一种利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂及其制备方法与流程

本发明涉及油井水泥，具体涉及一种利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂及其制备方法。

背景技术：

1、油井水泥用缓凝剂作为固井三大外加剂之一，在固井施工作业中发挥着举足轻重的作用，缓凝剂性能的好坏直接影响施工的安全性。

2、聚合物缓凝剂作为抗高温、抗盐类产品，近30年都是各大科研机构、企业研究的主要方向，包括阴离子型缓凝剂、两性离子型缓凝剂。其中适合于长封固固井的大温差聚合物缓凝剂，是国内近几年研究的重点方向之一。长封固段固井技术的设计可以简化井身结构,降低固井施工成本。但是长封固固井作业时，水泥浆稠化时间长，水泥浆跨越的温区大，一般选用聚合物缓凝剂搭配聚合物降失水剂形成大温差水泥浆体系进行运用。而众所周知，酰胺基团在90℃以上会水解成羧酸，100-110℃温区水解加剧，缓凝性加强，导致水泥浆出现100-110℃温区内水泥石强度发展缓慢，强度发展时间长于其他温区，此温区胶结质量差，带来环空气窜的问题。整个水泥环强度发展不均匀的现象在含有酰胺基团的缓凝剂和酰胺基团的降失水剂水泥浆体系中更严重。针对长封固用聚合物缓凝剂100-110℃因强水解带来的胶结质量问题，对聚合物缓凝剂提出了更高的要求，不仅要有顶部强度发展快的优势(温差大于80℃以上)，同时各个温区强度发展正常，不出现强度倒挂的现象，防止环空气窜，同时还有利于缩短过渡时间，提升界面胶结能力的作用。

3、基于此，本发明提供一种聚合物缓凝剂及其制备方法，能解决长封固不同温区强度发展不均匀的问题，确保整个封固段强度发展正常，且能缩短40bc-100bc的过渡时间，提高水泥环界面胶结质量，从而起到环空防气窜的作用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂及其制备方法，制得的聚合物缓凝剂能解决长封固不同温区强度发展不均匀的问题，确保整个封固段强度发展正常，同时还可以提高与井壁和套管的吸附力，缩短40bc-100bc的过渡时间，提高水泥环界面胶结质量，从而起到环空防气窜的作用。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、首先，本发明一方面提供一种利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂，由以下组分制备而成：

4、水40-60份、amps(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)20-30份、aa(丙烯酸)15-25份、长链烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯2-8份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2-8份。

5、进一步地，所述的利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂，由以下组分制备而成：

6、水40-50份、amps22-27份、aa 18-23份、长链烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯5-8份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷3-6份。

7、在本方案的一种优选实施例中，所述的利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂，由以下组分制备而成：

8、水45份、amps25份、aa 20份、长链烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯6份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷4份

9、另一方面，本发明还提供用于制备上述聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

10、将amps、长链烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷溶解于水中，得混合液；

11、将混合液升温至80℃-90℃后，向混合液中滴加引发剂；

12、引发剂滴加完成后，再缓慢滴加aa水溶液，滴加完成后再恒温3～6h，即得所述聚合物缓凝剂。

13、在本方案的一种优选实施例中，所述aa水溶液的滴加时间控制在30min以内。

14、在本方案的一种优选实施例中，所述aa水溶液为50％aa水溶液。

15、在本方案的一种优选实施例中，所述aa水溶液滴加完成后的恒温时间为4h。

16、再另一方面，本发明还提供一种用于制备上述聚合物缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

17、首先把amps、长链烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷溶解于一定质量份的水中，在四口烧瓶中加热至80℃-90℃，待温度恒定后，将一定质量份的引发剂过硫酸铵滴入溶液中，引发剂滴加完成后，将50％aa水溶液缓慢滴加入烧瓶中，滴加时间控制在30min以内；滴加完成后，恒温4h取出，即得到所述缓凝剂。

18、需说明的是：本发明中，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷具有双重反应活性基团，可以提高与极性基团的双向化学反应，形成立体交联结构，从而提高c-h-s凝胶胶粒间的结合力，提高力学性能；

19、长链烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯分子结构的稳定性，提高体系分散稳定性的同时可以改善材料的力学性；同时与甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷产生协调作用，有效提高与井壁和套管的粘接力，缩短40bc-100bc的过渡时间，提高水泥环界面胶结质量，起到环空防气窜的作用。

20、本发明的有益效果：本方案采用amps、aa、长链烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、水为原料聚合得到四元共聚物缓凝剂产品，该聚合物缓凝剂较现有技术而言，去掉了易水解的酰胺基团，并引入提升附着力的单体，不仅可以解决长封固不同温区强度发展不均匀的问题，确保整个封固段强度发展正常；同时还引入吸附力基团，可以提高与井壁和套管的吸附力，缩短40bc-100bc的过渡时间，提高水泥环界面胶结质量，从而起到环空防气窜的作用。

技术特征：

1.一种利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂，其特征在于，由以下组分制备而成：

2.根据权利要求1所述的利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂，其特征在于，由以下组分制备而成：

3.根据权利要求2所述的利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂，其特征在于，由以下组分制备而成：

4.用于制备权利要求1～3任一项所述的聚合物缓凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述aa水溶液的滴加时间控制在30min以内。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述aa水溶液为50％aa水溶液。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述aa水溶液滴加完成后的恒温时间为4h。

技术总结
本发明涉及一种利于长封固固井水泥环胶结的聚合物缓凝剂及其制备方法，该聚合物缓凝剂，由以下组分制备而成：水40‑85份、AMPS 20‑30份、AA 15‑25份、长链烷基醇聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯2‑8份、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2‑8份；本发明达到的有益效果是：有效提高与井壁和套管的粘接力，缩短40Bc‑100Bc的过渡时间，提高水泥环界面胶结质量，起到环空防气窜的作用。

技术研发人员：罗庆,高金,叶箭宇,李云,余敏
受保护的技术使用者：成都欧美克石油科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15