一種溫度響應型兩性聚合物緩凝劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種溫度響應型兩性聚合物緩凝劑及其制備方法，屬于油氣田勘探開 發化學品領域。
【背景技術】
[0002] 隨著石油開采工藝的不斷發展，加之淺層油氣田的開采殆盡，深井、超深井成為人 們研究的重點，在深井、超深井開采作業中，前期固井作業對后續施工有很大的影響。隨井 深的不斷增大，注水泥井段上下地層溫差和壓差越來越大，固井水泥漿隨井深的不斷增加 物化性能發生了明顯變化，這就對油井水泥各種外加劑的性能提出了更高的要求。
[0003] 目前，固井施工中所使用的緩凝劑主要有無機緩凝劑和有機緩凝劑兩大類，但目 前市售緩凝劑普遍存在耐溫性差，需復配使用，對加量和溫度敏感、超緩凝、水泥漿體不穩 定和后期水泥石強度小等弊端。
[0004] 近年來，針對現場施工中所遇到的問題，提出開發耐井底循環高溫且進口低溫條 件下強度發展良好，加量小且稠化時間可調，溫度和加量敏感下性小，稠化線形良好且直角 稠化效果明顯，與其他油井水泥外加劑配伍性好，水泥漿綜合性能良好滿足現場施工要求 的緩凝劑，以便固井作業安全高效的進行。

【發明內容】

[0005] 基于上述現場施工中所遇到的問題，本發明的目的在于提供一種溫度響應型兩性 聚合物緩凝劑及其制備方法，該緩凝劑耐井底循環高溫，且對井口低溫條件下水泥石強度 發展無影響，稠化時間可調，稠化線形良好，直角稠化效果明顯，溫度和加量敏感性低，與其 他外加劑配伍性良好，水泥漿體穩定且綜合性能滿足現場施工要求。
[0006] 為達到上述目的，本發明首先提供一種溫度響應型兩性聚合物緩凝劑的制備方 法，包括以下步驟：
[0007] (1)、按質量百分數稱取相應的單體并溶解于去離子水中，將馬來酸酐溶液置于反 應瓶中攪拌加熱并冷凝管回流，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙 烯酰胺的混合溶液置于恒壓滴液漏斗中；
[0008] (2)、稱取占單體質量8%的引發劑過硫酸銨并溶解于去離子水中，置于恒壓滴液 漏斗中；
[0009] (3)、待體系溫度升值預設溫度90°C時，開始滴加引發劑溶液，以及2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺三者的混合溶液并計時；
[0010] (4)、滴加lh，然后恒溫反應4h，將得到的溶液冷卻、提純、干燥、研磨，即可得溫度 響應型兩性聚合物緩凝劑。
[0011] 該溫度響應型兩性聚合物緩凝劑高低溫下的緩凝原理由低場核磁共振分析測試 技術可以得出：該緩凝劑主要通過側鏈對周圍環境不同溫度自適應式響應起到不同的緩凝 效果的。
[0012] 本發明的有益成果是：本發明實現了在井底循環溫度140°C的條件下對水泥漿有 明顯的緩凝作用，同時，井口溫度為70°C的條件下對水泥石強度發展無影響，水泥漿稠化時 間可調性好，溫度和加量敏感性低，水泥漿體穩定且綜合性能滿足現場施工要求。
【附圖說明】
[0013] 圖1為一次注水泥井段示意圖
[0014] 圖2為水泥漿高溫高壓稠化曲線（140°C、70MPa)。
[0015] 圖3為水泥漿高溫高壓稠化曲線（70°C、35MPa)
[0016] 圖4為水泥漿橫向弛豫時間T2分布曲線。
【具體實施方式】
[0017] 為了對本發明的技術特征以及有益成果有更清晰的理解認識，對本發明的技術方 案進行以下詳細的說。
[0018] -、溫度響應型兩性聚合物緩凝劑的制備
[0019] 實例 1
[0020] (1)、按質量百分數稱取相應的單體并溶解于去離子水中，將馬來酸酐溶液置于反 應瓶中攪拌加熱并冷凝管回流，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙 烯酰胺的混合溶液置于恒壓滴液漏斗中；
[0021] (2)、稱取占單體質量8%的引發劑過硫酸銨并溶解于去離子水中，置于恒壓滴液 漏斗中；
[0022] (3)、待體系溫度升值預設溫度90°C時，開始滴加引發劑溶液，以及2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺三者的混合溶液并計時；
[0023] (4)、滴加lh，然后恒溫反應4h，將得到的溶液冷卻、提純、干燥、研磨，即可得溫度 響應型兩性聚合物緩凝劑。
[0024] 二、溫度響應型兩性聚合物緩凝劑的性能測試
[0025] 實例 2
[0026] 將實例1所制備的溫度響應型兩性聚合物緩凝劑配制固井水泥漿，該水泥漿由以 下各組分按重量份組成。
[0027]
[0028] 本發明溫度響應型兩性聚合物緩凝劑在加量為3%時，135°C、140°C和145°C時稠 化時間如表1所示，其中，140°C、70MPa下稠化曲線如圖2所示：
[0029] 表1溫度敏感性實驗
[0030]
[0031] 本發明溫度響應型兩性聚合物緩凝劑在加量為3%時，溫度每增加5°C稠化時間 的變化率在20 %以內，該兩性聚合物緩凝劑溫度敏感性低，此外，相關實驗也證明，該兩性 聚合物緩凝劑對加量敏感性較低，加量敏感系數1. 〇,符合SY/T5504. 1-2005標準3. 0以 內的要求。其中，140°C、70MPa下稠化曲線如圖2所示，從圖2可以得知：加入該緩凝劑之 后，水泥漿初始稠度低，稠化線形良好，無臺階或鼓包等不良線形，直角稠化效果明顯，稠化 時間適宜。
[0032] 實例 3
[0033] 將實例1所制備的溫度響應型兩性聚合物緩凝劑配制固井水泥漿，該水泥漿由以 下各組分按重量份組成。
[0034]
[0035] 本發明溫度響應型兩性聚合物緩凝劑在加量0. 2%和0. 5%時，分別在70°C和 90°C，常壓條件下養護24h和48h水泥石的抗壓強度試驗如表1所示，其中，加量為1%時， 70°C、35MPa下稠化曲線如圖3所示：
[0036] 表1水泥石抗壓強度
[0037]
[0038] 本發明制備的溫度響應型兩性聚合物緩凝劑即可在高溫條件下使用，又在低溫條 件下強度發展良好，遠遠大于SY/T5504. 1-2005《油井水泥外加劑評價方法第一部分-緩 凝劑》中規定的14MPa，滿足固井施工對水泥石強度的要求；此外，緩凝劑加量對抗壓強度的 影響較小，具有較好的溫度適應性，拓寬了該緩凝劑的使用溫度區間。
[0039] 實例 4
[0040] 將實例1所制備的溫度響應型兩性聚合物緩凝劑配制固井水泥漿，該水泥漿由以 下各組分按重量份組成。
[0041]
[0043] 本發明溫度響應型兩性聚合物緩凝劑高低溫不同緩凝作用原理可理解為：該緩凝 劑的側基，可以對周圍環境溫度做出自適應式響應，使之具有較強的溫度適應性，溫度響應 型兩性聚合物緩凝劑水泥漿于70 °C和140 °C養護4h之后做低場核磁實驗，水泥漿橫向弛豫 時間分布曲線如圖4所示：
[0044] 本發明溫度響應型兩性聚合物緩凝劑高低溫下（70°C、140°C)不同緩凝原理經 低場核磁共振分析測試技術研究可知，該緩凝劑分子結構中含有體積龐大的側鏈，在低溫 70°C時，側鏈蜷縮，部分被主鏈包覆，表現為較低的緩凝效果，橫向弛豫時間分布曲線較為 集中且向短弛豫時間方向偏移，填充于絮凝結構之間的水的含量相對較少，而處于140°C 時，經高溫作用，側鏈充分伸展，表現為較高的緩凝效果，橫向弛豫時間T2分布曲線較為分 散且向長弛豫時間方向偏移，填充于絮凝結構之間的水的相對含量也較大，因此，該溫度響 應型兩性聚合物緩凝劑具有較強的溫度適應性，滿足日益復雜的固井施工條件的需求，具 有較大的應用前景。
【主權項】
1. 一種溫度響應型兩性聚合物油井水泥緩凝劑的制備方法，依次包括如下： (1) 、按質量百分數稱取相應的單體并溶解于去離子水中，將馬來酸酐溶液置于反應瓶 中攪拌加熱并冷凝管回流，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰 胺的混合溶液置于恒壓滴液漏斗中； (2) 、稱取占單體質量8%的引發劑過硫酸銨并溶解于去離子水中，置于恒壓滴液漏斗 中； (3) 、待體系溫度升值預設溫度90°C時，開始滴加引發劑溶液，以及2-丙烯酰胺-2-甲 基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺三者的混合溶液并計時； (4) 、滴加lh，然后恒溫反應4h，將得到的溶液冷卻、提純、干燥、研磨，即可得溫度響應 型兩性聚合物緩凝劑。2. 依權利1要求所述的溫度響應型兩性聚合物緩凝劑的制備方法，引發劑溶液、2-丙 烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨和丙烯酰胺三者的混合溶液滴加lh，然后 恒溫反應4h。
【專利摘要】本發明涉及一種油氣井勘探開發領域的油井水泥緩凝劑及其制備方法，該兩性聚合物緩凝劑有二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、馬來酸酐(MA)和丙烯酰胺(AM)四種結構單元，各組分質量百分數為：DMDAAC？10％～20％、AMPS？20％～30％、MA？30％～50％、AM？10％～30％。由于該兩性聚合物分子結構中的側基，可以對周圍環境溫度做出自響應式反應，溫度適應性強，本發明實現了注水泥井段上下端溫度分別為70℃和140℃的整個溫度區間內對水泥漿的緩凝作用(圖1)，水泥漿的稠化時間與緩凝劑加量呈良好的線性關系，直角稠化效果明顯，溫度和加量敏感性低，水泥漿綜合性能滿足固井施工要求；此外，該緩凝劑合成工藝簡單，成本低，可操作性強，可以實現大規模的生產應用。
【IPC分類】C08F226/02, C09K8/467, C08F220/56, C08F222/06, C08F220/58
【公開號】CN105273135
【申請號】CN201510811298
【發明人】張瑞, 霍錦華, 王吉星, 趙子靜, 孫立君, 毛旭, 許夏斌, 陳大鈞
【申請人】西南石油大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年12月11日