-30份、丙烯酸1-5份、马来酸1-5份、烯丙基聚乙二醇1-5份、乙二醇1-5份、N-乙烯基吡咯烷酮1-5份、引发剂1-2份、减水助剂1-5份、去离子水90-100份。本发明通过甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸等单体与烯丙基聚乙二醇、乙二醇、N-乙烯基吡咯烷酮、尿素接枝共聚制得降失水剂，将该产品加入水泥浆体系中，使水泥浆冷热浆恒流变，降低温度对水泥浆流变性能影响，48h相对膨胀率为0.4％-3.2％，失水量控制在50ml以内。本发明提高了水泥浆的膨胀性、解决了降失水剂高温养护变稀导致浆体不稳定的问题，提高了固井质量。提高了固井质量。


技术研发人员：王彪 邵新超 田镇 张婕 刘长江 付东阳 刘浩义 邵海东 李崇伟
受保护的技术使用者：河南省新星新材料科技有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/14