一种用于超高温缓凝剂的聚合物、制备方法和超高温缓凝剂技术

本发明专利技术涉及油气井固井外加剂技术领域，具体而言，涉及一种用于超高温缓凝剂的聚合物、制备方法和超高温缓凝剂。该聚合物结构中具有耐高温强吸附性阳离子单体、多羧基单体以及具有特殊构型的耐高温刚性单体。该化合物作为超高温缓凝剂，适用温度范围为50～240℃以上，在固井水泥浆中添加量在4.0％时，水泥浆稠化时间可达546min，且稠化时间与温度、加量线性关系良好。该超高温缓凝剂可有效防止超深井长封固段水泥浆柱顶部超缓凝，适用于多种水泥浆体系，能满足各种特殊井固井技术要求；可保障固井施工的安全、降低作业风险；其制备方法简单、安全环保、原料易得、生产成本低，并能够实现工业化生产和规模推广应用。业化生产和规模推广应用。业化生产和规模推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超高温缓凝剂的聚合物、制备方法和超高温缓凝剂


[0001]本专利技术涉及油气井固井外加剂
，具体而言，涉及一种用于超高温缓凝剂的聚合物、制备方法和超高温缓凝剂。

技术介绍

[0002]深层超深层油气资源潜力巨大，已成为增储上产重要领域。深井超深井是未来油气勘探开发和提高产量的主要方向，但井底超高温对固井提出严峻挑战，如何有效控制固井水泥浆体系稠化时间是保障固井作业安全的关键。缓凝剂是延长水泥浆稠化时间、改善体系流变性和确保体系综合性能的主要外加剂之一，是保障深井超深井固井作业安全和固井质量的关键材料，直接决定固井作业成败。
[0003]油井水泥缓凝剂种类繁多，主要包括木质素磺酸盐类、纤维素、糖类聚合物、无机盐、聚合物等，木质素磺酸盐类、纤维素、糖类聚合物等缓凝剂由于材料来源分散及组成、结构的非均一性而导致产品性能不稳定。传统缓凝剂分子结构多以阴离子官能团为主，具有较强的亲水性，通过在水泥颗粒表面的吸附来延长高温稠化时间，而在高温高压环境下，水呈现亚临界状态。相比常压下的液态水，随着温度升高，亚临界水的表面张力逐渐降低，介电常数逐渐减小，氢键作用及氢键密度逐渐降低，这种物理化学性质的变化不利于强极性外加剂效能的有效发挥。因此，超高温高压条件下传统缓凝剂存在严重的解吸附和水解现象，导致缓凝效果降低、缓凝剂加量急剧增大，甚至无法有效延长水泥浆稠化时间。
[0004]AMPS类聚合物其具有良好的耐温抗盐能力、分子结构设计多样性和可控生产等特点，而成为油气井固井重要的高温缓凝剂。彭志刚等(Zhigang P,Jian Z,Qian F,et al.Synthesis and retarder mechanism study of a novel amphoteric composite high temperature
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resistant retarder for oil well cement[J].RSC Advances,2018,8(27):14812
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14822.)以2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)和二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC)为单体，以改性蒙脱土为活性聚合填料，制备了一种耐高温油井水泥缓凝剂(PAADM)，在120～200℃内具有良好的缓凝效果；夏修建等(夏修建，郭锦棠，于永金，等.固井用新型高温缓凝剂的研究与应用[J].钻井液与完井液，2015，32(2)：72
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75.)将AMPS、IA(衣康酸)、可聚合季铵盐单体作为反应单体，制备了缓凝剂GWH
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1，其耐温可达200℃，抗盐达饱和，能满足温差为50～120℃的长封固段固井作业；郭锦棠等(郭锦棠，夏修建，刘硕琼，等.适用于长封固段固井的新型高温缓凝剂HTR
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300L[J].石油勘探与开发，2013，40(5)：611
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615.)在分子结构中引入不饱和阳离子单体DY，使分子间和分子内能形成稳定的缔合结构，合成的高温缓凝剂分子具有温度感应伸缩性，其适用于井底循环温度70～200℃。CN101967371A公开了一种由AMPS、IA、丙烯酰胺(AM)、N,N
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二甲氨基丙基丙烯酰胺(DMAPAA)合成的抗高温油井水泥缓凝剂，耐温180℃，在中低温条件下水泥石强度发展迅速，但该缓凝剂不适用于井底循环温度更高的深井或超深井固井作业。CN104403056A公开了一种由AMPS、DMDAAC、马来酸酐或IA或富马酸、AA或甲基丙烯酸四种聚合单体共聚而成的超高温缓凝剂，掺量6.0％使230℃水泥浆稠化时间达289min。CN110092597A公开了一种由
磷酸二氢钾、硼砂及氯化钙适配而成的高温缓凝剂，220℃条件下的水泥浆稠化时间为2.5h，稠化时间较短。现有高温缓凝剂未能突破超高温232℃瓶颈，其抗高温能力有待进一步提高。目前国内研发的聚合物缓凝剂在高温条件下仍存在严重的解吸附和水解，提高水泥浆稠化时间的能力有限，同时高温下的调凝性能较差，难以满足超高温固井作业安全的要求。近年来，国外油服公司重点加强超高温缓凝剂研发，而国内鲜有抗温205℃以上的超高温缓凝剂。
[0005]以上述专利为代表的现有技术，虽在固井缓凝剂的耐温、抗盐性能或改善水泥浆流变性能等方面取得了一定成效，但在超高温、超深井复杂地层的固井作业中仍存在一定问题，已无法满足勘探开发新形势下的超高温固井需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于超高温缓凝剂的聚合物、制备方法和超高温缓凝剂。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供一种用于超高温缓凝剂的聚合物，所述聚合物的结构式如通式(1)所示：
[0009][0010]所述通式(1)中，a、b、c、d、e均为摩尔数，a：b：c：d：e的比值范围为，(12
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21):(32
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43):(26
‑
34):(5
‑
8):(0
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5)；
[0011]所述通式(1)中，R1、R2、R3、R4和R5分别表示为H；
[0012]所述通式(1)中，n为5或7；m为5或7。
[0013]进一步，所述通式(1)中，a：b：c：d：e的比值为17:42:31:6:4；所述通式(1)中，n为7；m为5。
[0014]本专利技术提供一种超高温缓凝剂，包括上述的聚合物以及水。
[0015]本专利技术提供一种固井水泥浆，所述固井水泥浆的成分包括水泥、水和如上述的超
高温缓凝剂；其中，所述超高温缓凝剂中的所述聚合物的质量为所述水泥质量的1.5
‑
4.0％。
[0016]本专利技术提供一种如上述的用于超高温缓凝剂的聚合物的制备方法，在引发剂、金属离子螯合剂、助溶剂和链转移剂存在的条件下，在通氮气环境中，将单体A、单体B、单体C、单体D同时与超纯水混合，当所述通式(1)中的e大于0时，还添加单体E；进行自由基共聚反应，并得到含有所述通式(1)聚合物的溶液；其中，所述单体A的化学式如通式(2)所示；所述单体B的化学式如通式(3)所示；所述单体C的化学式如通式(4)所示；所述单体D的化学式如通式(5)所示；所述单体D的化学式如通式(6)所示；
[0017][0018][0019]进一步，所述单体A的质量份数为8～10份，所述单体B的质量份数为35～40份，所述单体C的质量份数为9.7～11份，所述单体D的质量份数为6.7～9份，所述单体E的质量份数为0～5份；所述单体A、所述单体B、所述单体C、所述单体D和所述单体E的总质量为所述超纯水质量的15
‑
30％。
[0020]进一步，所述引发剂为偶氮引发剂和氧化还原引发剂中的至少一种；所述引发剂的质量为所述单体A、所述单体B、所述单体C、所述单体D和所述单体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超高温缓凝剂的聚合物，其特征在于，所述聚合物的结构式如通式(1)所示：所述通式(1)中，a、b、c、d、e均为摩尔数，a：b：c：d：e的比值范围为，(12
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21):(32
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43):(26
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34):(5
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8):(0
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5)；所述通式(1)中，R1、R2、R3、R4和R5分别表示为H；所述通式(1)中，n为5或7；m为5或7。2.根据权利要求1所述一种用于超高温缓凝剂的聚合物，其特征在于，所述通式(1)中，a：b：c：d：e的比值为17:42:31:6:4；所述通式(1)中，n为7；m为5。3.一种超高温缓凝剂，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的聚合物以及水。4.一种固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆的成分包括水泥、水和如权利要求3所述的超高温缓凝剂；其中，所述超高温缓凝剂中的所述聚合物的质量为所述水泥质量的1.5
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4.0％。5.一种如权利要求1或2所述的用于超高温缓凝剂的聚合物的制备方法，其特征在于：在引发剂、金属离子螯合剂、助溶剂和链转移剂存在的条件下，在通氮气环境中，将单体A、单体B、单体C、单体D同时与超纯水混合，当所述通式(1)中的e大于0时，还添加单体E；混合后，各单体进行自由基共聚反应，并得到含有所述通式(1)聚合物的溶液；其中，所述单体A的化学式如通式(2)所示；所述单体B的化学式如通式(3)所示；所述单体C的化学式如通式(4)所示；所述单体D的化学式如通式(5)所示；所述单体D的化学式如通式(6)所示；
6....

【专利技术属性】
技术研发人员：于永金，夏修建，靳建洲，王成文，刘慧婷，齐奉忠，张华，张弛，刘子帅，徐璞，张佳滢，张海志，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：