[发明专利]一种与AMPS-IA缓凝剂配伍型油井水泥降失水剂及制备方法

说明书

发明人：郭胜来、步玉环、郭辛阳、王成文

技术领域

本发明涉及一种油田固井用油井水泥降失水剂及制备方法，属于油田化学及油气井固井领域。采用该方法制备的降失水剂用于石油、天然气井的固井过程中降低水泥浆的失水量。

背景技术

油气井钻井完成后，需要下入套管并泵入水泥浆来封固套管与地层之间的环形空间。通常情况下，水泥浆是通过套管泵达井底，然后从环形空间上返。由于地层条件比较复杂，井下条件恶劣，固井时水泥浆在压差的作用下，水泥浆中的自由水会从水泥浆中滤出，进入地层，通常将这种过程称为水泥浆的失水。如果水泥浆的失水得不到很好地控制，随着水泥浆液相含量的降低，水泥浆的流动性变差，稠化时间缩短，严重时导致水泥浆失去流动能力，变得不可泵送，造成严重的事故；大量的水泥浆滤液进入油气层，会对油气层产生伤害，不利于油气层的保护；在固井的候凝阶段，如果水泥浆失水量得不到控制，会引起严重的水泥浆失重，而引发环空气窜。为此，需要在水泥浆中加入降失水剂来保证固井施工安全和改善固井质量。

在油气井固井领域，大温差长封固段固井技术是当今研究的热点，该技术的核心内容是以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与衣康酸(IA)为主要功能单体的大温差缓凝剂的研制。但是目前市场上的多数降失水剂(包括本发明人在发明专利ZL201110063542.X中发明的降失水剂)与该AMPS-IA缓凝剂配伍性较差，AMPS-IA缓凝剂的加入将严重影响水泥浆的失水量，这一问题的存在也限制了AMPS-IA缓凝剂的应用。鉴于此问题，发明人在专利ZL201110063542.X的基础上，通过优化降失水剂合成工艺时发现，在合成溶液的pH值小于5时，所合成的降失水剂与缓凝剂AMPS-IA拥有良好的配伍性。

目前，含有马来酸酐单体的油井水泥降失水剂合成时，所选用的pH值均为6-8(CN200810226689.4、CN200910076431.5、CN201010143591.X、CN201010591637.4、CN201110063542.X、CN201110072174.5)，pH值主要影响着竞聚率和羧酸基团的形态，该pH值(6-8)合成条件下合成的降失水剂，失水控制能力强，缓凝副作用小，与非AMPS-IA缓凝剂配伍使用时，水泥浆失水量容易得到控制，但是与缓凝剂AMPS-IA配伍性较差。因此与现有降失水剂相比，本发明优势明显,且本发明专利拥有专利(ZL201110063542.X)的优异分散性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与缓凝剂AMPS-IA配伍的油井水泥降失水剂及其制备方法。利用该方法合成的降失水剂与缓凝剂AMPS-IA拥有良好的配伍性，可以解决常规降失水剂与缓凝剂AMPS-IA配伍性差的问题，且该降失水剂拥有良好的分散特性，可以在降低水泥浆失水量的同时改善水泥浆的流变特性，解决常规降失水剂引起的水泥浆稠度大的问题，在实际施工中可以不使用分散剂就可以满足施工要求。

为达到上述目的，本发明提供了一种与缓凝剂AMPS-IA配伍的油井水泥降失水剂及其制备方法，所述制备方法包括：

a)配制原料水溶液，所述原料水溶液包括四种单体：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N，N’-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、丙烯酰胺(AM)、马来酸酐(MA)，其中四种单体的重量份数为：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)50份～65份，N，N’-二甲基丙烯酰胺(DMAA)8份～25份，丙烯酰胺(AM)10份～15份，马来酸酐(MA)5份～10份。

b)采用调整溶液的浓度、溶液的pH值、反应温度、引发剂加量等溶液聚合条件的方法，使原料水溶液进行反应。

c)引发剂为过硫酸铵与亚硫酸氢钠(质量比1：1)。

反应单体的总浓度影响聚合反应速率和产物降失水性能。单体总浓度过大，易发生暴聚或产物粘度过大；反之，单体总浓度过小则易造成反应速率过低，产品有效浓度降低。因此本发明优选的单体重量总和占去离子水重量的25％～35％。