[发明专利]一种无机-有机聚合物油井水泥缓凝剂、其制备方法和应用

说明书

本申请提供了一种无机‑有机聚合物油井水泥缓凝剂、其制备方法和应用，该方法包括：提供单体水溶液，所述单体水溶液包括衣康酸、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸和水；将所述单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合，在引发剂存在的条件下进行反应，得到无机‑有机聚合物油井水泥缓凝剂。本发明通过在现有有机聚合物缓凝剂基础上引入无机非金属粒子，且硅烷偶联剂的使用使聚合物具有微交联结构，两方面因素综合作用能显著提高聚合物缓凝剂的抗高温能力，从而解决了现有有机聚合物在高温强碱条件下易降解、官能团水解、解吸附等导致的缓凝效果下降问题。本发明油井水泥缓凝剂所用原料价格适中、制备工艺简单，该缓凝剂适用温度范围宽。

技术领域

本发明属于油井水泥外加剂技术领域，涉及一种油井水泥缓凝剂，具体地涉及一种无机-有机聚合物油井水泥缓凝剂、其制备方法和应用。

背景技术

固井施工是开采油气前的一项重要准备工作，施工质量的好坏决定着油井的寿命长短和开采量等。固井施工主要包括下套管、注水泥；固井质量的好坏除与水泥浆的失水、流态有关外，还与其凝结时间有关。为了满足深井固井施工的时限要求，往往要在水泥浆中添加延长稠化时间的缓凝剂，以延长水泥浆的可泵送时间、降低粘度、改善流变性能等。

目前，国内使用的缓凝剂主要为木质素磺酸盐、羟基羧酸盐、糖类化合物等。虽然这些材料价廉易得，且具有较好的缓凝作用，但因其结构的非均性而导致使用效果的差异多变，存在过于缓凝或过于敏感、不抗高温的弊病，难以适应苛刻的现场施工条件。因此，对于深井和超深井固井水泥浆来说，抗高温缓凝剂已成为其必不可少的成分之一。

其中，有机聚合物缓凝剂成为了抗高温缓凝剂的主要研究方向。比如，申请号为201510251145.3的中国专利文献公开了，采用马来酸酐、烯磺酸基单体和带有亲水基长链的烯类单体为原料，制备得到耐200℃的油井水泥缓凝剂。申请号为200910218007.X的中国专利文献中，采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯基磺酸和顺丁烯二酸进行共聚，得到油井用聚合物缓凝剂，其可抗200℃的高温。但是，上述现有有机聚合物缓凝剂的抗高温能力仍有待进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种无机-有机聚合物油井水泥缓凝剂、其制备方法和应用，本发明提供的油井水泥缓凝剂具有更好的抗高温性能。

本发明提供一种无机-有机聚合物油井水泥缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

1)提供单体水溶液，所述单体水溶液包括衣康酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水；

2)将所述单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合，在引发剂存在的条件下进行反应，得到无机-有机聚合物油井水泥缓凝剂。

优选地，所述无机非金属材料选自碳化硅、氮化硅、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种。

优选地，所述无机非金属材料为粒径为1～30μm的微粉。

优选地，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

优选地，所述步骤1)具体为：将衣康酸于40～50℃溶解于水中，再加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和水，得到单体水溶液。

优选地，所述步骤1)中的单体水溶液用pH调节剂调pH值为4～6，所述pH值调节剂为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或多种；所述步骤2)中，将调pH值后的单体水溶液与无机非金属材料和硅烷偶联剂混合。

优选地，所述步骤2)混合后，升温至60～65℃加入引发剂水溶液，恒温反应6～8h，得到无机-有机聚合物油井水泥缓凝剂；所述引发剂选自过硫酸铵和过硫酸钾中的一种或多种。

优选地，以质量份数计，所述单体水溶液包括2～10份的衣康酸、0～2份的丙烯酸、14～25份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；