耐温抗盐聚合物水泥降失水剂的合成与性能评价
耐温抗盐聚合物降滤失剂的合成与评价
耐温抗盐聚合物降滤失剂的合成与评价王金利;姜春丽;李秀灵;蔡勇【摘要】以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、衣康酸(IA)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为单体,过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂,采用水溶液聚合的方法制备了一种抗温抗盐聚合物降滤失剂;考察了单体质量配比、引发剂用量、溶液pH、单体用量和反应温度对合成的降滤失剂性能的影响;测定了降滤失剂的相对分子质量,对其进行了红外光谱分析和热重分析,考察了降滤失剂对基浆性能的影响.实验结果表明,合成水溶液聚合降滤失剂适宜的条件为:AM,AMPS,IA,DMDAAC,NVP的质量比为4.8∶2.5∶1.2∶0.5∶1.0,引发剂用量为单体水溶液总质量的0.5％,pH为6,单体用量为单体水溶液总质量的25％,反应温度为60℃;此条件下得降滤失剂的黏均相对分子质量为12×104;降滤失剂在饱和盐水基浆中的加量为3％时,滤失量降至4.4 mL,180℃下老化24 h后滤失量为8 mL.【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2016(017)001【总页数】5页(P13-17)【关键词】钻井液;水溶液聚合;耐温抗盐;降滤失剂【作者】王金利;姜春丽;李秀灵;蔡勇【作者单位】中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司,山东东营257064;中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司,山东东营257064;中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司,山东东营257064;中国石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司,山东东营257064【正文语种】中文在油田钻井过程中，钻井液用降滤失剂是保证钻井液性能稳定、减少有害液体向地层滤失、稳定井壁和保证井径规则的钻井液添加剂。
由淀粉、纤维素、木质素、褐煤、单宁等天然产物改性而成的降滤失剂，原料来源丰富，价格相对低廉，生产工艺也较简便，但抗温能力低，抗高价离子污染及抗盐能力有限，地层高温及高价离子的存在易导致处理剂失效，使钻井液流变性变差，滤失量大幅上升，进而引发各种井下复杂情况的发生，给钻井作业带来巨大的困难和损失。
超高温钻井液体系研究Ⅱ——聚合物降滤失剂的合成与性能评价
石油钻探技术下测其表观黏度，并通过表观黏度来反映产物的相对分子质量大小。
２合成条件优化与产物性能评价２．１合成条件对产物性能的影响考察合成条件对产物性能的影响时所用基浆为饱和盐水加重钻井液，其组成为：４．ｏ％膨润土浆＋４．ｏ％ＳＭＣ＋ｏ．３％ＺＳＣ２０１＋３６．Ｏ％ＮａＣｌ＋１．５％ＮａＯＨ，用重晶石加重至密度２．ｏｋｇ／Ｌ。
聚合物样品加量３．５％。
基浆在２２０℃温度下老化１６ｈ后降温，补加０．２５％ＮａＯＨ，高速搅拌５ｍｉｎ，在５０℃测其性能。
其性能为：表观黏度２３ｍＰａ・ｓ，塑性黏度９ｍＰａ・ｓ，动切力１４Ｐａ，静切力６．７５／１４．５Ｐａ，滤失量１０６ｍＩ。
２．１．１ＡＭ与阴离子单体比例的影响以ＡＯＢＳ和ＡＭ共聚，固定合成反应条件和ＡＯＢＳ单体用量，改变ＡＭ用量，合成不同的聚合物，ＡＭ单体用量对产物性能的影响见图１。
从图１可以看出：在设定的试验条件下，随着ＡＭ单体用量的增加，聚合物１％水溶液表观黏度逐渐增加；从钻井液性能看，黏度和切力则大幅度增加，说明增加ＡＭ单体用量，产物的增黏、提切性能增强；从滤失量看，当ＡＭ单体用量过大时，降滤失能力下降。
可见，在希望所得产物以提高黏切作用为主时，可以适当提高ＡＭ单体用量，而当以降滤失为主时，则ＡＭ单体用量不能过大。
２、图３可以看出，两种相对分子质量调节剂均能有效改变产物的相对分子质量，相对而言，相对分子质量调节剂２更容易得到低相对分子质量的产物。
在合成中可以根据实际需要选用不同的相对分子质量调节剂，以及相对分子质量调节剂用量。
从产物对钻井液性能的影响看，当相对分子质量较低时，在钻井液中的提黏切能力明显降低，当相对分子质量适当时，产物基本不改变钻井液的黏切，而相对分子质量降低虽然影响控制滤失量的能力，但在不增加钻井液黏度的情况下，可以通过提高产物加量来达到控制滤失量的目的。
图２分子量调节剂１用量对产物性能的影响图３分子量调节剂２用量对产物性能的影响２．１．３ＤＭＡＭ用量的影响固定反应条件，ＡＭ＋ＤＭＡＭ和ＡＯＢＳ物质的量的比为６：４，相对分子量调节剂２用量为３％，改变ＡＭ和ＤＭＡＭ的比例，ＤＭＡＭ用量对产物性能的影响见图４。
耐温抗盐降黏剂的研制及评价
耐温抗盐降黏剂的研制及评价一、引言A. 研究背景B. 研究目的C. 研究意义二、相关理论A. 耐温抗盐降黏剂的分类B. 耐温抗盐降黏剂的作用机理三、试验方法A. 材料及设备B. 试验操作C. 实验设计与方案四、试验结果与分析A. 耐温抗盐降黏剂的制备B. 功能测试结果C. 应用试验结果分析五、结论与展望A. 结论总结B. 研究不足与展望注：本文的提纲仅供参考，具体内容根据实际情况进行调整。
第一章引言A. 研究背景耐温抗盐降黏剂广泛应用于各种涂料、墙材、电器、汽车、机器等领域，其主要作用是提高涂料的耐久性、防污性和耐化学性。
然而，由于表面处理方式和使用环境的不同，耐温抗盐降黏剂的应用要求也不同。
现有的耐温抗盐降黏剂存在一些问题，如降低粘度和增加流动性，使产品的柔韧性和强度有所降低。
因此，开发一种能够在极端环境下具有出色效果的耐温抗盐降黏剂是很有必要的。
B. 研究目的本文旨在研究一种新型的耐温抗盐降黏剂，并对其性能进行评价。
具体目标如下：1. 制备一种新型的耐温抗盐降黏剂；2. 测试新型耐温抗盐降黏剂的功能性能；3. 应用新型耐温抗盐降黏剂于实际生产中，评估其性能。
C. 研究意义随着科技和工业的迅速发展，社会对高品质、高效率、低成本的产品需求不断增加。
因此，开发耐温抗盐降黏剂不仅是一个技术问题，也是一个经济和社会问题。
新型耐温抗盐降黏剂的研究不仅可以提高各种产品的质量和使用寿命，也可以提高生产效率和降低成本，从而带动产业发展，改善人们的生活质量。
总之，本研究的实践意义将在实际应用中得到验证，为产业发展提供技术支撑和经验，具有积极意义。
第二章相关理论A. 耐温抗盐降黏剂的分类耐温抗盐降黏剂是一类常用的化学添加剂，被广泛应用于防腐、防污和涂料等领域。
通常根据使用场合和作用机理将其分为三类：有机硅树脂、丙烯酸酯聚合物和硅藻土等。
其中，有机硅树脂类耐温抗盐降黏剂具有极佳的耐化学性、耐磨性和耐温性，在涂料等领域应用广泛。
抗盐抗高温降失水剂等化工料技术要求
≤40.0
氯化钠污染浆
≤40.0
3、防泥包剂技术要求
项目
指标
密度g/cm3
0.95±0.05
接触角,°
≤30.0
润滑系数降低率,％
≥50.0
4、小阳离子技术要求
项目
指标
类型
NW-1
外观
淡黄色液体，透明，无沉淀
有效物含量，%
≥42.0
阳离子浓度，mmol/g
≥2.0
PH值
6.0±1.0
5、大分子阳离子聚合物包被抑制剂技术要求
抗盐抗高温降失水剂等化工料技术要求
1、抗盐抗高温降失水剂1型技术要求
理化指标
项目
指标
备注
外观
微黄色粉末
含水量，%
≤8
筛余量（2mm筛筛余），%
≤10
阳离子浓度，mmol/g
≥0.35
PH值
8.0±1.0
钻井液性能指标
项目
指标
备注
表观粘度mPa.S
滤失量ml
淡水
基浆
8～10
2ห้องสมุดไป่ตู้～26
基浆加0.3%抗盐抗高温降失水剂
项目
指标
外观
白色或灰白色粉末
含水量，%
≤10
筛余量（2mm筛筛余），%
≤5
表观粘度（2%水溶液），mpa.s
≥30
阳离子浓度。mmol/g
≥1
PH值
7～9
≤20
≤15
盐水
基浆
4～6
52～58
基浆加1.2%抗盐抗高温降失水剂
≤20
≤15
2、抗盐抗高温降失水剂2型技术要求
项目
耐温抗盐类聚合物的性能探究
耐温抗盐类聚合物的性能探究1 概述聚丙烯酰胺（PAM）已被广范用于石油开发中作为三次采油用的聚合物驱油剂[1]，取得了较好的应用效果。
本文用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（代号AMPS，是一种阴离子型烯类单体）与丙烯酰胺（AM）采用氧化还原引发剂体系水溶液聚合法合成了一种AMPS /AM聚合物驱油剂，对聚丙烯酰胺的化学性能进行了研究[2，3]，结果表明，耐温抗盐聚合物具有较好的抗温抗盐性能，在盐水中具有很好的驱油效果，有较好的应用价值，可以应用于一些高温高矿化度油藏。
2 试验部分2.1原料2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）；丙烯酰胺（AM），工业级；引发剂，过硫酸铵与亚硫酸氢钠，均为分析纯。
AMPS的化学结构式为：O CH3|| ||CH2 = CH—C—NH—C—CH2—SO3H|CH32.2合成方法将总量为20g的AMPS和AM单体按一定比例溶于80g蒸馏水中，調节pH 值至6～8，置于一定温度的水溶液中，通30minN2，然后加入适量引发剂，再通30minN2后封口，，在50～60℃恒温放置8h后，经切片、烘干粉碎，制得AMPS /AM聚合物。
2.3性能测定方法2.3.1聚合物溶液的配制称取3g合成聚合物样品，溶于200g盐水中，充分搅拌溶解，配制成浓度为3000mg/L的聚合物溶液（矿化度为1.0×105mg/L），待用。
2.3.2聚合物耐温耐盐性测定将聚合物配成2000ppm浓度的溶液，此溶液中盐浓度为1.0×105mg/L，其中Ca2+800mg/L，Mg2+200mg/L，其余为Na+、Cl—。
真空脱氧后通N2气，置于90℃烘箱中老化，定时取样测定溶液的粘度。
2.3.3聚合物粘度测定采用Brookfield粘度计测定，温度25℃，转速6r/min。
2.3.4聚合物热稳定性评价试验取适量聚合物溶液置于安瓿瓶中，对溶液进行除氧、充氮气后封口，放于热稳定性试验装置中，将温度升至120℃进行恒温90d的热稳定性试验，定期取出安瓿瓶在25℃条件下进行粘度测定。
四元共聚抗高温耐盐粉体降失水剂的制备及性能研究
四元共聚抗高温耐盐粉体降失水剂的制备及性能研究
李壮壮;杨振声;王亚茹;石娜娜;陈龙;关琳
【期刊名称】《现代化工》
【年(卷),期】2024(44)6
【摘要】以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、马来酸酐(MA)和甲基丙烯磺酸钠(SMAS)等为原料,采用反相乳液聚合法并引入非离子型乳化剂异构十三醇聚氧乙烯醚和司班80合成了一种抗高温耐盐四元共聚物粉体降失水剂ADMS。
利用FT-IR、NMR、TG和GPC对共聚物的结构和热稳定性进行表征,并对ADMS进行了性能评价。
结果表明,4种功能单体均参与了反应,ADMS的重均分子质量达448198,耐温可达320℃;ADMS抗温能力良好,使用温度在30~200℃;200℃时,添加3%ADMS的淡水基水泥浆失水量为48
mL;ADMS抗盐能力良好,在半饱和盐水和饱和盐水基水泥浆中分别添加4%和5%的ADMS可控制失水量在50 mL以内;ADMS对水泥浆稠化时间、水泥石抗压强度等无不利影响。
【总页数】7页(P191-197)
【作者】李壮壮;杨振声;王亚茹;石娜娜;陈龙;关琳
【作者单位】沈阳工业大学石油化工学院;天津大学理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE256.6
【相关文献】
1.抗高温降失水剂AMPS/AM/NVP共聚物的合成及性能
2.抗高温抗盐多元共聚物类降失水剂的研究与应用
3.四元共聚抗高温抗盐油井水泥浆降失水剂的合成
4.耐高温抗盐固井降失水剂的制备及性能研究
5.抗高温耐盐AMPS/AM/AA降失水剂的合成及其性能表征
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抗盐降失水剂(CS—L)的合成及性能评价
【 摘
要】为 了满足 油田盐膏层 固井的需要 ， 合成 了一种液体水泥浆抗 盐降失水剂（ｓ Ｌ。研 究 了 Ｃ — ｃ—） Ｓ Ｌ的合 成方法 ， 评价 了其
降 失水 能 力 ， 并探 讨 了其 降 失 水 机 理 。 经 室 内评 价证 明 ， 有 ｃ — 加 ｓ Ｌ的 盐 水 水 泥 浆 失水 都 较 小、 具有 较 好 的 流 变性 、 降稳 定 沉
维 素 衍 生物 类 降失 水 剂 一 般 使 水 泥 浆 增 稠 ．流 动 性 变差 且 缓
凝 性 较 强 ； 烯 酰胺 高 聚 物类 降失 水 剂 在 高 温下 水 解 超 缓 凝 ： 丙 另外 降失 水 剂 抗 盐 性 能普 遍 较 差 等 。 为 了满 足 油 田盐 膏层 固井 固井 与 后 期 开 采 的需 要 ．针 对 油 田 固 井 实 际 ，通 过 实 验 。 研 制 出 一 种 油 井 水 泥 降 失 水 剂 （ Ｓ Ｌ ，它 是 一 种 降 失 水 效 果 明 显 的 抗 盐 水 泥 浆 降 失 水 剂 ． Ｃ— ） 本 文 同时 对 Ｃ — Ｓ Ｌ的 降失 水 机 理 和 配 套 水 泥 浆 配 方 进 行 了初 步 研究 。
２ 实 验 及 讨 论
【卅 ， 要 包 括纤 维 素 衍 生 物 类 、 烯 酰 胺 高 聚 物 类 、 乙 烯 １ 主 丙 聚
醇 改 性 类 以及 聚 乙 烯 吡 咯烷 酮 一 烯 基 单 体 嵌 段 共 聚 物 等 乙 常 用 的水 泥 浆 降 失 水 剂 ， 同程 度 存 在 着 一些 缺 陷 ， 如 ， 不 例 纤
目前 。 内 油气 田在 固井 作 业 使 用 的 降 失 水 剂 有 ４ 国 Ｏ余 种
水 后 ， 入 三 日烧 瓶 内 ， 节 Ｐ 值 在 ６ ７． 拌 升 温 至 一 定 加 调 Ｈ — 搅 温 度 ， 人 引 发 剂 ， 应 一 定 时 问 后 ， 入 早 强 组 分 、 终 止 加 反 加 链 剂 、 机 盐 等 其 他 药 剂 出料 ， 为产 品 Ｃ ＿ 。 无 即 Ｓ Ｌ
新型耐温抗盐降失水剂的合成与测试
新型耐温抗盐降失水剂的合成与测试郭锦棠;卢海川;靳建州;于永金【摘要】为了弥补国内固井降失水剂的不足,选取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、新型双羧基化合物(XX)为原料合成了共聚物型降失水剂,对其结构进行了表征,全面探讨了各种反应条件对合成降失水剂性能的影响.结果表明,在 AMPS、DMAA、XX 物质的量的比为70∶25∶5时,固含量为12%,反应温度为60,℃,引发剂加量为0.5%,pH 值为8和反应时间为2,h 的条件下合成的降失水剂效果最佳,其在200,℃时和饱和盐水水泥浆中,都可将水泥浆API 失水量控制在100,mL 以内,且可解决因高温水解造成的超缓凝和稠化时间倒挂问题.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】6页(P1001-1006)【关键词】降失水剂;合成;表征;测试;水解;抗盐;抗高温【作者】郭锦棠;卢海川;靳建州;于永金【作者单位】天津大学化工学院,天津 300072;天津大学化工学院,天津 300072;中国石油集团钻井工程技术研究院,北京 100195;中国石油集团钻井工程技术研究院,北京 100195【正文语种】中文【中图分类】O632.6油井水泥降失水剂作为固井的三大主要添加剂之一，在降低水泥浆失水量、提高固井成功率和提高采收率方面发挥着重要的作用．目前国内使用的大多数降失水剂属于丙烯酰胺类的聚合物，这些降失水剂随着温度升高易发生强烈的水解作用[1]，造成水泥浆过度缓凝[2]，阻碍施工的顺利进行，有时会产生稠化时间倒挂，影响施工安全．另外由于高温降失水剂的降解和基团的脱吸附[3]，造成了高温水泥浆失水不可控，耐高温[4-6]性能差．为了克服这些缺点，笔者选用了耐高温、耐水解[7]以及高温下吸附性强[8]的单体进行合成研究，详细考察了合成过程中各种因素的影响，开发出了综合性能良好的耐温抗盐[9-11]降失水剂.1 实验部分1.1 原料与仪器主要原料包括：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)，工业级，寿光市联盟石油化工有限公司；N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)，工业级，南通沃兰化工有限公司；新型双羧基化合物(XX)，工业级，寿光市联盟石油化工有限公司；亚硫酸钠、过硫酸铵，分析纯，天津光复精细化工有限公司．主要仪器包括：DK-8D型电热恒温水槽，TLJ-2型电动搅拌器，500,mL烧瓶，Bio-Rad FTS3000型红外光谱仪，内径 0.46,mm 乌氏黏度计，日本岛津TGA-50型热重分析仪，沈阳泰格TG-71型高温高压失水仪，美国千德乐 7120型翻转失水仪，美国千德乐8040D10型高温高压稠化仪．1.2 降失水剂的合成在容器中加入适量自来水，按照配比称取一定量的 AMPS和双羧基单体于烧杯中搅拌溶解，然后加入NaOH调节溶液pH值，再加入耐水解的第3单体 DMAA，搅拌溶解后倒入 500,mL的四口烧瓶中，开启搅拌和加热装置．当体系温度达到预定温度时加入引发剂过硫酸铵(APS)/亚硫酸钠(Na2SO3)，引发聚合反应，恒温反应一段时间即可制得黏稠状的液体降失水剂．通过改变单体配比、引发剂用量、反应温度、pH值和反应时间等条件制取了一系列的共聚物，经过筛选得到性能最优的产品进行工业化生产．1.3 降失水剂的结构表征与性能测试用 Bio-Rad FTS3000型红外光谱仪对共聚物降失水剂的结构进行表征，用乌氏黏度计对共聚物降失水剂的相对分子质量进行测试，用日本岛津 TGA-50型热重分析仪对降失水剂的耐热性能进行测试，用沈阳泰格TG-71型高温高压失水仪和美国千德乐7120型翻转失水仪对降失水剂的降失水性能进行测试，用美国千德乐8040D10型高温高压稠化仪对降失水剂的稠化性能进行测试．2 结果与讨论2.1 合成条件的影响合成条件直接决定了降失水剂的微观结构和应用性能．为了选出最优的降失水剂配方和最佳的生产工艺条件，对合成条件的影响进行了全面考察，为聚合物类外加剂的合成提供了依据．其中失水测试条件都为90,℃、6.9,MPa，降失水剂加量占水泥的3%．2.1.1 单体配比的影响降失水剂的性能主要依赖于功能基的数量和比例，单体配比是最关键的因素之一．实验首先将固含量定在 12%，在相同的合成条件下，改变单体配比，考察配比影响，选择较优配比．由于羧基是缓凝基团，所以为了避免降失水剂对稠化时间影响过大，将双羧基单体的物质的量的比例控制在10%以内，经过大量实验，得到具有代表性的实验结果列于表1．由表1可以看出，少量的双羧基单体对控制失水有很大的作用，这是因为羧基有很强的吸附性；但随羧基量的增加，因为竞聚率不同而导致聚合的相对分子质量太小，使得降失水剂黏度急剧降低，从而失水变大；由实验可知当双羧基单体物质的量占 5%时失水最低. 双羧基量保持不变时，随着 DMAA量的增加，失水量呈递减趋势，当其物质的量占 25%时，失水量较小．AMPS单体中含有抗盐的磺酸基团[12]，随着 AMPS量的增加降失水剂抗盐能力逐渐增强，但是综合考虑其他性能，其物质的量控制在70%左右比较合适．表1 单体配比对失水量的影响Tab.1 Influence of monomer ratio on fluid lossx(AMPS)/% x(DMAA)/% x(XX)/% 黏度/(mPa·s)40 60 0 5,300 60 40 0 4,600 60 37 3 4,000 60 35 5 3,000 60 32 8 2,100 60 30 10 1,000 70 25 5 2,700 80 15 5 2,100 90 5 5 1,300 95 0 5 900淡水水泥浆API失水量/mL 半饱和盐水水泥浆API失水量/mL 312 410 228 260 78 90 60 79 79 100 100 120 45 56 60 70 70 72 156 160 2.1.2 聚合温度的影响聚合温度是聚合反应的重要影响因素，其对相对分子质量的大小和分布影响较大．实验中固定单体物质的量的比为70∶25∶5，保持其他条件不变，改变反应温度合成降失水剂，并将产物进行失水量的测试，测试结果如图1所示．图1 反应温度对失水量和黏度的影响Fig.1 Influence of reaction temperature on fluid loss and viscosity由图1可知，当反应温度为60,℃左右时失水量最低．当温度低时，引发剂分解得少，聚合速率慢，不能充分引发聚合，产物失水量大；当温度过高时，聚合速率很快，降失水剂相对分子质量大大降低，黏度迅速降低，从而失水阻力变小，失水量变大．另外温度低，反应充分就需要较长时间，温度高又会消耗较多能量且容易产生自动加速效应，反应不易控制，考虑到生产，选取60,℃为最佳反应温度．2.1.3 固含量的影响保持其他条件不变，改变固含量进行降失水剂的合成，测试不同固含量降失水剂的降失水性能，测试结果如图2所示．图2 固含量对失水量和黏度的影响Fig.2 Influence of mass fraction ofmonomer on fluid loss and viscosity由图2可知，随着固含量的增加，降失水剂控制失水的能力逐渐增强．当固含量为12%时，失水量已经很低，再增加固含量生产成本提高，但失水量并没有明显减少；而且当固含量很大时制得的降失水剂溶解困难，有时加入水泥当中由于相对分子质量大还会产生絮凝现象．因此综合考虑，最佳固含量为12%.2.1.4 引发剂的影响引发剂是聚合反应的前提条件，引发剂的用量直接影响着聚合速率和相对分子质量．保证其他条件完全相同，只改变引发剂的用量，考察引发剂用量对降失水剂的影响，结果如图3所示．图3 引发剂用量对失水量和黏度的影响Fig.3 Influence of initiator dosage on fluid loss and viscosity由图 3可知，当引发剂加量为 0.5%左右时失水量最低．当引发剂用量太少时，没有充足的自由基引发聚合，聚合速率低，失水量低；引发剂用量太大时，聚合速率大，链自由基多，形成的聚合物相对分子质量低，产物黏度小，也不利于有效地控制失水．2.1.5 pH值的影响pH值的改变，会造成单体竞聚率的改变，从而影响共聚物的结构分布和相对分子质量分布．因此，不同的 pH值条件下合成的降失水剂性能可能会差别很大．本实验在保持其他条件不变的情况下，对体系pH值的影响进行了考察，实验结果如图4所示.图4 pH值对失水量和黏度的影响Fig.4 Influence of reaction pH value on fluid loss and viscosity2.1.6 反应时间的影响反应时间影响转化率的高低，转化率越高原料利用率越高；但反应时间越长，消耗能量就越多，为了提高生产效率，考察了反应时间与转化率和失水量的关系，测试结果如图 5所示．其中，转化率是按照国标 GB12005.3—89测试的，通过溴化法测定双键的含量进而测出转化率．由图5可知，当反应时间为2,h时，单体转化率已达到 98%左右，失水量也可控制在 50,mL左右．再增加反应时间，虽然转化率有所提高失水量也有所降低，但是变化并不明显，考虑到生产，最终将反应时间确定为2,h．图5 反应时间对转化率和失水量的影响Fig.5 Influence of polymerization time on percentage of conversion and fluid loss2.2 最佳配比降失水剂的结构表征将得到的最佳配比的降失水剂用丙酮洗涤纯化、干燥、研磨，用傅里叶红外光谱(IR)仪对其进行结构表征．对红外谱图进行分析，其中 3,450,cm-1为AMPS中的—N—H—的伸缩振动峰；2,980,cm-1为DMAA 中—CH3基的伸缩振动峰，2,940,cm-1为—CH2基的伸缩振动峰；1,660,cm-1为AMPS、DMAA和羧基中—C＝O基的伸缩振动峰；1,220,cm-1为—C—N基的伸缩振动峰；1,190,cm-1的强吸收峰为新型双羧基单体的—C—O伸缩振动峰；1,040,cm-1为—S＝O的伸缩振动峰．由此可知，3种单体都成功参与了聚合，合成降失水剂为 AMPS、DMAA和双羧基单体的共聚物．2.3 最佳配比降失水剂的耐温性能测试常用的降失水剂一般随着温度的升高，由于官能团的分解、分子链的断裂及高温脱吸附等，控失水能力会急剧下降．因此，抗高温的降失水剂不仅要求其本身有较高的降解温度，而且要求高温时在水泥浆中仍然有较强的吸附控失水能力．因为官能团的分解和分子链的断裂都伴随着热量的变化，所以首先用日本岛津 TGA-50型热重分析仪对纯降失水剂耐热性能进行表征，然后测试了不同温度下降失水剂的降失水性能．合成的最优配方的降失水剂经乙醇洗涤、烘干、研磨后，用日本岛津TGA-50型热重分析仪进行耐热性能表征．TG谱图的测试结果显示在300,℃以后降失水剂才出现明显的质量损失，此处可能存在官能团的分解或分子链的断裂，这说明合成的降失水剂可耐高达300,℃的高温，耐热性能良好．2.3.2 不同温度下的降失水性能为了测试降失水剂加到水泥当中后的耐温性能，对加入合成降失水剂的水泥浆进行了高温下失水量测试，实验结果见表2．表2 高温下的失水量Tab.2 Fluid loss at high temperatures编号水泥浆配方1 G级水600,g＋0.2%分散剂＋3%降失水剂＋44%水＋0.1%消泡剂2 G级水泥600,g＋0.2%分散剂＋3%降失水剂＋44%水＋0.1%消泡剂3 G级水泥 600,g ＋35%硅粉＋0.2%分散剂＋4%降失水剂＋2%缓凝剂＋44%水＋0.1%消泡剂4 G级水泥 600,g＋35%硅粉＋0.2%分散剂＋4%降失水剂＋2%缓凝剂＋44%水＋0.1%消泡剂6 G级水泥 600,g＋35%硅粉＋0.2%分散剂＋5%降失水剂＋2%缓凝剂＋44%水＋0.1%消泡剂7 G级水泥 600,g＋35%硅粉＋0.2%分散剂＋5%降失水剂＋2%缓凝剂＋44%水＋0.1%消泡剂8 G级水泥 600,g＋35%硅粉＋0.2%分散剂＋5%降失水剂＋2%缓凝剂＋44%水＋0.1%消泡剂试验温度/℃ 水泥浆密度/(g·cm-3) API失水量/mL 70 1.88 45 90 1.88 52 120 1.88 70 140 1.88 90 160 1.88 60 180 1.88 78 200 1.88 98由表2可知，当温度达到200,℃时，合成的降失水剂可将失水量控制在100,mL 以内，仍具有优良的耐温性能，而目前国内降失水剂耐温普遍低于160,℃，当温度大于160,℃，其 API失水量一般都会远大于100,mL．合成的最佳配比的降失水剂引入了耐水解单体DMAA代替了常规的原料AM，而且引入了具有庞大侧基和高温下吸附能力强的单体[13]，这都为抗高温性能提供了保证．为了测试合成降失水剂的抗盐性能，分别对加入降失水剂的NaCl质量分数为18%和36%的含盐水泥浆体系API失水量进行了测试，测试条件为90,℃、6.9,MPa，测试结果如表3所示．由表3可知，合成的降失水剂具有优良的抗盐性能．当氯化钠质量分数为18%时，加入 4%就可使失水量控制在 100,mL以内；当氯化钠质量分数为36%时，加入 5%就可使失水量控制在 100,mL以内．合成的降失水剂中引入了大量具有磺酸基的单体，磺酸基团稳定，对外界阳离子不敏感，所以抗盐能力就大大增强了．表3 含盐水泥浆的失水量Tab.3 Fluid loss of brine cement slurry序号水泥浆配方1 G级水泥＋3%合成降失水剂＋0.2%分散剂＋44%水＋0.1%消泡剂＋18%NaCl 2 G级水泥＋4%合成降失水剂＋0.2%分散剂＋44%水＋0.1%消泡剂＋18%NaCl 3 G级水泥＋5%合成降失水剂＋0.2%分散剂＋44%水＋0.1%消泡剂＋18%NaCl 4 G级水泥＋4%合成降失水剂＋0.2%分散剂＋44%水＋0.1%消泡剂＋36%NaCl 5 G级水泥＋5%合成降失水剂＋0.2%分散剂＋44%水＋0.1%消泡剂＋36%NaCl 6 G级水泥＋6%合成降失水剂＋0.2%分散剂＋44%水＋0.1%消泡剂＋36%NaCl试验温度/℃ API失水量/mL 90 131 90 89 90 60 90 128 90 92 90 552.5 稠化性能降失水剂中的酰胺基在高温下会逐步水解成羧基，产生较强的缓凝效应，严重时会出现时间倒挂的现象，即温度较高处水泥浆的稠化时间比温度低处水泥浆稠化时间还长，这样会直接影响施工安全．目前国内的降失水剂大都含有易水解的酰胺基，高温水解就会产生许多副作用．合成降失水剂引入耐水解基团取代了酰胺基，避免了降失水剂因高温水解造成的缓凝作用．图6是合成的降失水剂在不同温度下对稠化时间的影响．图6 最佳配方降失水剂对水泥浆稠化时间的影响Fig.6 Influence of synthesized fluid loss additive on thickening time of cement由图 6可知，合成的降失水剂有缓凝作用，加入3%合成的降失水剂后，温度和稠化时间仍有良好的线性关系，随着温度的升高也没出现因酰胺基大量水解产生的超缓凝和稠化时间倒挂现象．3 结论(1) 针对目前降失水剂存在的问题，选择了具有特殊官能团的单体，采用水溶液自由基聚合的方法合成了新型耐温抗盐的降失水剂，并对合成条件的影响进行了全面考察，确定了最优的降失水剂配方．(2) 引入具有大侧基的耐高温的单体和吸附性很强的双羧基化合物参与聚合反应，合成的降失水剂耐温抗盐能力强，在200,℃时和饱和盐水水泥浆中，都可将水泥浆失水量控制在100,mL以内．(3) 此降失水剂合成工艺简单，综合性能良好，耐水解能力强，可解决丙烯酰胺类降失水剂存在的超缓凝和稠化时间倒挂的问题，具有良好的应用前景．【相关文献】［1］吕兴辉，李燕，常领，等. 耐温抗盐聚合物水泥降失水剂的合成与性能评价[J]. 钻井液与完井液，2010，27(2)：43-46.Lü Xinghui，Li Yan，Chang Ling，et al. The synthesis and properties evaluation of temperature-resistant and salt-tolerant polymeric cement fluid loss additive[J].Drilling Fluid and Completion Fluid，2010，27(2)：43-46(in Chinese). ［2］刘崇建，黄柏宗，徐同台，等. 油气井注水泥理论与应用[M]. 北京：石油工业出版社，2001.Liu Chongjian，Huang Bozong，Xu Tongtai，et al.Theory and Application of Primary Cementing [M]. Beijing：Petroleum Industry Press，2001(in Chinese).［3］王中华. 超高温钻井液体系研究(Ⅰ)：抗高温钻井液处理剂设计思路[J]. 石油钻探技术，2009，37(3)：1-7.Wang Zhonghua. The study of superhigh temperature drilling fluid(Ⅰ)：The design method of temperatureresistant drilling fluid[J]. Petroleum DrillingTechniques，2009，37(3)：1-7(in Chinese).［4］ Dugonjic-Bilic F，Plank J. High-temperature-resisting and salt-resisting spacer fluid contains fluid loss additive，suspension stabilizer，fluidity regulator，barite powder or iron ore powder，and pure water[J].Journal of Applied Polymer Science，2011，121(3)：1262-1275.［5］ Perricone A C，Enright D P，Lucas J M. 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Adsorption behavior and effective of poly(N，N-dimethyl-acrylamideco-Ca2-acrylamido-2-ethyopropanesulfonate) as cement fluid loss additive in presence of acetone formaldehyde sulfite dispersant[J]. Journal of Applied Polymer Science，2006，102(5)：4341-4347.。
降失水剂优点
该降失水剂（AMP孫列）与国内现有降失水剂比较有如下优势：1．耐温抗盐性优于目前现有油田产品该产品在150C, 18%食盐水中掺量1 %，其失水量少于70ml。
要达到同样降失水效果，油田现有的水溶性降失水剂掺量为6％（折合成固体至少为1.5%）。
2．与各种密度水泥的及其外加剂的配伍性好与密度为1.3,1.4,1.5 ，1.9 的特种水泥和油田现有分散剂，缓凝剂等配伍性好。
3．溶解时间短，便于干混施工本产品为低密度粉状降失水剂，与水泥可以干混，施工方便, 并且水溶性特别好，溶解时间相当短，在15 min 以内可以完全溶解。
4．运输费用低国内油田现有的耐温抗盐降失水剂为AMPS^列产品，固含量为25－30%的水溶液，其运输费用高，且运输工具条件要求十分严格。
本产品是纯度为100%的固体干粉，运输十分方便。
附件：1.1项目提出的背景石油，称为国家经济的命脉，随着全球经济的迅猛发展，科学技术在石油开采中发挥着越来越重要的地位。
目前，我国国内的石油开采与其他先进国家相比有着较大的差距。
从钻井发展的历程来看，我国油田钻井技术经过多年的科研攻关，形成了具有一定规模的系列技术，但是钻井技术的发展基本上都是以跟踪研究为主，具有自己特色的技术很少，在市场上的竞争力还不强。
特别是进入90 年代以来，国外发展了不少钻井新技术，如旋转自动闭环钻井系统，垂直钻井系统、智能井技术、膨胀管技术、光纤技术、井下三维可视化钻井技术、随钻地层压力测试技术等。
为此，我们国家制定了发展完善，攻关创新，超前储备”的技术发展战略。
重点围绕十四个方向开展技术攻关：★进一步发展完善固井技术十一五”期间，固井技术的发展要在特殊工艺井固井技术、调整井固井技术、深井天然气井固井技术等方面进一步开展固井基础理论研究和应用技术研究，满足油田开发缩短隔层厚度对固井质量的要求，满足小井距（100m）对固井质量的要求，满足天然气井对固井质量的要求。
★进一步发展完善储层保护与钻井液技术十一五”期间，储层保护与钻井液技术的发展要使储层保护在理论上和应用技术上实现新的突破，攻关多种入井流体的综合评价技术和现场评价技术，使储层保护向油田储层保护综合评价中心方向发展。
抗高温油井水泥降失水剂的研究进展
５
了 Ａ ／ ＭＰ ／ Ｍ Ａ Ｓ Ｎ一乙烯基 吡 咯烷酮 （ Ｖ ） Ｎ Ｐ 耐温 型 油 井水 泥 降失水 剂 ， Ｖ Ｎ Ｐ的 引入 起 到 了抑 制 高 温
（Ａ ） Ｓ Ｓ 或十 二 烷基 硫 醇 （ Ａ） 第一 调节 剂 的原 Ｄ 的
料 水 溶液 。该 降失水 剂 性能好 ， 温抗盐 性 能好 ， 耐 对 环 境温 度适 应 宽 ， 用 于 高 温井 固井 或海 水 固 可 井 。在加 量 （ 体 ） ６ 时 ， 泥 浆 在 １０℃ 下 液 为 ％ 水 ５
燕 ¨ 孙 玲¨ ¨、 等 也 分 别 尝 试 在 ＡＭＰ Ｓ共 聚物 里 引人 Ｎ Ｐ单 体 ， 成 了 Ａ Ａ Ｐ ／ Ａ Ｎ Ｐ 和 Ｖ 合 Ｍ ＳＡ ／ Ｖ
（ Ａ） Ｓ 四元 共 聚物 降失水 剂 的专 利 ， 该 降失 水 剂 称 适 用温 度范 围 为常温 至 １０℃ ， ８ 抗盐 达饱 和 ， 专 但
烯 类磺 酸钠 ， 其适用 温度 范围为 ３ Ｏ～１０℃ ， 盐 ８ 抗 性 能从 淡水直 至 饱 和盐 水 ， 量 （ 粉 ） １ 一 加 干 为 ％
２ 时， ％ 可将水 泥浆在 １０℃ 时的 Ａ Ｉ ８ Ｐ 失水 控制在
１０ ｍＬ以下 ０ 引。
维素类降失水剂价格适中， 降失水性能也较强 ； 但 增稠作用明显， 同时会延缓水泥浆 的凝固时间， 而 且由于分子环状链单元中醚键在高温下会发生氧 化分解 ， 导致其 使用 温度一般 不超过 １０℃ 。 １
利 文献 中并 没有 在 高温 高盐下 的具体 测试 数据 。
１ ２ 微 交联 型 Ａ ． ＭＰ Ｓ共 聚物 类 李焕 明 等 尝 试 了 以 Ａ Ｄ Ｍ、 Ｍ Ｓ和 Ｍ、 ＭＡ Ａ Ｐ ３一烯 丙 基 氧 基 一２一羟基 丙 磺 酸 （ Ｈ Ｓ 为 原 Ａ Ｐ） 料 ， Ｊ， 一亚 甲基 双丙 烯 酰胺 （ Ａ） 交联剂 以 ７Ｊ ｖ７ ｖ ＭＢ 为
抗高温水泥浆降失水剂 SCF-1的合成及性能评价
抗高温水泥浆降失水剂 SCF-1的合成及性能评价刘飞;刘学鹏;夏成宇;周仕明;邓天安【摘要】以N ，N‐二甲基丙烯酰胺（DMAA）、3‐烯丙氧基‐2‐羟基‐1‐丙磺酸（AHPS）、2‐丙烯酰胺基‐2‐甲基丙磺酸（AMPS）和丙烯酸（AA）为原料，合成了一种抗高温水泥浆降失水剂。
通过红外光谱对其进行了表征，评价了添加抗高温降失水剂的水泥浆综合性能。
结果表明，加有抗高温降失水剂的水泥浆A PI滤失量可以控制在50 m L以下，抗温能力可达150℃。
降失水剂使水泥浆的稠化时间稍有延长，抗压强度略有降低，抗析水能力增强，抗盐能力可达到36％。
%In this paper ,a high temperature resistant fluid loss additive for cement slurry was synthesized using DMAA ,AHPS ,AMPS and AA ,and was characterized through infrared spectrum . The synthetical performances of the cement slurry added with fluid loss additive were evaluated .The results show that the API fluid loss of that cement slurry can be controlled below 50 mL ,and its temperature tolerance can be up to 150 ℃ .The thickening time of cement slurry is extended slightly , yet its compressing strength is decreased lightly and its water precipitation resistance is also improved .Its salt‐resistance performance is enough to reach 36% of salt concentration .【期刊名称】《石油与天然气化工》【年(卷),期】2016(045)004【总页数】4页(P64-67)【关键词】油井水泥浆;降失水剂;耐高温;合成【作者】刘飞;刘学鹏;夏成宇;周仕明;邓天安【作者单位】中国石化石油工程技术研究院;中国石化石油工程技术研究院;长江大学机械工程学院;中国石化石油工程技术研究院;中国石化西南石油工程有限公司固井分公司【正文语种】中文【中图分类】TE256+.6水泥浆降失水剂关系到固井施工的成败和油井寿命、产能等一系列的问题[1]。
油井水泥降失水剂的合成及性能评价
造成一定程度的损害。因此必须按要求控制水泥
浆 的失 水量 。控 制失 水量 通 常是在 水 泥浆 中加 入
电子机械有限公 司； 高温高压稠化仪 ， 阳石油仪 沈 器研究所 ； 压力试验 机 ， 阳石油仪 器研究所 。 沈 １ ２ 三元 共聚 物 降失水 剂 合成 步骤 ． 在反 应器 中加 入 一 定 量 的 Ａ Ｓ Ａ 和 Ａ ＭＰ 、 Ａ Ｍ
参考 文献
［ ］ 刘大为 ， １ 田锡军 ． 现代 固井技术 ［ ． Ｍ］ 沈阳 ： 辽宁科学技 术出
版 社 ：９ ４ １９ ．
降低 ， 需加入较多的消泡剂 ， 因此盐水水泥浆体系 中氯化 钠含 量最 好不 超过 ３ ％ 。 ０
泥浆体系的流动度 、 初始稠度均较好。在氯化钠 含量小于 １ ％ 的情况下 ， ０ 对水泥浆流变性基本没 有影 响 。随氯 化 钠 含量 增 大 ， 泥 浆 的 流变 性 指 水 数 ｎ值 变小 ， 基本 满 足 固井 需 要 。 当氯 化 钠 含 但
量 达 到 ３ ％ 以上 后 ， 泥 浆 产 生 大 量 气 泡 ， 度 ０ 水 密
思路。
２ ４ 降 失水剂对 水 泥浆流 变性 能的 影响 ．
２４ １ 降失水 剂对 淡水水 泥浆流 变 性能 的影 响 ．．
保持淡水水泥浆配方体系 中嘉化 Ｇ级水泥
与 自来水 的水 灰 比达 ０ ４ 缓 凝 剂 ｓ 一 ．４， Ｎ ２用 量 ０３ ， ．％ 分散剂 Ｓ Ｙ用量 ０ ５ Ｘ ． ％条件不变 ， 改变降
１ ０
ＡＶ Ｄ
细
石
油
化
Ａ ＡＮＣＥＳ Ｉ ＦＩ ＥＴＲ０ ＨＥＭＩ Ａ Ｓ Ｎ ＮＥ Ｐ Ｃ ＡＬ
Ｃ
进
展
第 ｌ 卷第 ９ ’ ’ ２一 ’ 期
新油田水泥降失水剂SYB—01的合成与性能评价
１ ３ 测试 的方 法 ．
质量 ， 得油气 井 的稳 产 高产 难 以保 证 。传 统 的降 使
失 水剂有 抗盐抗 温性 能 差 、 降低 水 泥石 的抗压 强度 等缺点 。所 以 ， 工作采 用 Ａ 丙烯 酰胺 ） Ａ 丙 本 Ｍ（ 、 Ａ（
烯 酸 ） Ｎ， ． 甲基 丙烯 酰胺 、 ＭＰ （ ． 烯酰 胺．． 、 Ｎ二 １ ｃ ｅｈ Ｅ ｇｇ ．
新 油 田水 泥 降 失 水 剂 Ｓ Ｂ １的 Ｙ 一０ 合 成 与 性 能 评 价
刘 庆 旺 苏兴 武
（ 北 石油 大 学 ， 庆 １ ３ １ ） 东 大 ６ ３ ８
摘
要
通 过 四元共 聚 反 应 ， 引发 温 度 为 ５ ５℃ ， 引发 剂质 量 分 数 为 １ ， 应 前 用 氢 氧 化钠 使 溶 液 显 中 性 ， 成 出抗 盐 、 温 ％ 反 合 抗
在 固体 质量一 定 的情 况 下 ， 发剂 的量 为定 值 引 时， 改变 引发 温度 ， 成 一 系 列 聚 合 物 。在 水 泥 中 合
加入 ０ ７ （ ． ％ 占水 泥 固体 的质 量分 数 ） 的聚合 物 ， 测
定水 泥 的 失 水 量 如 下 ，（ 试 条 件 为 ６ ℃ 、 测 Ｏ
２ １ 年 ７月 ２ ０１ １日收 到
通 信 作 者 简 介 ： 兴 武 ， 。Ｅｍａ ：ｕｕａ２ １ ＠１３ ｃｎ。 苏 男 － ｉ ｓｙｂ ｏ０ １ ６ ．ｏｌ ｌ
３ ０期
刘 庆 旺 ， ： 油 田水 泥 降 失 水 剂 ｓ Ｂ １的 合 成 与 性 能 评 价 等 新 Ｙ —０
７ ２ ５５
实验 表 明 ， 着 降 失 水 剂 加 量 增 加 ， 泥 浆 失 随 水
钻井液用抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP的制备及性能评价
钻井液用抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP的制备及性能评价邱维清【摘要】在深井复杂地层钻井过程中,高温、高盐和高摩阻一直是困扰钻井工作的难题.在钻井液中加入抗温抗盐润滑降滤失剂,可以在降低摩阻的同时,还具有抗温、抗盐降滤失的效果.利用反相乳液聚合方法制备了一种抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP,在确定合成条件的基础上,对抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP进行了性能评价.红外光谱分析表明,新研制的SLJWP抗温抗盐润滑降滤失剂具有多羟基结构,该结构易和水分子结合,阻止水分子渗入地层.利用旋转粘度计,失水仪、极压润滑仪等仪器,对其性能进行了评价分析.结果表明,SLJWP降滤失剂具有良好的降滤失、抗温、润滑、抗Na+污染能力.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2014(033)011【总页数】5页(P97-100,105)【关键词】降滤失剂;抗温;抗盐;润滑;钻井液【作者】邱维清【作者单位】胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司,山东东营257064【正文语种】中文【中图分类】TE254.1在石油钻井过程中，钻井液用降滤失剂是保证钻井液性能稳定、减少有害液体向地层滤失、稳定井壁和保证井径规则的重要处理剂[1-2]。
在深井复杂地层钻井过程中，降滤失剂由于受地层高温及高价离子的影响，常常性能变差或失效，滤失量大幅上升，进而导致各种井下复杂情况的发生，给钻井作业带来巨大困难和损失。
同时随着定向井、水平井钻井工艺技术在复杂地层的推广应用，对钻井液性能提出了更高的要求，如何降低钻井摩阻，提高钻井液的润滑性能，成为定向井、水平井施工的关键。
为了解决钻井工作遇到的高温、高盐和高摩阻等问题，袁丽等[3]以淀粉，液体润滑剂等为原料，合成固体润滑降滤失剂，该产品虽有良好润滑性和降滤失效果，但在抗温抗盐方面则有待提高。
同样，刘传禄等[4]以改性纤维素和多种表面活性为原料制得PPL 防卡降滤失剂，其润滑性能优于柴油，而抗温性能也需进一步完善。
抗高温油井水泥降失水剂的研究进展
抗高温油井水泥降失水剂的研究进展1. 引言- 高温油井水泥固井的重要性- 水泥稠混过程中的水分控制难度- 抗高温失水剂的出现及其发展历程2. 抗高温油井水泥降失水剂的分类与特点- 根据化学结构分类：有机酸型、聚电解质型、聚糖型等- 本文主要关注聚丙烯酰胺型抗高温油井水泥降失水剂- 特点：耐高温、降低水泥浆稠度、增加水泥强度、利于泵送灌注3. 抗高温油井水泥降失水剂的作用机理- 吸附机理：抗高温失水剂吸附在水泥粒子表面形成覆盖层，限制水分向粒子迁移- 电化学稳定机理：抗高温失水剂改变水泥浆的表面电荷，抑制水分流动- 孔隙占据机理：抗高温失水剂填充水泥浆中的孔隙，减少水分进入4. 抗高温油井水泥降失水剂的应用实践- 实验室测试：聚丙烯酰胺型抗高温油井水泥降失水剂的失水性能实验- 油田应用：聚丙烯酰胺型抗高温油井水泥降失水剂在典型油田的应用情况和效果5. 结论和展望- 抗高温油井水泥降失水剂在水泥固井中具有重要的应用价值- 聚丙烯酰胺型抗高温油井水泥降失水剂具有较好的失水性能- 需要进一步探究抗高温油井水泥降失水剂的作用机理，并开发出更加高效的产品。
1. 引言随着石油工业的快速发展，水泥固井技术在石油勘探、开发和输送中发挥着越来越重要的作用。
水泥固井技术不仅关系到油井的安全性和稳定性，还关系到石油生产的效率和质量。
而水泥稠混过程中的失水控制是固井施工中最为关键的环节之一。
随着油田勘探深度和温度的不断提高，油井中温度的上升也给水泥固井带来了极大的挑战，传统的降失水剂难以满足高温环境下的失水控制要求。
因此，抗高温油井水泥降失水剂的研究和应用显得尤为重要。
抗高温失水剂是指在石油勘探、开发和输送中能够抵御高温环境下油井水泥失水的一种功能性助剂。
在固井施工过程中添加抗高温失水剂能够显著降低水泥浆的稠度，加速固化反应，增强固井性能，有效提高固井质量和生产效益。
近年来，随着抗高温油井水泥降失水剂技术的不断提高，已经越来越受到石油勘探、开发和输送等领域的广泛应用。
耐温抗盐降滤失剂pamap的合成及评价
耐温抗盐降滤失剂P A M A P的合成及评价陈晓飞１,２,李凡１,２,宋碧涛１,２,吴虎子３,李博阳４(１．页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京１００１０１;２．中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院,北京１００１０１;３．中石化胜利石油工程有限公司塔里木分公司,山东东营２５７０００;４．中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津３００４５９)摘要:以丙烯酰胺(AM),丙烯酸(A A),２Ｇ丙烯酰胺Ｇ２Ｇ甲基丙磺酸(AM P S)及自制烯丙基壬基酚聚氧乙烯醚为反应单体,以N a２S O３与(N H４)２S２O８的氧化还原体系为引发剂,合成了聚合物降滤失剂P AMA P.F TＧI R㊁１H NM R及能谱分析表明P AMA P的结构符合预期,热重结果表明其抗温性能良好.滤失实验结果表明P AMA P降滤失剂在淡水基浆中的最佳加量为１ ５％;在１６０ħ下老化１６h后的淡水基浆的A P I滤失量为８ ２m L㊁高温高压滤失量为３２ ４m L;N a C l加量为３０％时,老化前后的A P I分别为１５ ８和１７ ５m L,表明P AMA P降滤失剂具有良好的抗温抗盐能力.关键词:降滤失剂㊀抗温㊀抗盐㊀水基钻井液中图分类号:T E３９㊀㊀文献标识码:A㊀㊀近年来,随着油气资源向深层勘探开发,地层更为复杂,对钻井液的抗温抗盐能力要求更高[１Ｇ２].降滤失剂作为钻井液核心处理剂之一,在钻井中起到至关重要的作用,针对目前现场存在的问题,研发抗温㊁抗盐较强的降滤失剂是主要方向[３].为了使降滤失剂具有较好的性能,可通过分子设计,向降滤失剂中引入抗温㊁抗盐,并可与黏土颗粒形成强而稳固的键合作用的功能性单体,进而提升此类聚合物在高温㊁高盐钙环境中的降滤失性能[４Ｇ５].２Ｇ丙烯酰胺Ｇ２Ｇ甲基丙磺酸(AM P S)类聚合物因具有优异的抗温㊁抗盐性能而成为近年来国内外学者们的研究热点,并针对AM P S类聚合物在钻井液中的应用进行了大量的研究工作[６].本工作以丙烯酰胺(AM),丙烯酸(A A), AM P S及自制烯丙基壬基酚聚氧乙烯醚为反应单体A P[７]为原料,制备了一种抗温耐盐聚合物降滤失剂,利用F TＧI R㊁１H NM R㊁热重㊁S E M等方法对制备的降滤失剂进行表征,并对降滤失剂的降滤失性能和抗温耐盐性能进行了评价.１㊀实验部分１．１㊀主要试剂及仪器AM,化学纯,广东西陇化工有限公司;A A,分析纯,天津市光复精细化工研究所;AM P S,化学纯,国药集团化学试剂有限公司;过硫酸铵((N H４)２S２O８)㊁亚硫酸钠(N a２S O３),化学纯,天津市北联精细化学品开发有限公司;乙醇,化学纯,天津市天力化学试剂有限公司;丙酮,化学纯,国药集团化学试剂有限公司.B r u k e rV７０傅里叶红外光谱仪;B r u k e rA DＧV A N CI I I４００MH z核磁共振波谱仪;美国T A 公司的S D T Q６００差热Ｇ热重分析仪;v a r i oE L Ⅲ元素分析仪(德国);扫描电镜SＧ３０００N;G G S４２Ｇ２型高温高压失水仪㊁S D型多联中压失水仪,青岛同春石油仪器有限公司.１．２㊀实验方法１．２．１㊀聚合物的合成按照最佳配比,称取１３ ９g AM,６ ９５g AM P S,２ ７５g A A及室内合成的可聚合大分子单体A P１ ４g溶解于７５g水中,单体质量分数为２５％.调节p H值至中性,通入N２的同时缓慢加热至３０ħ,２０m i n之后加入摩尔比为１ʒ１㊀㊀收稿日期:２０１９０８２２;修改稿收到日期:２０２００３０１.作者简介:陈晓飞(１９７９),硕士,主要从事钻井液技术研究.EＧm a i l:c h e n x i a o f．s r i p e＠s i n o p e c．c o m.基金项目:国家自然科学基金项目(５１４９０６５０),国家重大项目(２０１６Z X０５０６１);国家重大专项(２０１７Z X０５００５Ｇ００５).６３ 精 细 石 油 化 工S P E C I A L I T YP E T R O C H E M I C A L S 第３７卷第２期２０２０年３月的N a２S O３与(N H４)２S２O８溶液,反应４~８h后将反应混合物转移至烧杯中,加入乙醇㊁丙酮的混合溶液对聚合物进行洗涤,直至聚合物完全变为坚硬的白色颗粒状固体,然后将聚合物固体放入５０ħ真空干燥箱中真空干燥２４h后粉碎,得到产品P AMA P,产率为９５ ３％,装袋密封备用.聚合物的反应机理如图１所示.图１㊀聚合物降滤失剂P AMA P合成原理１．２．２㊀产物的表征方法使用B r u k e rV７０傅里叶红外光谱仪测定样品的红外,扫描范围为４０００~６００c m－１.使用B r u k e rA D V A N CⅢ４００MH z核磁共振波谱仪测定产物的核磁共振氢谱图,聚合物以氘代水做溶剂.采用美国T A公司的S D T Q６００差热Ｇ热重分析仪测定,称取粉末状聚合物试样约１０m g,在２０m L/m i n氮气气氛下以１０ħ/m i n的升温速率从常温升至６００ħ进行差热扫描和热重分析.采用v a r i oE LⅢ元素分析仪(德国)分析聚合物中C㊁H㊁O㊁N元素的含量.采用一点法测定聚合物的相对分子质量.１．２．３㊀降滤失剂滤失性能测定参考中国石油天然气行业标准S Y/T５２４１ １９９１«水基钻井液用降滤失剂评价程序»的方法,测量常温中压滤失量F L A P I和高温高压滤失量F L H T H P.１．２．４㊀滤饼微观形貌的观测分别配制基浆㊁基浆＋１％聚合物,将其在１６０ħ老化２４h,用中压失水仪制得老化前后４种钻井液的滤饼.用蒸馏水清洗滤饼表面,使用扫描电镜观测滤饼的微观形貌.２㊀结果与讨论２．１㊀降滤失剂P A M A P结构表征２．１．１㊀红外光谱聚合物P AMA P的红外谱图如图２所示.从图２可以看出:３３４７与１６５６c m－１处的吸收峰分别对应 C O N H２上的N H键㊁C＝O键的伸缩振动峰;２９３９㊁２８６１分别属于 C H３㊁ C H２的伸缩振动;１５５０~１３１７c m－１出现了苯环的伸缩振动;１１９３c m－１表示C O C的伸缩振动.图２㊀聚合物P AMA P的红外光谱２．１．２㊀核磁氢谱聚合物P AMA P的核磁氢谱如图３所示.由图３可知,δ＝１~１ ２８(a峰)为A P上的甲基质子吸收峰;δ＝１ ２８~１ ９５(b峰)为主链上亚甲基和 C７H１４ 的亚甲基质子吸收峰;δ＝１ ９５~２ ４(c峰)为主链上 C H 的质子吸收峰;δ＝３ ４０(d峰)为与E O相连的 C H２ 的质子吸收峰;δ＝３ ５~３ ８(e峰)为ＧC H２ O C H２ 上的H的质子峰;δ＝７ ６５(f峰)为苯环上H的质子吸收峰.红外与核磁的分析结果表明,已成功合成P AMA P .图３㊀聚合物P AMA P的核磁共振氢谱２．１．３㊀热重分析图４为聚合物P AMA P的热重分析结果.由图４可知,聚合物的分解分为３个阶段,第１阶７３第３７卷第２期陈晓飞，等．耐温抗盐降滤失剂P AMA P的合成及评价 段分解在１７５ħ以前,失重９ ０５％,主要是由于P AMA P样品中含有大量的羧酸及酰胺基团等强亲水基团,导致样品易吸水受潮,同时,样品在干燥的过程中是用乙醇提纯的,少量乙醇也容易吸附在聚合物表面,而在高于１００ħ时,水分和乙醇等小分子受热易蒸发造成的.第２阶段分解在１７５~３５０ħ,失重２８ ０３％.主要是由于其分子结构中的酰胺基团开始受热分解,以及酰胺基团的亚胺反应所致.当温度超过３５０ħ后,共聚物中的酰胺基团基本挥发殆尽,继而转入下一阶段.第３阶段分解在３５０ħ以上,失重３３ ９％.其中,在５００ħ左右的时候是聚合物主链的降解,在５００ħ以上,重量基本上不再改变.热重的结果表明,该聚合物具有良好的抗温性能.图４㊀P AMA P的T GＧD S C曲线２．１．４㊀元素分析P AMA P共聚物元素分析的结果见表１.由表１可知,测试结果与投料比进行对比可以发现,测试值与理论值比较接近,说明在聚合过程中,单体反应都比较充分.表１㊀聚合物P A M A P的元素分析结果元素组成各元素质量分数,％C H N S理论含量,％４８．７３６．８１１２．８４．３实际含量,％５２．４７７．６４１３．９２５．４３２．１．５㊀相对分子质量的测定采用一点法测定P AMA P聚合物的特性黏数为１０９ ５m L/g.按M a r kＧH o u w i n k方程估算出聚合物的相对分子质量为２ ８５ˑ１０５.２．２㊀降滤失剂P A M A P性能评价２．２．１㊀降滤失剂添加量对降滤失性能的影响在基浆中加入不同浓度的聚合物降滤失剂,测试１５０ħ老化前后钻井液的A P I滤失量,结果如图５所示.由图５可知,随着降滤失剂P AMＧA P加量的增加,钻井液的A P I滤失量不断降低, A P I滤失量从１８ ８m L(聚合物用量为０ ４％)降低到５ ８m L(聚合物用量为１ ５％),其中聚合物用量为１ ５％时,滤失量为６m L.老化后钻井液A P I滤失量也随着聚合物增加而降低.这主要是因为分子链上的羟基和醚氧基可通过与黏土颗粒表面上的氧形成氢键或与黏土颗粒断键边缘上的A l３＋之间形成配位键使得聚合物能吸附在黏土上;同时羧钠基团可通过水化使得黏土颗粒表面水化膜变厚,黏土颗粒表面ζ电位绝对值升高,负电量增加,从而阻止黏土颗粒之间因碰撞而凝结成大颗粒,改善黏土颗粒级配,形成薄而致密的滤饼,A P I滤失量减小.当降滤失剂加量为１ ５％时,滤失量降低不明显,综合成本考虑,确定降滤失剂最佳加量为１ ５％[８].图５㊀聚合物P AMA P在淡水基浆中的性能２．２．２㊀抗温性能研究了降滤失剂加量为１ ５％时,淡水泥浆在不同温度老化１６h后的滤失量,结果如图６所示.由图６可知,随着温度的增加,滤失量缓慢增加,１６０ħ时,滤失量为８ ２m L,但是当温度达到１７０ħ时,滤失量急剧增加到２０ ４m L,降滤失效果变差.同时,泥浆的F L H T H P变化规律与老化后滤失量变化一致,滤失量由１６０ħ的３２ ４m L增加到１７０ħ的４９ ４m L.结果表明,该聚合物降滤失剂耐温可达１６０ħ.这主要是因为降滤失剂含有负电性极强,且水化能力很强的磺酸基团,该基团可使体系的水化膜变厚形成致密的膜结构,使聚合物高温下不易脱附,提高了高温老化前后钻井液的静电稳定性,减小了高温老化前后钻井液体系的滤失量,从而表现出降滤失剂的抗高温能力[９].８３ 精 细 石 油 化 工２０２０年３月图６㊀温度对滤失量的影响(老化１６h)２．２．３㊀抗盐性能研究了降滤失剂加量为１ ５％时,N a C l加量对钻井液老化前后滤失量的影响,结果见图７.由图７可知,随着N a C l用量的增加,老化前后A P I先缓慢增加,后基本上保持不变.当N a C l 用量为３０％时,老化前后的A P I分别为１５ ８和１７ ５m L,降滤失效果较好,说明该降滤失剂具有优异的抗盐性能.由于聚合物中含磺酸基和聚氧乙烯基侧链,一方面AM P S分子刚性强㊁空间位阻大,且分子中含有对二价阳离子不敏感,在高温及高矿化度下具有良好水化性能的强阴离子基团 S O２－３;另一方面,聚氧乙烯基侧链亲水性强,在含盐的环境中具有良好的溶解性,能在黏土表面充分地进行水化作用,形成较厚的水化膜,减缓了钻井液中水分的漏失,使降滤失剂具有优异的抗盐性能[１０].图７㊀盐加量对聚合物滤失量的影响２．２．４㊀滤饼微观形貌的影响研究钻井液滤饼的微观结构对探究降滤失剂的作用机理具有十分重要的意义[１１Ｇ１２].图８(a)中为基浆形成的滤饼,结构比较松散,且存在有较大的裂缝㊁孔洞及微孔隙,且颗粒间堆叠较为松散.图８(b)中聚合物钻井液形成的滤饼未见孔隙和裂缝,滤饼表面的褶皱则是由于聚合物表面吸附黏土颗粒后所形成的.滤饼表面有聚合物包被的痕迹,说明降滤失剂有效地吸附在黏土颗粒上,同时由于溶胀作用或自身水化基团形成的水化膜堵塞滤饼的孔隙,抑制了黏土颗粒的聚结作用并形成致密的滤饼.图８㊀滤饼的S E M３㊀结㊀论a．采用AM㊁AM P S㊁A A和自制单体A P合成了可抗１６０ħ高温的聚合物降滤失剂P AMＧA P.通过红外㊁核磁㊁热重及元素分析等对P AMA P的结构进行表征,结果表明P AMA P降滤失剂符合预期设计结果.b．实验结果表明,P AMA P降滤失剂在淡水基浆中的最佳加量为１ ５％;在１６０ħ下老化１６h后的淡水基浆的A P I滤失量为８ ２和３２ ４m L;N a C l加量为３０％时,老化前后的A P I分别为１５ ８和１７ ５m L,表明P AMA P降滤失剂具有良好的抗温抗盐能力.c．滤饼扫描电镜结果表明,P AMA P降滤失剂可形成相互交错的致密的网架结构而发挥降低滤失的作用.参㊀考㊀文㊀献[１]㊀K o s y n k i nD V,C e r i o t t iG,W i l s o nKC,e t a l．G r a p h e n e o xＧi d e a s ah i g hＧp e r f o r m a n c e f l u i dＧl o s sＧc o n t r o l a d d i t i v e i nw aＧt e rＧb a s e dd r i l l i n g f l u i d s[J]．A C SA p p l i e d M a t e r i a l s&I nＧt e r f a c e s,２０１１,４(１):２２２Ｇ２２７．[２]㊀S a f iB,Z a r o u r i S,C h a b a n eＧC h a o u a c h eR,e t a l．P h y s i c oＧc h e m i c a la nd r he o l o g i c a lc h a r a c t e r i z a t i o n of w a t e rＧb a s e dm u d i n t h e p r e s e n c e o f p o l y m e r s[J]．J o u r n a l o f P e t r o l e u mE x p l o r a t i o na n dP r o d u c t i o nT e c h n o l o g y,２０１６,６(２):１８５Ｇ１９０．[３]㊀C h e r a g h i a nG,H e m m a t iM,M a s i h iM,e t a l．A n e x p e r i m e nＧt a l i n v e s t i g a t i o no f t h e e n h a n c e do i l r e c o v e r y a n d i m p r o v e d p e r f o r m a n c eo fd r i l l i n g f l u i d su s i n g t i t a n i u m d i o x i d ea n df u m e d s i l i c an a n o p a r t i c l e s[J]．J o u r n a l o fN a n o s t r u c t u r e i nC h e m i s t r y,２０１３,３(１):１Ｇ９．[４]㊀M a o H u i,Q i uZ h e n g s o n g,S h e nZ h o n g h o u,e ta l．H y d r oＧp h o b i ca s s o c i a t e d p o l y m e rb a s e ds i l i c an a n o p a r t i c l e sc o mＧ９３第３７卷第２期陈晓飞，等．耐温抗盐降滤失剂P AMA P的合成及评价 p o s i t ew i t h c o r eＧs h e l l s t r u c t u r e a s a f i l t r a t e r e d u c e r f o r d r i l lＧi n g f l u i da tu t r aＧh i g ht e m p e r a t u r e[J]．J o u r n a l o fP e t r o l eＧu mS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,２０１５,１２９:１Ｇ１４．[５]㊀G u oS h e n g l a i,B u Y u h u a n．S y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o no f２Ｇa c r y l a m i d oＧ２Ｇm e t h y l p r o p a n es u l f o n i ca c i d/a c r y l a m i d e/N,NＧd i m e t h y l a c r y l a m i d e/m a l e i c a n h y d r i d e a s a f l u i d l o s s c o nＧt r o l a d d i t i v e i no i lw e l l c e m e n t i n g[J]．J o u r n a l o fA p p l i e d P o l y m e r S c i e n c e,２０１３,１２７(５):３３０２Ｇ３３０９．[６]㊀罗霄,蒲晓林,李之军,等．两性离子聚合物降滤失剂P AＧD M S的制备与室内性能评价[J]．油田化学,２０１４,３１(２):１７１Ｇ１８１．[７]㊀李凡,罗跃,苏高申,等．起泡型驱油用表面活性聚合物及其制备方法:中国２０１５１０４４４３９２．５[P]．２０１５Ｇ７Ｇ２７．[８]㊀杨小华,钱晓琳,王琳,等．抗高温聚合物降滤失剂P F LＧL 的研制与应用[J]．石油钻探技术,２０１２,４０(６):８Ｇ１２．[９]㊀全红平,明显森,黄志宇,等．聚氧乙烯基型降滤失剂S JＧ１的合成与性能评价[J]．精细化工,２０１３,３０(５):５７０Ｇ５７４．[１０]㊀L u y s t e rM R,M o n r o eTD,A l i SA．F a c t o r s a f f e c t i n g t h e p e r f o r m a n c eo f e n z y m eb r e a k e r s f o r r e m o v a l o fX a n t h a nＧb a s e d f i l t e rc a k e s[R]．S P E５８７４９,２０００:１Ｇ１４．[１１]㊀R a v iK M,B e i r u t eR M,C o v i n g t o n R L．E r od a b i l i t y o f p a r t i a l l y de h y d r a t e d g e l l e d d r i l l i n gf l u i d a n df i l t e rc a k e[R]．S P E２４５７１,１９９２:２１９Ｇ２３４．[１２]㊀李占国,蔡素君,潘宏涛．钻井液用抗盐降滤失剂M P AＧ９９的研究与应用[J]．钻井液与完井液,２００８,２０(３):２４Ｇ２６．P R E P A R A T I O NA N DP E R F O R M A N C EO FP A M A PF I L T E RL O S SR E D U C E R W I T H H I G HT E M P E R A T U R EA N DS A L TR E S I S T A N TC h e nX i a o f e i１,２,L i F a n１,２,S o n g B i t a o１,２,W uH u z i３,L i B o y a n g４(１．S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S h a l eO i l a n dG a sE n r i c h m e n tM e c h a n i s m s a n dE f f e c t i v eD e v e l o p m e n t,B e i j i n g１００１０１,C h i n a;２．R e s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g,S I N O P E C,B e i j i n g１００１０１,C h i n a;３．T a r i mB r a n c h,S i n o p e c S h e n g l iP e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o．L t d．,D o n g y i n g,S h a n d o n g,C h i n a;４．E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y B r a n c ho f C N O O CE n e r g y T e c h n o l o g y&S e r v i c e s L i m i t e d,T i a n j i n３００４５９,C h i n a)A b s t r a c t:P o l y m e r f i l t r a t e r e d u c e rP AMA Pw a s s y n t h e s i z e db y u s i n g AM,A A,AM P Sa n ds e l fＧm a d e a l l y l n o n p h e n o l p o l y o x y l e n e e t h e r a s r e a c t i o nm o n o m e r a n d r e d o xs y s t e mo fN a２S O３a n d(N H４)２S２O８a s i n i t i a t o r．T h e r e s u l t s o f e n e r g y s p e c t r u ma n a l y s i s s h o w e d t h a t t h e s t r u c t u r e o f P AMA Pw a s i n a cＧc o r d a n c ew i t h e x p e c t a t i o n s,a n d t h e t h e r m o g r a v i m e t r i c r e s u l t s s h o w e d t h a t P AMA Ph a d g o o d t e m p e rＧa t u r e r e s i s t a n c e．T h e r e s u l t s o f f i l t r a t i o n e x p e r i m e n t s h o w e d t h a t t h e o p t i m u md o s a g e o f P AMA P f i lＧt r a t e r e d u c e r i n f r e s h w a t e r b a s e p u l p w a s１ ５％,a n dw h e nt h eA P I f i l t r a t i o na m o u n t o f f r e s hw a t e r b a s e p u l p a g e da t１６０ħf o r１６hw a s８ ２m La n d３２ ４m L．W h e n t h e d o s a g e o fN a C lw a s３０％,t h e A P I b e f o r e a n d a f t e r a g i n g w a s１５ ８m La n d１７ ５m L,r e s p e c t i v e l y,i n d i c a t i n g t h a tP AMA Pf i l t r a t e r e d u c e r h a d g o o d r e s i s t a n c e t o t e m p e r a t u r e a n d s a l t．K e y w o r d s:f i l t e r l o s s r e d u c e r;h i g h t e m p e r a t u r e r e s i s t a n t;s a l t r e s i s t a n t;w a t e r b a s e d r i l l i n g f l u i d ０４ 精 细 石 油 化 工２０２０年３月。
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将 SDJS 配成一定浓度的溶液，置于高压罐中 在 150～160 ℃下放置 4 h，测定 SDJS 溶液老化前 后对水泥浆初始稠度和失水量的影响，结果见表 2。
文章编号：1001-5620（2010）02-0043-04
耐温抗盐聚合物水泥降失水剂的合成与性能评价
吕兴辉， 李燕， 常领， 张乐启
( 胜利石油管理局渤海钻井一公司，山东东营 )
摘要 通过用无机盐硅酸钠对 AM/AMPS 二元共聚物进行改性，并对合成条件进行优选，制备出了一种耐温 抗盐油井水泥降失水剂 SDJS。SDJS 抗温达 150 ℃，抗盐达饱和，SDJS 掺量为 0.4% 时，就能在任何含盐浓度下 将失水量控制在 100 mL 以下，其饱和盐水水泥浆 24 h 抗压强度达 14 MPa，掺有 SDJS 的半饱和盐水水泥浆在 120 ℃、 60 MPa 下的增压稠化曲线成直角，过渡时间短，而且 SDJS 与其它外加剂的配伍性好，因此它可用于深井、盐膏 层固井。该剂的合成工艺简单，合成条件易于控制，原料来源丰富、成本低，经济效益好。
流动度 /cm
21.5 20.5 19.5 24.0 21
失水量 /mL
74.0 70.0 54.0 68.0 70
滤饼厚度 /cm 1.7 1.5 1.3 1.9
3
注 ：反应时间为 3 h。
通 过 对 改 性 AM/AMPS 二 元 共 聚 物 合 成 条 件 的 逐 步 优 选， 确 定 该 共 聚 物 的 最 佳 合 成 条 件 为 ：改 性 剂 含 量 为 10% ；单 体 配 比 ( 质 量 比 ) 为 AM∶AMPS=3∶1，反应时间为 2 h，体系 pH 值为 7， 反应温度为 60 ℃，引发剂用量为 0.15%，单体浓度 为 20%。将在此条件下合成的聚合物降失水剂（命 名为 SDJS）洗涤、分离、烘干后，测得其转化率为 91%。
测定了 15%SDJS 水溶液陈化一定天数后对水 泥浆的初始稠度和 API 失水量的影响 , 结果如表 3 所示。由表 3 可以得到，SDJS 溶液经过 21 d 的陈化， 仍能有效地降低水泥浆的失水量，并且水泥浆具有 更小的稠度，说明 SDJS 水溶液体系稳定，在正常 放置条件下的自然降解速度很小，可以至少陈化 21 d 而不影响其使用性能。
2.3 SDJS与其它外加剂的配伍性
在 95 ℃条件下测定 SDJS 水泥浆各项性能，结 果如表 5 所示。表中水泥浆配方如下 ：
1# 600 g 胜维 G 级油井水泥 +0.2%SDJS+0.1% SDH+0.6%SDJZ+5%SDJR+ 消泡剂，水灰比为 0.44
2# 600 g 胜维 G 级油井水泥 +0.1%SDJS+0.1% SDH+0.6%SDJZ+15%SDJR+ 消泡剂，水灰比为 0.44
表 3 放置时间对水泥浆初始稠度及失水量的影响
室温放置时间 /d
初始稠度 /Bc
0
17
7
15
14
13
21
9
注 ：SDJS 的加量为 0.4%（BWOC）。
失水量 /mL 30 41 60 73
2.2 SDJS对水泥石抗压强度的影响
在 95 ℃养护温度下 SDJS 加量对水泥石抗压强 度的影响见表 4。
过度缓凝而影响其早期强度的问题 [6]。这主要是因 为，改性剂硅酸钠水解产生的 SiO32- 与水泥浆中的 Ca2+ 反应生成水化硅酸钙 C—S—H 胶核，可使水 泥石在 12～24 h 内有较高的抗压强度。同时，实 验过程中观察到，掺 SDJS 水泥石的体积收缩率较 小，水泥石与外模胶结较好，外模拆卸困难，而不 掺 SDJS 的原浆水泥石环套体积收缩很大，外模拆 卸容易。
8# 600 g 胜维 G 级油井水泥 +0.8%SDJS + 0.1% SDH+1.0%SDJZ+ 消泡剂，水灰比为 0.44
过渡时间短，基本上实现了直角稠化，可以达到深 井、特殊井、复杂地层等的固井施工要求 。 [7-8]
3 结论
表 6 不同含盐量对水泥浆失水量和抗压强度影响
不同 NaCl 浓度 (%，BWOW) 下失水量 /mL
1.4 SDJS的性质分析
由 图 1 可 以 看 出 ：与 AM/AMPS 共 聚 物 的 谱 图相比，SDJS 谱图中没有出现新的吸收峰，且 2 产 物 的 结 构 基 本 相 似 [5]， 证 明 改 性 后 的 SDJS 对 AMPS/AM 共聚物的耐温抗盐基团并没有产生不良 影响，也没有引入新的官能团，所以硅酸钠是以物 理交联的形式对 AM/AMPS 共聚物进行改性的。
3# 600 g 胜维 G 级油井水泥 +0.2%SDJS+0.15 %SDH+0.6%SDJZ+5%SDJR+ 消泡剂，水灰比为 0.44
4# 600 g 胜维 G 级油井水泥 +0.2%SDJS+0.1% SDH+0.6%SDJZ+0.2%HEC+ 消泡剂，水灰比为 0.44
5# 600 g 胜维 G 级油井水泥 +0.2%SDJS+0.1% SDH+0.6%SDJZ+0.4%HEC+ 消泡剂，水灰比为 0.44
表 2 温度对 SDJS 降失水效果的影响（150～160℃、4 h)
(b) 图 1 SDJS 与 AM/AMPS 的红外光谱图
SDJS/
保温前
%(BWOC) 初始稠度 /Bc FL/mL
0.4
10
50
0.5
14
45
0.8
17
30
1.0
18
28
保温后
初始稠度 /Bc FL/mL
7
100
10
83
10
76
1.3 改性AM/AMPS聚合物的合成条件
在原 AM/AMPS 二元共聚物合成基础上分析各
第一作者简介 ：吕兴辉，1980 年生，2005 年毕业于中国石油大学石油工程专业。地址 ：山东省东营市河口区仙河镇渤海 钻井一公司技术科 ；邮政编码 257200 ；E-mail ：upclxh@。
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48
吕兴辉等：耐温抗盐聚合物水泥降失水剂的合成与性能评价
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由表 2 可见，随着 SDJS 在水泥浆中加量的增大， 水泥浆失水量递减，当其加量大于 0.4%(BWOC) 时， 失水量减少到 50 mL 以下 ；SDJS 溶液经过高温高 压处理后，相同条件下的水泥浆初始稠度明显变小， 失水量增大。这说明 SDJS 共聚物在高温下有一些 链节发生了断裂，分子量变小，但是可通过增加其 用量将失水量控制在要求范围内 ；同时聚合物在高 温高压条件下适当降解有利于水泥浆的减稠。 2.1.2 放置时间对SDJS降失水性能的影响
2.4 SDJS降失水剂的抗盐性能
测定了不同 NaCl 加量条件下水泥浆的 API 失 水量和 h 抗压强度，见表 6。表 6 中水泥浆配方如下。
6# 600 g胜维 G级油井水泥 +0.2%SDJS+ 0.15% SDH+0.6%SDJZ+10%SDJR+消泡剂，水灰比为 0.44
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7# 600 g 胜 维 G 级 油 井 水 泥 + 0.4%SDJS+ 0.10%SDH+0.6%SDJZ+ 消泡剂，水灰比为 0.44
取 10 mg 左右的 SDJS 样品，在充氮气条件下 用 WCT 微机差热天平测其热稳定性，结果见图 2。 由 图 2 中 DTA 曲 线 可 知，SDJS 样 品 在 温 度 大 于 320 ℃以后才开始分解，且峰顶温度为 400 ℃，在 150 ℃时的失重率为 3.15%。而 AM/AMPS 的分解 温度为 255 ℃，峰顶温度为 302 ℃，这证明 SDJS 的热稳定性高于 AM/AMPS 共聚物。
1 AM/AMPS 降失水剂的改性
1.1 改性剂的确定
将硅酸钠引入到 AM/AMPS 共聚物中对其进行 改性，一方面能控制聚合物的 pH 值，降低其水解 速度，另一方面能形成共聚物的物理交联点，增强 聚合物的强度，分散聚合物的应力集中，提高聚合 物的耐温性，改善聚合物水泥浆的流变性能 [2]。同 时，硅酸钠溶于水后形成胶状硅酸钠水溶液，其微 粒粒径比水泥颗粒的小，具有充填作用，使得水泥 颗粒之间的空隙及水化形成的孔喉变得更小，增加 了流体流动的阻力，从而提高水泥浆的防窜能力， 降低失水量 ；还可堵塞一些水化形成的连通通道， 增加了水泥石的密实性，从而降低水泥石的渗透性。 这样，就使降失水剂同时具有了成网、成膜、增黏、 堵孔等作用，提高了其在高温高盐条件下的应用性
表 5 SDJS 与其它外加剂复配对水泥浆性能的影响
配 初始稠 流动度 / t/
FL/
p/
方 度 /Bc cm
min
mL
MPa
1#
9
20
140
50
17.3
2#
5
23
120
96
14.5
3#
8
22
172
46
17.6
4#
12
16
133
34
16.9
5#
15
16
120
26
15.3
由表 5 可以看出，SDJS 与其它外加剂有良好 的 配 伍 性， 各 种 性 能 均 能 达 到 固 井 要 求， 与 胶 乳 SDJR 的复配，很好地改善了水泥浆的流变性 ；与 HEC 的复配进一步提高了其降失水性能 ；与缓凝剂 SDH 的复配使其稠化时间可调。