專利名稱：油井水泥分散劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水泥分散劑及其制備方法，特別是一種油井水泥分散劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
油井水泥漿是以水為連續(xù)相以水泥顆粒為分散相的高濃度的懸浮體系。固含量 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))最高可達(dá)70%。水泥漿體系中的絮狀結(jié)構(gòu)和較大的粒子聚集體均使水泥漿粘度增大，流動性變差。在封固井壁和套管間的環(huán)隙時，一般是在套管中泵入水泥漿，水泥漿再從環(huán)隙中返出，這就要求水泥漿具有良好的流變性能。通過向水泥中加入分散劑，可使絮凝結(jié)構(gòu)和粒子聚集體破壞，甚至碎裂成碎片，將包裹的水釋放出來，降低了分散相的有效體積，并因此降低了體系粘度，改善了水泥漿的流動性能。使用分散劑可降低水泥漿的流動阻力，減少固井施工壓力，防止井漏，同時，能使水泥漿在較低的泵送速度下達(dá)到紊流，提高了對井壁和套管壁的沖洗效果，延長了沖洗驅(qū)替的“接觸時間”，從而提高對鉆井液的頂替效率，有利于提高固井質(zhì)量。目前已有許多類型的分散劑用于固井水泥漿體系中。如醛酮類分散劑對油井水泥有很好的分散性，但是在現(xiàn)場應(yīng)用時存在某些缺陷粉體粉塵大引起毒性大、不耐鹽、對水泥的適應(yīng)性不好等；木質(zhì)素磺酸鹽、聚萘磺酸鹽是目前油井水泥最通用的分散劑，這類物質(zhì)卻對水泥有較強(qiáng)的緩凝作用，并且使用溫度較低，不耐鹽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用溫度范圍廣，且無論是在淡水還是鹽水中都有很好的分散性能的具有耐高溫性能和抗鹽性能的油井水泥分散劑及其制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種新型的油井水泥分散劑，是由烯基磺酸、烯基酰胺、烯基羧酸和烯基酸酐反應(yīng)生成的共聚物，所述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)烯基磺酸60-80%、烯基酰胺15-35%、烯基羧酸1-5%和烯基酸酐1_15%，粘均分子量為50萬-250萬。其中烯基磺酸是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸；烯基酰胺是丙烯酰胺、N, N- 二甲基丙烯酰胺或N，N- 二乙基丙烯酰胺；烯基羧酸是丙烯酸或甲基丙烯酸；烯基酸酐是順丁烯二酸酐。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，提供一種油井水泥用耐溫抗鹽聚合物分散劑， 是由A組分2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、B組分丙烯酰胺、C組分丙烯酸和D組分順丁烯二酸酐聚合而成的共聚物。發(fā)明組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為A組分65-80%，B組分15-30%， C組分1-5%和D組分1-10%。這個聚合物的粘均分子量為50萬-200萬。其結(jié)構(gòu)式如下在本發(fā)明的另一個具體實施方式
中，提供一種油井水泥用耐溫抗鹽聚合物分散劑，是由A組分2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，E組分是N，N- 二甲基丙烯酰胺，F(xiàn)組分是甲基丙烯酸，D組分是順丁烯二酸酐聚合而成的共聚物。發(fā)明組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為A組分60-75%， E組分20-30%，F(xiàn)組分1-5%和D組分3_15%，這個聚合物分子的粘均分子量為60萬-250萬。 其結(jié)構(gòu)式如下
本發(fā)明還提供上述抗高溫聚合物分散劑的制備方法，包括如下步驟將烯基磺酸、烯基酰胺、烯基羧酸和烯基酸酐加入裝有溶劑的反應(yīng)釜中，用堿調(diào)節(jié)PH，對反應(yīng)釜加熱，在一定的溫度下加入引發(fā)劑，反應(yīng)一段時間后終止反應(yīng)。其溶劑是水，聚合引發(fā)劑是過硫酸銨、 過硫酸鉀或過氧化苯甲酰；反應(yīng)物重量占形成溶液總重量的15-25wt%，優(yōu)選18-20wt% ；引發(fā)劑加入量是反應(yīng)物重量的0. 09-lwt%，優(yōu)選0. 1-0. 3wt% ；聚合反應(yīng)溫度為30-90°C，優(yōu)選 60-750C ；聚合時間為1-3小時，優(yōu)選2-3小時；堿是氫氧化鈉或碳酸鈉，pH調(diào)節(jié)到5_7。本發(fā)明的優(yōu)點和特點
1、能顯著降低水泥漿稠度、提高流動性、改善流變性能。2、適用溫度范圍廣，使用溫度最高可達(dá)180°C。3、耐鹽性能高，在淡水和半飽和鹽水中都具有良好的分散性能。4、與其他油井水泥外加劑的相容性好。5、對油井水泥無緩凝作用，強(qiáng)度發(fā)展快。6、與水泥的適應(yīng)性好。
具體實施例方式本發(fā)明的油井水泥分散劑，是由烯基磺酸、烯基酰胺、烯基羧酸和烯基酸酐反應(yīng)生成的共聚物，所述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)烯基磺酸60-80%、烯基酰胺15-35%、烯基羧酸1-5%和烯基酸酐1_15%，粘均分子量為50萬-250萬。所述烯基磺酸是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸；所述烯基酰胺是丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺或N，N-二乙基丙烯酰胺；所述烯基羧酸是丙烯酸或甲基丙烯酸；所述烯基酸酐是順丁烯二酸酐。所述烯基磺酸是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述烯基酰胺是丙烯酰胺，所述烯基羧酸是丙烯酸，所述烯基酸酐是順丁烯二酸酐。所述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸65-80%，丙烯酰胺15_30%， 丙烯酸1-5%和順丁烯二酸酐1_10%，粘均分子量為50萬-200萬。所述烯基磺酸是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述烯基酰胺是N，N- 二甲基丙烯酰胺，所述烯基羧酸是甲基丙烯酸，所述烯基酸酐是順丁烯二酸酐。所述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸60-75%，N, N- 二甲基丙烯酰胺20-30%，甲基丙烯酸1-5%和順丁烯二酸酐3-15%，粘均分子量為60萬-250萬。所述的油井水泥分散劑的制備方法，包括如下步驟將烯基磺酸、烯基酰胺、烯基羧酸和烯基酸酐加入裝有溶劑的反應(yīng)釜中，用堿調(diào)節(jié)PH，對反應(yīng)釜加熱，加入引發(fā)劑，反應(yīng)一段時間，終止反應(yīng)，得到液體分散劑，將液體分散劑干燥粉碎可得粉末狀固體分散劑。所述溶劑是水，反應(yīng)物重量占形成溶液總重量的15-25% ；所述聚合引發(fā)劑是過硫酸銨、過硫酸鉀或過氧化苯甲酰中的一種，引發(fā)劑加入量是反應(yīng)物重量的0. 09-1%。所述終止反應(yīng)是通過加入終止劑亞硫酸氫鈉，加入量是反應(yīng)物重量的0. 5-1. 5%。所述聚合反應(yīng)溫度為30-90°C ；聚合時間為1-3小時；堿是氫氧化鈉或碳酸鈉，pH 調(diào)節(jié)到5-7。為了理解本發(fā)明，下面以實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不限制本發(fā)明。實施例1
取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸150g、丙烯酰胺65g、丙烯酸5g、順丁烯二酸酐10g、 水800g，開啟攪拌，將四種單體依次加入到水中，攪拌均勻后加入一定量的氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH=6. 0，邊攪拌邊加熱，在溫度為75°C時加入質(zhì)量濃度為3%的過硫酸銨溶液15g，持續(xù)升溫至84°C后恒溫100分鐘，進(jìn)行聚合物反應(yīng)，然后加入質(zhì)量濃度為5%的亞硫酸氫鈉溶液 35g，繼續(xù)攪拌30分鐘，反應(yīng)結(jié)束，得到淡黃色液態(tài)分散劑，干燥粉碎后得到固體粉末狀分散劑產(chǎn)品。實施例2
取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸150g、N, N- 二甲基丙烯酰胺68g、甲基丙烯酸5g、順丁烯二酸酐20g、水800g，調(diào)節(jié)溶液pH=6. 5，在溫度為70°C時加入質(zhì)量濃度為3%的過硫酸銨溶液20g。按照實施例1所述方法進(jìn)行操作，得到本發(fā)明分散劑。實施例3
取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸150g、丙烯酰胺34g、甲基丙烯酸6g、順丁烯二酸酐 IOgdK 800g，調(diào)節(jié)溶液pH=5. 5，在溫度為68°C時加入過硫酸銨溶液質(zhì)量濃度為3%的15g。按照實施例1所述方法進(jìn)行操作，得到本發(fā)明分散劑。實施例4
取苯乙烯磺酸150g、N, N-二甲基丙烯酰胺36g、丙烯酸6. 5g、順丁烯二酸酐20g、水 800g，調(diào)節(jié)溶液pH=6. 5，在溫度為60°C時加入質(zhì)量濃度為3%的過硫酸銨溶液15g。按照實施例1所述方法進(jìn)行操作，得到本發(fā)明分散劑。實施例5取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸150g、N, N- 二乙基丙烯酰胺45g、甲基丙烯酸4. 5g、 順丁烯二酸酐15g、水800g，調(diào)節(jié)溶液pH=5. 5，在溫度為72°C時加入質(zhì)量濃度為3%的過硫酸銨溶液20g。按照實施例1所述方法進(jìn)行操作，得到本發(fā)明分散劑。實施例6
取苯乙烯磺酸150g、N, N- 二乙基丙烯酰胺60g、甲基丙烯酸7g、順丁烯二酸酐Mg、水 800g，調(diào)節(jié)溶液pH=6. 0，在溫度為65°C時加入質(zhì)量濃度為3%的過硫酸銨溶液15g。按照實施例1所述方法進(jìn)行操作，得到本發(fā)明分散劑。上述實施例1-6中得到的本發(fā)明分散劑的粘均分子量經(jīng)測試，在50萬-250萬范圍內(nèi)。實施例7本發(fā)明油井水泥分散劑的分散性能評價
按API規(guī)范，取嘉華G級油井水泥制備水泥漿，在常壓稠度儀中恒溫85°C攪拌20分鐘， 然后按中國人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY-T5504. 3-2008“油井水泥外加劑評價方法” 測定水泥漿的流變性，評價實施例1和實施例2合成樣品的分散性能。選用冪律模式計算流變參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種油井水泥分散劑，其特征在于，是由烯基磺酸、烯基酰胺、烯基羧酸和烯基酸酐反應(yīng)生成的共聚物，所述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)烯基磺酸60-80%、烯基酰胺15-35%、烯基羧酸 1-5%和烯基酸酐1_15%，粘均分子量為50萬-250萬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥分散劑，其特征在于，所述烯基磺酸是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸；所述烯基酰胺是丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺或 N, N-二乙基丙烯酰胺；所述烯基羧酸是丙烯酸或甲基丙烯酸；所述烯基酸酐是順丁烯二酸酐。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油井水泥分散劑，其特征在于，所述烯基磺酸是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述烯基酰胺是丙烯酰胺，所述烯基羧酸是丙烯酸，所述烯基酸酐是順丁烯二酸酐。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油井水泥分散劑，其特征在于，所述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸65-80%，丙烯酰胺15-30%，丙烯酸1_5%和順丁烯二酸酐1_10%，粘均分子量為50萬-200萬。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油井水泥分散劑，其特征在于，所述烯基磺酸是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述烯基酰胺是N，N- 二甲基丙烯酰胺，所述烯基羧酸是甲基丙烯酸，所述烯基酸酐是順丁烯二酸酐。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的油井水泥分散劑，其特征在于，所述組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸60-75%，N, N- 二甲基丙烯酰胺20-30%，甲基丙烯酸1_5%和順丁烯二酸酐3-15%，粘均分子量為60萬-250萬。
7.如權(quán)利要求1中所述的油井水泥分散劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將烯基磺酸、烯基酰胺、烯基羧酸和烯基酸酐加入裝有溶劑的反應(yīng)釜中，用堿調(diào)節(jié)PH，對反應(yīng)釜加熱，加入引發(fā)劑，反應(yīng)一段時間，終止反應(yīng)，得到液體分散劑，將液體分散劑干燥粉碎可得粉末狀固體分散劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的油井水泥分散劑的制備方法，其特征在于，所述溶劑是水， 反應(yīng)物重量占形成溶液總重量的15-25% ；所述聚合引發(fā)劑是過硫酸銨、過硫酸鉀或過氧化苯甲酰中的一種，引發(fā)劑加入量是反應(yīng)物重量的0. 09-1%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的油井水泥分散劑的制備方法，其特征在于，所述終止反應(yīng)是通過加入終止劑亞硫酸氫鈉，加入量是反應(yīng)物重量的0. 5-1. 5%。
10.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的油井水泥分散劑的制備方法，其特征在于，所述聚合反應(yīng)溫度為30-90°C ；聚合時間為1-3小時；堿是氫氧化鈉或碳酸鈉，pH調(diào)節(jié)到5-7。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油井水泥分散劑及其制備方法，由烯基磺酸、烯基酰胺、烯基羧酸和烯基酸酐聚合反應(yīng)生成的共聚物，其四種組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成分別為烯基磺酸60-80%、烯基酰胺15-35%、烯基羧酸1-5%和烯基酸酐1-15%。本發(fā)明的油井水泥分散劑對油井水泥分散性優(yōu)異、使用溫度可達(dá)180℃、抗鹽性能良好、無緩凝副作用并且與油井水泥其他外加劑有良好的相容性。
文檔編號C04B24/26GK102241490SQ20111009911
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者劉中華 申請人:天津科力奧爾工程材料技術(shù)有限公司