一种合成聚合物类油井水泥降失水剂，通过丙烯酰胺类单体、交联剂和其他单体共聚而成。本发明专利技术聚合物不仅在高温、高压和强碱条件下具有很强的稳定性，还能有效提高固井水泥浆体系在高温、高压和高盐环境下的降失水性能，极大程度地解决了水泥的沉降问题，大幅地改善了缓凝问题，特别适用于超深、超高温和超高压油井的水泥固井。本发明专利技术聚合物能稳定固井水泥浆体系，水泥浆无游离液，增大水泥的强度。一般情况下(80℃)，本发明专利技术聚合物的使用量仅需0.5％BOWC，在高温、高压和高盐条件下也仅需要使用1.0％BOWC，即可实现固井水泥降失水的目的，经济效果十分显著。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种由多种单体聚合而成的高分子，尤其涉及一种用于油井固井的合 成聚合物，通过丙烯酰胺类单体、交联剂和其他单体共聚而成。本专利技术聚合物不仅在高温、 高压和强碱条件下具有很强的稳定性，还能有效提高固井水泥浆体系在高温、高压和高盐 环境下的降失水性能，大幅地改善了缓凝问题，特别适用于超深、超高温和超高压油井的水 泥固井。
技术介绍
随着易于开采的石油储量的不断减少，石油勘探已向海洋和复杂地层的中深井、 深井以及超深井方面发展。一口油井的完成过程是一个从产油层钻探到油井产油的全过 程。在这过程中包括有钻探、下套管、射孔防砂和装井口等操作。用于钻井孔以完成这一过 程的液体称之为完井液(completion fluid)。完井液的基本功能是借助其特殊的重量来平 衡地层压力、维持井眼和套管的稳定和提供防腐能力等。该过程中也会使用到油井固化组 分，以防止油井在持续的使用过程出现渗漏。在油井的固化过程中，水凝水泥与水相混合并形成一种可被泵送的浆料，这些浆 料被注入地下以固化。在初级固化中，固化浆料处于套管和地壳之间的环形带，失水性的丧 失是主要考虑的因素。地壳的形式会导致固化浆料形成不易固化的胶质，并且会使环形带 的浆料分布不均一。在油井的补救固化过程中，控制失水性是为了完成更精确的固化浆料 位置所必须的。在浆料属性中，失水性控制是固化浆料成形的最重要因素之一，尤其在高温、高压 和高盐的环境下。失水添加剂(又称降失水剂)的主要目的是阻止固化浆料的失水，浆 料的失水不仅会使其可泵送性下降，而且还会使其它设计属性受到影响。固化浆料的大量 失水会改变一些重要的工作参数，如泵送时间延长和增加摩擦压力。在浆料泵送入套管 和钻进孔之间环状带过程中，失水添加剂的应用能有助于避免固化浆料因水分丢失而成石 块。这就能使固化浆料对泥土的置换达到最大量、更有效的增加强度和套管与成形体的结 合。事实上，剧烈的条件和存在渗透区，浆料会迅速脱水并变得不可泵送。使得浆料不能向 管道和空隙延展。由于大量失水而导致的任何跨接问题会严重影响固化工作并影响固化管 的完整性。根据降失水剂的工作温度，可以将其分为低温(< 82°C )、中温(> 82°C，且 < 121°C )和高温(> 121°C )。适用于低温的高分子聚合物如聚氯乙烯和聚维酮；中温 的高分子如羟乙基纤维素(最高至104°C )。中国专利技术专利申请200710113760. 3公开了一种可生物降解油井水泥降失水剂， 由15-25% 0%水溶液，25°0粘度为5，000-10，OOOmPa. s的羟乙基纤维素(摩尔取代 度1. 2-2.0)、30-55%相对分子质量8，000-45，000的α -氨基酸接枝磺化醛酮缩聚物和 20-55%水组成。该失水剂虽具有降失水能力强、抗盐、生物降解性能优异以及缓凝副作用 小，但其使用温度范围为25-80°C，能适用于环保要求严格的海洋石油固井领域和深水海域的低温固井方面。这些聚合物或组合物虽然降失水能力都有提高，但总体上也只能在中、低温固井 中作为降失水剂使用。由于井深的增加也使井底的温度和压力相应地迅速提高，这给固井 施工带来了新的问题，例如用于固化的泥浆因失水而迅速稠化，大大缩短可泵送时间。在 高温、高压和高盐环境下，目前使用的诸多降失水剂性能达不到要求，不能保证深井的顺利 固井和固井质量。深油井通常会产生高温梯度，在油井表面为4. 5°C，而在井底则为204°C。油井所 处的地质环境，如高盐环境，也会对固化过程产生负面影响。在固化工业中，一般使用两种降失水剂(fluid loss additives)，分为低温 (< IlO0C )和高温(> 110°C )。合成聚合物和多糖衍生物不仅用于石油领域从石油钻探 到石油产品，还用于石油油井的固化。为了把水泥浆的失水量控制在标准范围之内，并且提高水泥浆的沉降稳定性起到 协助控制气穿的作用，通常在水泥浆体系中加入降失水剂，主要有以下类型的降失水剂① 木质素衍生物；②纤维素衍生物；③淀粉衍生物；④丙烯酰胺和丙烯酸共聚物；⑤2-丙烯 酰胺基-2-甲基丙磺酸 Q-Acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, AMPS)共聚物；⑥ 聚胺类；⑦聚乙烯吡咯烷酮-丙烯酰胺三嵌共聚物和⑧聚乙烯醇等。多糖衍生物是一类天然的纤维素聚合物，如甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤 维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素和疏水性修 饰的羟乙基纤维素。由于这些多糖的结构和缩醛键，这些天然的衍生材料在1 77°C以及深 井的高盐环境下就会水解。为此，木质素衍生物、纤维素衍生物和淀粉衍生物等在低、中温 的油井水泥固井中使用效果良好，但抗盐性能差，在温度超过90°C以上使用分解而造成分 子量骤降而失去降失水效果。部分水解的聚酰胺(polyacrylamide)和酰胺共聚物，以及丙烯酸钠，丙烯酸 都是石油领域常用的。当丙烯酰胺的氨基上的氢原子被其它基团取代后能够使得聚合 物的水解速率下降并增加在盐溶液中的粘度。中国专利技术专利申请200710118273. 6公 开了一种抗盐高密度水泥浆，由50% -300 %油井水泥加重剂A、10 % -100%油井水泥加 重剂B、0. 5% -4%减阻剂、2. 5% -8%丙烯酰胺类聚合物降失水剂、0. -5%缓凝剂、 0. 15% -1. 2%消泡剂和与水的混合液占水泥质量的50% -100%的湿混外加剂组成。该体 系中使用了丙烯酰胺类聚合物降失水剂，但在高压和高温环境下无法取得理想效果。单体如2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸及其盐、N-甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯 酰胺、N- 丁基丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺和其它N-烷基丙烯酰胺 的均聚物，以及这些单体与丙烯酰胺共聚物已经用于聚合物类降失水剂主流。丙烯酰胺、丙 烯酸和2-羟丙基丙烯酸酯的四聚物能够在钻探过程中阻止失水(fluid-loss)。其它单体 如N-乙烯基吡咯烷酮、氯乙烯、乙烯基磺酸盐、苯乙烯和苯乙烯磺酸盐、马来酸酐和各种 乙烯基丙烯酸酯也与丙烯酰胺或丙烯酸共聚后用于油井钻探液中。但是，这些传统的丙烯 酰胺共聚物在极端的工作环境，如在极端高温、高盐和腐蚀环境，既不能保持水解稳定性， 也不能保持热稳定性。美国专利5，025，040公开了一种以一定比例的丙烯酰胺/乙烯基咪唑共聚物和一 定比例的丙烯酰胺/丙烯酰胺甲基丙磺酸纳盐/乙烯基咪唑共聚物组成的混合物在121°C高温环境下具有降失水作用，但没有解决丙烯酰胺的水解问题，造成一定程度的水泥浆缓 凝，对实际固井应用造成不利影响。美国专利6，465，587和6，590，050都公开了一种以单体3-烯丙氧基_2_羟基丙 磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺形成的共聚物。其具有抗高温、高压特性， 能在压力和177°C的温度下作为石油钻井的降失水剂使用。但其在应用上也有缺陷。虽然在深油井固井方面，已经取得很多重要的技术突破，但是这些技术仍普遍 存在着一些不足，如大量地使用丙烯酰胺，丙烯酰胺在高温和强碱条件下会全部水解 成羧酸基团，从而使水泥产生严重的缓凝现本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种合成聚合物类油井水泥降失水剂，其特征在于包括式Ⅰ所示的第一类单体，式Ⅰ其中，Ｒ１选自于Ｈ或Ｃ１－Ｃ３的烷基；Ｒ１２和Ｒ１３独立地选自于Ｈ、Ｃ１－Ｃ５的烷基、一个羟基取代Ｃ１－Ｃ３的烷基或芳香基；和式Ⅲ所示的第二类单体，式Ⅲ其中，Ｒ２选自于Ｈ或Ｃ１－Ｃ３的烷基；Ｒ２２和Ｒ２３独立地选自于Ｃ１－Ｃ３的烷基；Ｍ１是一种金属离子；和式Ⅳ所示的第三类单体，式Ⅳ其中，Ｒ３选自于Ｈ或Ｃ１－Ｃ３的烷基；Ｍ２是一种金属离子；和包括丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐、亚甲基丁二酸、反式丁烯酸、反丁烯二酸和甲基顺丁烯二酸之一种或几种基团的第四类单体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴本璋，陈律，毛锋，钮强，
申请(专利权)人：江苏傲伦达科技实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：32
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