海水型聚合物降失水剂研制

海水型聚合物降失水剂的研制

【摘要】利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（amps）、n，n-二甲基丙烯酰胺（dmam）、不饱和羧酸等制备了一种低分子量聚合物降失水剂g83l，将其分子量较高的降失水剂g80l进行了对比，实验发现：合成的g83l更适合于海水水泥浆体系，可避免海水引起的水泥浆增稠现象，且控失水能力良好，对稠化时间影响可控。

【关键词】amps；dmam；降失水剂；海水水泥浆；固井

随着固井工程的发展及特殊井、超深井的开发应用，对固井水泥浆的失水性能提出了更高的要求[1]。其中amps共聚物类降失水剂由于具有良好的抗温性能、降失水性能及抗盐性能，得到了很好的推广和应用，对其进行的研究也很多[2～4]。但是，研究与应用主要集中在淡水水泥浆体系及盐水水泥浆体系，符合大多数陆地固井水泥浆的需求。但是，由于海洋固井过程中的特殊性，为节约成本，往往期望降失水剂具有良好的海水配浆性能，使用淡水型的g80l

制备的海水水泥浆，在实验过程中，出现了搅拌过程中增稠，静置后无法流动的现象，通过对单体比例、反应条件等进行比较，研制出一种适合海水应用的降失水剂，并对其进行了评价。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

1）试剂：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（amps）；n，n-二甲基丙烯酰胺（dmam）；不饱和羧酸；去离子水；过硫酸铵；分子量抑制剂。

2）仪器：凝胶色谱仪；千德勒8040d10增压稠化仪；千德勒3500ls 旋转粘度计；沈航owc-9710型高温高压失水仪；沈航owc-118d循环水强度养护箱；yj-2001型匀加荷压力试验机等。

1.2 合成方法

分别按比例称取一定量的不饱和酸、amps、dmam单体及分子量抑制剂，配制成水溶液，加入到三口烧瓶中，加入naoh调节ph至6，搅拌升温至50℃，通入氮气除氧，20min后停止通入氮气并加入一定量的过硫酸铵作为引发剂，并反应约1h后，冷却至室温，最终得到共聚产物，命名为g83l。

1.3 水泥浆配方

水泥浆评价按照gb/t 19139-2003 进行。

实验配方采用：sd水泥+g83l+h21l+x60l。其中，sd水泥为山东g级水泥；h21l为有机磷酸类缓凝剂；x60l为消泡剂，水泥浆密度

1.9g/cm3，水灰比0.44。

2 结果与讨论

2.1 分子量表征

对聚合物的分子量表征采用凝胶色谱仪进行，分别对比了合成聚合物g83l及常规amps共聚物降失水剂g80l（与g83l合成单体比例、浓度相同）的分子量分布情况，结果如下：

图1 分子量对比

表1 样品分子量总结

可以看出，制备的g83l具有更小的分子量。

2.2 水泥浆失水性能评价

失水性能是衡量降失水剂性能优劣的首要条件，在50℃、90℃条件下，分别评价了水泥浆的失水性能，并与g80l进行了对比。结果如下所示：

图2 g83l与g80l加量对失水的影响

由实验结果可以看出，低分子量的g83l虽然聚合物的相对分子质量比g80l要小的多，但并不影响g83l失水性能的发挥，不管是淡水浆、海水浆、1.9g/cm3还是1.5g/cm3虽然失水略大于g80l，但仍表现出了良好的降失水性能。

2.3 水泥浆流动性能评价

在不同降失水剂加量下，对水泥浆流动性进行了评价，如表2所示。

由实验可知，添加g80l的水泥浆明显比添加g83l的水泥浆稠，在海水配浆的水泥浆中，g80l加量仅为2%以上时已经很稠，并且静置5分钟后，浆体无法流动，结合失水性能，加量2%时，失水量仍在100ml以上，不利于应用，因此，g80l无法适用于海水水泥浆体系。而g83l应用于海水水泥浆体系时，加量增大至4%，仍具有良好的流动性，且在此时，控失水能力较强。但g83l在淡水水泥浆中，却无法保持良好的稳定性，可能与其小分子量占比过大有关。一般来说，对含盐水泥浆中降失水剂的耐盐性能的评价，主要集中在金属离子对降失水剂控失水能力的破坏[5，6]，但是从图2可以看出，合成的g80l、g83l在海水水泥浆中都表现出了良好的控

失水性能，但结合表2，可以发现，仅关注降失水剂的控失水能力对水泥浆体系来说是不合适的。造成海水水泥浆体系增稠的原因，可能是海水中的高价金属阳离子在高分子的聚合物分子间起到了架桥作用，使得聚合物分子更大，造成水泥浆增稠。由此可见，高分子量的g80l适合于淡水水泥浆体系，分子量较低的g83l更适合于海水水泥浆体系。

表2 水泥浆流动性能

2.4 g83l对稠化时间的影响

在50℃、70℃条件下，不同加量g83l对稠化时间的影响进行了评价，如下所示：

图3 g83l对海水水泥浆稠化时间的影响

由上图可以看出，在不同温度下，随着g83l加量增大，稠化时间延长，可能是由于有机分子在水泥颗粒表面吸附，延缓了水泥水化造成的。但可以看出，稠化时间变化不大，基本可控。

2.5 停开机实验

图4 g83l海水水泥浆稠化曲线

图5 g80l海水水泥浆稠化曲线

在海上平台尾管作业中，通常在水泥浆顶替到位后，需要静置一定时间，旋出钻杆，并将钻杆以上部分水泥浆顶替出。因此，为防止水泥浆在静置作业过程中，出现过胶凝现象，有必要对水泥浆进行“停开机”实验。分别对g80l及g83l制备的海水水泥浆（添加一定的缓凝剂h21l）进行了停开机实验，稠化曲线如图4、图5所

示。由实验结果可以发现，g80l制备的海水水泥浆开机后稠度增长到接近80bc，明显大于40bc的可泵稠度，无法保证安全作业。而g83l具有良好的“停开机”的稠度稳定性，是海水水泥浆的良好添加剂。

3 结论

1）制备的海水型聚合物降失水剂分子量明显低于同类型淡水型降失水剂，在海水中表现出良好的性能，解决了高分子量降失水剂的增稠问题。

2）虽然分子量降低，但低分子量降失水剂的失水性能并未出现较大的下降，仍具有良好的控失水能力，说明在一定范围内，分子量大小对聚合物降失水剂的影响并不明显。

3）降失水剂g83l制备的海水水泥浆表现出良好的流动性能和稠化性能。

【参考文献】

[1]张科，王展旭，孙伟.amps多元聚合物固井降失水剂的合成与应用性能评价[j].青岛科技大学学报，2004，25（6）：500-502.

[2]袁波，潘敏，邓生辉，等.am/ dmam/ amps降失水剂的研究[j].精细石油化工进展，2007（8）：9-11.

[3]卢甲晗，袁永涛，李国旗.油井水泥抗高温抗盐降失水剂的室内研究[j]. 钻井液与完井液，2005，22（s1）：67-68.

[4]kelessidis v c， tsamantaki c， michalakis a， et al. greek lignites as additives for controlling filtration