【技术实现步骤摘要】
本申请涉及地热能固井，具体涉及一种干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、干热岩是深埋于地表以下数千米，温度一般高于200℃的绿色清洁能源，属于地热能的一种。其为内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体，故开发利用原理实质是外界低温水与高温干热岩的热交换。具体开发过程为：首先从地表向干热岩所处位置钻一眼井，称之为注入井。在封闭井孔后，向井内注入高压低温水，在岩体致密的情况下，高压水会使岩体最小应力的方向产生许多裂缝，随着低温水不断注入,裂缝不断扩大,并相互连通,最终形成一个大致呈面状的人工干热岩热储构造。同时，在适当位置钻几眼，使其与人工干热岩热储构造贯通，用来回收高温液体和气体，称之为生产井。最后，从生产井提取的热量用于地热发电等，利用后的水又通过注入井回灌到干热岩中,从而达到循环利用的目的。
2、固井是开发过程中一项关键的实施步骤，固井质量决定井的安全性、经济性以及使用寿命等。固井过程中，需要在套管与井壁的环形空间中注入水泥，用来保护套管和支撑密封环形空间。当水泥经过高温区域时会快速凝固，丧失流动性，因此需要在水泥浆中加入缓凝剂来延长凝固时间，以保证水泥浆在到达指定位置前仍保持可泵状态。随着能源日益紧张，钻井深度逐渐转向更深层，井底的压力随之增大，温度也随之升高，因此需要更加耐高温的缓凝剂。
3、目前，国内外研究人员通常是将多种不同功能性单体聚合在一起，以开发性能较好的聚合物类缓凝剂。其中，功能性单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)具有活性高，耐高温、耐盐性好等优
技术实现思路
1、为解决在高温条件下，现有amps类聚合物缓凝剂用于水泥浆出现的易鼓包等稠化问题，本申请提供一种干热岩地热能固井用高温缓凝剂及其制备方法和应用。本申请以amps、ia、mapeg、nvp为原料，通过创新缓凝剂的合成过程，合成了一种新型聚合物缓凝剂。该缓凝剂无需后续处理可直接使用，且在高温下具有良好的缓凝性能，在保证稠化时间的前提下，也保证了固井水泥石的强度要求。
2、第一方面，本申请提供一种干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂，采用如下技术方案：一种干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂，所述耐高温缓凝剂是由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)、衣康酸(ia)、马来酸聚乙二醇单酯(mapeg)和n-乙烯基-2-吡咯烷酮(nvp)四种单体的水溶液通过自由基聚合而成的amps-ia-mapeg-nvp四元共聚物缓凝剂；
3、其中，amps占单体总摩尔量的65％-74％，ia占单体总摩尔量的9％-15％，mapeg占单体总摩尔量的6％-12％，nvp占单体总摩尔量的5％-8％。
4、通过采用上述技术方案，amps的磺酸基团对水泥颗粒具有较强的吸附能力，有助于水泥颗粒的均匀分散，减少颗粒间的团聚现象；ia作为一种不饱和二元羧酸，具有良好的共聚性能，能够与其它单体形成稳定的共聚物；mapeg的聚乙二醇链段具有良好的亲水性和润滑性，有助于改善水泥浆的流动性和减少摩擦阻力；而nvp的引入可以显著提高共聚物的耐热性能，在高温下nvp的杂环结构能够稳定存在，不易发生断裂或分解。
5、由上述四种单体聚合而成的共聚物形成了复杂的分子结构，其中包含了多种功能基团，如磺酸基、羧基、聚乙二醇链段和吡咯烷酮环等。一方面，部分基团与水泥颗粒发生吸附作用，提升水泥浆体系的稳定性；另一方面，这些基团相互作用，增强共聚物的内聚力，使其在高温下仍具有较好的稳定性，从而改善水泥浆在高温条件下易鼓包问题。
6、作为优选：所述马来酸聚乙二醇单酯通过如下步骤制备：将马来酸酐、聚乙二醇和对甲苯磺酸混合均匀，在70-90℃的条件下反应4-5h，制得马来酸聚乙二醇单酯。
7、通过采用上述技术方案，以对甲苯磺酸作为催化剂，使马来酸酐和聚乙二醇在上述温度下发生酯化反应，制得的马来酸聚乙二醇单酯酯化率较高，能够与其它单体稳定聚合。
8、在一些优选的实施方案中，聚乙二醇选用peg400，马来酸酐和聚乙二醇的反应温度为80℃，反应时间为4.5h。
9、作为优选：所述马来酸酐和聚乙二醇的摩尔比为(1-1.1):1。
10、通过采用上述技术方案，对马来酸酐和聚乙二醇的摩尔比进行限定，使得马来酸酐与聚乙二醇充分反应，提高马来酸聚乙二醇单酯的酯化率，减少副产物的生成。经测定马来酸酐和聚乙二醇的摩尔比为1.05:1时，制得的马来酸聚乙二醇单酯的酯化率可达到96.98％。
11、第二方面，本申请提供一种制备上述耐高温缓凝剂的方法，采用如下技术方案：
12、所述制备方法包括如下步骤：
13、s1、将naoh加入水中，制备30wt％的naoh水溶液；
14、s2、将ia溶解于水中，制备ia水溶液，使用步骤s1中的naoh水溶液调节ia水溶液的ph至5-11，再加入nvp混合均匀，制得溶液a；
15、s3、称取步骤s1中的na本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂，其特征在于：所述耐高温缓凝剂是由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、衣康酸（IA）、马来酸聚乙二醇单酯（MAPEG）和N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)四种单体的水溶液通过自由基聚合而成的AMPS-IA-MAPEG-NVP四元共聚物缓凝剂；
2.根据权利要求1所述的干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂，其特征在于：所述马来酸聚乙二醇单酯通过如下步骤制备：将马来酸酐、聚乙二醇和对甲苯磺酸混合均匀，在70-90℃的条件下反应4-5h，制得马来酸聚乙二醇单酯。
3.根据权利要求2所述的干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂，其特征在于：所述马来酸酐和聚乙二醇的摩尔比为（1-1.1）:1。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的耐高温缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的耐高温缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
6.根据权利要求4所述的耐高温缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中IA水溶液的浓度为7-
7.根据权利要求4所述的耐高温缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中溶液A和引发剂水溶液的滴加时间均控制在0.5-1h。
8.根据权利要求4所述的耐高温缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中反应温度为60-80℃，反应时间为2-3h。
9.一种如权利要求1-3中任一项所述的耐高温缓凝剂在干热岩地热固井中的应用，其特征在于：所述耐高温缓凝剂的使用温度为90-240℃。
...【技术特征摘要】
1.一种干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂，其特征在于：所述耐高温缓凝剂是由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（amps）、衣康酸（ia）、马来酸聚乙二醇单酯（mapeg）和n-乙烯基-2-吡咯烷酮(nvp)四种单体的水溶液通过自由基聚合而成的amps-ia-mapeg-nvp四元共聚物缓凝剂；
2.根据权利要求1所述的干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂，其特征在于：所述马来酸聚乙二醇单酯通过如下步骤制备：将马来酸酐、聚乙二醇和对甲苯磺酸混合均匀，在70-90℃的条件下反应4-5h，制得马来酸聚乙二醇单酯。
3.根据权利要求2所述的干热岩地热能固井用耐高温缓凝剂，其特征在于：所述马来酸酐和聚乙二醇的摩尔比为（1-1.1）:1。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的耐高温缓凝剂的制备方法，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓东，王永钊，胡长流，李志福，张昌生，裴继凯，武瑞芳，赵福金，
申请(专利权)人：山西省地质工程勘察院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。