GWF―200L降失水剂的合成研发及其性能表征
降失水剂类型及制造原理
降失水剂类型及制造原理良好的降失水剂应符合以下条件：1)对水泥浆的流动性，抗压强度，凝结时间无不良影响；2)能适应不同类型和密度的水泥浆；3)使用方便，成本低(因降失水剂加量较大)。
(1)微粒材料最初用作降滤失的外加剂是膨润土，膨润土以其微小的颗粒进入滤饼并嵌入水泥颗粒之间使滤饼结构致密，降低泥饼的渗透率，从而减少水泥浆的失水。
例如5%~8%的优质粘土就可以使水泥降失水降低到300~400ml/30min。
属于这类材料的还有沥青、CaCO3粉末、微硅、石英粉、火山灰、飞尘、硅藻土、硫酸钡细粉、滑石粉、热塑性树脂等，均可用作降失水剂。
此外，胶乳水泥也有非常好的降滤失性能。
胶乳是乳液聚合物，是由粒径200~500μm的微小聚合物粒子在乳液中形成的悬浮体系。
大多数胶乳体系含有50%(质量分数)左右的固相，就像膨润土那样，胶乳粒子可以在水泥滤饼的微隙中形成架桥颗粒和物理堵塞。
油井水泥最常用的胶乳是聚二氯乙烯和聚醋酸乙烯酯体系，但仅限于50℃以下使用。
苯乙烯-二烯及其衍生物的共聚物胶乳体系已经用于176℃条件下固井作业。
胶乳体系除具有良好的降滤失性能外，还可改善水泥石性能，增强抗震抗腐蚀能力等。
其加量为1%~5%左右。
(2)纤维素衍生物这类型产品品种较多，常用的有HEC(羟乙基纤维素)、CMC、CMHEC，硫酸纤维素，纤维素黄原酸盐以及纤维素的接枝改性产品。
纤维素来自棉花(含90%)、木材(含50%纤维素，20%~30%木素，其余为半纤维素)、麻、稻草、麦草等。
纤维素是含不同聚合度的大分子混合物，经过提纯，分离之后聚合度有很大下降。
如棉纤维和木材纤维的聚合度达1万左右，经蒸煮分离后，聚合度n降至100~2000。
纤维素大分子每个基本环有三个自由羟基，可以进行氧化、酯化、醚化反应，这样就改变了纤维素的性质。
纤维素作为降失水剂，聚合度n=200~800，取代度(DS)在0.5~2.5之间，使用温度在130℃以下，加量0.1%~0.3%。
新型聚合物型水基钻井液降失水剂的合成及性能研究
新型聚合物型水基钻井液降失水剂的合成及性能研究王冬;熊继有;都伟超;胡国金;李燕;王佩珊【摘要】以烯丙基磺酸钠（AS）、甲基丙烯酸甲酯（MA）、丙烯酰胺（AM）为原料，合成了一种新型聚合物型水基钻井液降失水剂。
降失水剂的最佳合成条件为：反应温度65℃，引发剂用量0.35%，单体总浓度30%，pH =7，单体配比AM ：AS ： MA =35：15：50。
该降失水剂具有良好的降失水效果，且对钻井液的流变性影响不大。
%A new water-based drilling fluids loss additive was synthesized from allyl sulfonate(AS),meth-ylmethacrylate(MA),acrylamide(AM). The optimum conditions of the synthesis optimum conditions were as follows:reaction temperature was65 ℃,initiator concentration was 0. 35% ,monomer concentra-tion was 30% ,pH = 7 and monomer ratio AM: AS: MA = 35: 15: 50. The fluid loss additive had a good flu-id loss performance,and it has little effect on drilling fluid rheology.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】5页(P1660-1663,1666)【关键词】降失水剂;烯丙基磺酸钠;钻井液;三元共聚物【作者】王冬;熊继有;都伟超;胡国金;李燕;王佩珊【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500;西南石油大学化学与化工学院，四川成都 610500;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452;中国石油西南油气田公司，四川成都 610051【正文语种】中文【中图分类】TQ9;O69随着油气勘探开发难度和深度的增加，在钻井过程中会遇到地层异常高温高压、井壁不稳定等问题。
抗高温油井水泥降失水剂的性能研究
溶液性能主要包括聚合物浓度、无机盐、温度、剪切速率等因素对聚合物溶液表观 粘度的影响，结果表明，溶液的表观粘度随聚合物的浓度上升而增加，随无机盐的加入 而下降，聚合物具有较好的抗温和抗剪切性能；应用性能的研究表明，降失水剂可有效 地降低失水量，具有良好的抗高温性能，对水泥浆的游离水无不良影响，具有一定的缓 凝作用，且过渡时间短，可改善水泥浆的流变性，当降失水剂加量郢．５％（ＢＷＯＣ）时， 水泥石强度发展较快；配伍性研究表明，该降失水剂与无机型缓凝剂有良好的配伍性， 在此基础上进行了水泥浆体系配方研究，当配方为：Ｇ级油井水泥＋３５％石英砂＋２％微 硅＋５％硼砂＋Ｏ．５％分散剂＋０．５％降失水剂＋０．５％缓凝剂＋ｏ．１％消泡剂，形成的水泥浆体 系游离水为０，初始稠度１０Ｂｅ，流性指数Ｏ．９３，稠度系数Ｏ．１６，１６０℃时的稠化时间为 ４００ｍｉｎ，失水量５３ｍＬ。
中国石油大学（华东） 硕士学位论文
抗高温油井水泥降失水剂的性能研究 姓名：曾斌
申请学位级别：硕士 专业：石油与天然气工程 指导教师：倪红坚；孙举
201205
摘要
本文结合目前油井水泥降失水剂的研究现状和发展趋势，对中原油田钻井工程技术 研究院油化所合成的抗高温降失水剂进行了系统的性能研究，主要包括溶液性能、应用 性能、以及配伍性三方面的内容，形成了以该降失水剂为主剂的抗温１６０＂Ｃ水泥浆体系 配方。
抗高温水泥浆降失水剂(YJS—L)的合成和评价
文章 编 号 ： Ｏ ｌ５ ２ （ ０ ８ ０ —０ ４ ０ ｌ Ｏ 一 ６ ０ ２ ０ ） ５０ ５ — ３
抗 高温 水 泥 浆 降失水 剂 （ Ｌ） ＹＪ — 的合成 和 评 价 Ｓ
熊军林 武世 新
（ 安职业技术学院 ， 西延安） 延 陕
摘 要 目前 固井作 业 常用 的高 温 降失 水 剂 均 存 在 不 同 程 度 的缺 陷 ， 因此 采 用 水 溶 液 聚 合 法 ， 刚 性 单 体 （ 、 以 Ｙ） 磺 酸 盐 单 体 （） 羧 酸 类 单 体 （ ） 主 要原 料 ， 成 了一 种 新 型 抗 高 温 降 失 水 剂 （ Ｊ － ） 对 其 降 失 水 性 能 进 行 了 Ｊ和 ｓ为 合 Ｙ ＳＬ 。 评 价 ， 步讨 论 了其 降失 水 机 理 。 结果 表 明 ， 有 Ｙ ＳＬ 的水 泥 浆 在 １０ ℃ 温 度 下 仍 具 有 良好 的流 变 性 和 沉 降 稳 初 加 Ｊ－ ８
定 性 且 析 水 量低 ． 且 Ｙ Ｌ对 水 泥 石 抗压 强度 无不 良影 响 。 而 Ｊ 关键 词 固 井 水 泥 浆 添 加 剂 降 失 水 剂 高 温 合 成
中 图分 类 号 ： ２ ６ ６ ＴＥ ５ ． 文 献标 识 码 ： Ａ
目前 中国 固井 作业 中常用 的高温 降失水 剂均存 在不 同程度 的缺 陷 ， 如使 水 泥 浆 增稠 、 流动 性 变差 ； 影 响水泥浆 的稠 化 时间 ， 在 高温 下 出 现水 解 超 缓 或 凝现 象 ； 高温下 降失水 性能变 差等 ， 在 急需合 成 出新 型 的抗 高温 降失水 剂 。通 过对文 献资料 的分 析和 室 内实验 探索 ， 最终选 用刚性 单体 Ｙ、 酸盐单 体 Ｊ和 磺
学试 剂 厂） 氢 氧化钠 、 、 氧化 钙 、 机盐 、 无 引发剂 、 早强
化学交联聚乙烯醇降失水剂的合成及中试研究
化学交联聚乙烯醇降失水剂的合成及中试研究程康康，刘 帅，刘福仁（山东奥必通石油技术股份有限公司，山东东营 ２５７０００）摘 要：聚乙烯醇与交联剂戊二醛在６０℃、酸性环境下的水溶液中发生反应，生成化学交联聚乙烯醇降失水剂。
研究结果表明：当６％聚乙烯醇和５％戊二醛的质量比为３００∶１．４，６％聚乙烯醇和０．１ｍｏｌ／Ｌ盐酸的质量比为３００∶４７时，得到ＡＰＩ滤失量较低的产品。
线形方程生产的中试产品的性能和实验室合成样品保持一致。
加入１．２％ＢＷＯＣ产品可使Ｇ级油井水泥浆在６０～８０℃的ＡＰＩ滤失量降至５０ｍＬ以下，满足中低温型降失水剂一级品的要求。
关键词：化学交联；聚乙烯醇；降失水剂中图分类号：ＴＥ２５６．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－３４６７（２０２１）０３－００４３－０３ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＰｉｌｏｔＴｅｓｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＣｒｏｓｓＬｉｎｋｉｎｇＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌａｓＦｌｕｉｄＬｏｓｓＡｇｅｎｔＣＨＥＮＧＫａｎｇｋａｎｇ，ＬＩＵＳｈｕａｉ，ＬＩＵＦｕｒｅｎ（ＳｈａｎｄｏｎｇＯＰＴＰｅｔｒｏｌｅｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ２５７０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌｆｌｕｉｄｌｏｓｓａｇｅｎｔｉｓｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌａｎｄｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇａｇｅｎｔｇｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅｉｎａｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎａｔ６０℃ｉｎａｃｉｄｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆ６％ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌａｎｄ５％ｇｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅｉｓ３００∶１．４，ａｎｄｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆ６％ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌａｎｄ０．１ｍｏｌ／Ｌｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄｉｓ３００∶４７，ａｐｒｏｄｕｃｔｗｉｔｈｌｏｗｅｒＡＰＩｆｌｕｉｄｌｏｓｓｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｐｉｌｏｔｐｒｏｄｕｃｔａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｌｉｎｅａｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｉｓｔｈｅｓａｍｅｗｉｔｈｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｙｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓａｍｐｌｅ．Ｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆ１．２％ＢＷＯＣｐｒｏｄｕｃｔｍａｋｅｔｈｅＡＰＩｆｌｕｉｄｌｏｓｓｔｏｌｅｓｓｔｈａｎ５０ｍＬｐｒｅ ｐａｒｅｄｗｉｔｈＧｇｒａｄｅｃｅｍｅｎｔａｔ６０～８０℃，ｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｌｏｗａｎｄｍｅｄｉｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｒｓｔｇｒａｄｅｆｌｕｉｄｌｏｓｓａｄｄｉｔｉｖｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈｅｍｉｃａｌｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ；ｆｌｕｉｄｌｏｓｓａｇｅｎｔ０ 引言目前常用的固井降失水剂是以丙烯酰胺（ＡＭ）和２－丙－烯酰胺基－２－甲基丙磺酸（ＡＭＰＳ）等单体为原料，采用水溶液自由基共聚法合成的三元或四元共聚物，此产品具有良好的控滤失性能，但也存在其在水泥浆中养护后分散沉降；缓凝作用导致低温无法使用的问题。
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. Vinyl sulfonate co-polymers for high-temperature filtration control of water-base muds[J ]. SPE Drilling Engineering，1986，1(5)：358-364.［6］ Kelessidis V C，Tsamantaki C，Michalakis A，et al.Greek lignites as additives for controlling filtration properties of water-bentonite suspensions at high temperatures[J]. The Science and Technology of Fuel and Energy，2007，86(11)：1112-1121.［7］ Tomczak S， Hogen-Esch T E. Poly(N ， N-dimethylacrylamide) containing pendent perfluorooctyl groups[J]. Journal of American Chemistry Society，2001，42(1)：562-563. ［8］ Plank J，Lummer N R，Dugonjić-Bilić F. Competitive adsorption between an AMPS-Based fluid loss polymer and welan gum biopolymer in oil well cement[J]. Journal of Applied Polymer Science，2010，116(5)：2913-2919.［9］罗文利，韩冬，韦莉，等. 抗盐碱星形聚合物的合成和性能评价[J]. 石油勘探与开发，2010，37(4)：477-482.Luo Wenli，Han Dong，Wei Li，et al. Synthesis and property evaluationof a salt- and alkali-resistant starpolymer[J]. Petroleum Exploration and Development，2010，37(4)：477-482(in Chinese).［10］Dugonjić-Bilić F，Plank J. High-temperature-resisting and salt-resisting spacerfluid 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.［11］李焕明，庄稼，张梁，等. 耐高温耐盐油井水泥降失水剂的合成及性能研究[J].钻井液与完井液，2009，26(5)：39-42 Li Huanming，Zhuang Jia，Zhang Liang，et al. Synthesis and property studying of temperature-resistant and salt-tolerant well cement fluid loss additive[J]. Drilling Fluid and Completion Fluid，2009，26(5)：39-42(in Chinese).［12］王展旭，孙伟，张科，等. AMPS共聚物固井降失水剂的合成及性能研究[J]. 青岛科技大学学报，2004，25(4)：308-310.Wang Zhanxu，Sun Wei，Zhang Ke，et al. The synthesis and performance study of AMPS copolymeric well cement fluid loss additive[J]. Journal of Qingdao University of Science and Technology，2004，25(4)：308-310(in Chinese). ［13］ Plank J，Brandl A，Zhai Yanan，et al. 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.。
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
新型固井降失水剂HTF-200C
新型固井降失水剂HTF-200C郭锦棠;卢海川;刘硕琼;靳建州;于永金【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2012(039)003【摘要】针对目前中国常规固井降失水剂抗温抗盐能力差、综合性能欠佳的问题,以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、新型双羧基化合物为单体,采用水溶液自由基聚合的方法合成了耐盐、抗高温的共聚物型固井水泥降失水剂HTF-200C.HTF-200C微观结构表征和应用性能综合评价表明,各单体成功参与聚合,共聚物热稳定性良好；该降失水剂控失水耐温可达200℃,抗盐达饱和,可解决常规降失水剂高温下易水解、稠化实验“鼓包”等问题；以HTF-200C为主剂的水泥浆体系失水量低、抗盐耐温能力强、低温下强度发展快、无超缓凝现象、胶凝强度过渡时间短,具有很好的综合性能.产品在辽河油田陈古1-3井应用后固井质量达到优质.【总页数】6页(P359-364)【作者】郭锦棠;卢海川;刘硕琼;靳建州;于永金【作者单位】天津大学化工学院;天津大学化工学院;中国石油集团钻井工程技术研究院;中国石油集团钻井工程技术研究院;中国石油集团钻井工程技术研究院【正文语种】中文【中图分类】TE256.6【相关文献】1.新型两性离子固井降失水剂的合成与性能评价 [J], 韩亮;唐欣;杨远光;崔强2.新型固井降失水剂BXF-200L的研制与应用 [J], 邹建龙;屈建省;吕光明;谭文礼;朱海金3.新型固井降失水剂HTF-210C的研发及性能评价 [J], 郭锦棠;邹双;喻文娟;刘硕琼;靳建洲;于永金4.耐高温抗盐固井降失水剂的制备及性能研究 [J], 夏修建; 于永金; 靳建洲; 徐明; 刘硕琼5.一种固井聚合物类降失水剂用交联剂的研制与应用 [J], 卢甲晗;郭娟;梁海祥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
抗高温油井水泥降失水剂的研究进展_李晓岚
抗高温油井水泥降失水剂的研究进展李晓岚1,石凤歧2,孙 举1,李韶利2,姜雪清1(1.中原石油勘探局钻井工程技术研究院,濮阳457001;2.中原石油勘探局固井工程处,清丰457331)[摘 要] 综述了近年来抗高温油井水泥降失水剂的研究现状,分为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(A M P S )聚合物、改性天然高分子以及聚合物与其他处理剂复配体系三大类。
将国内外研究降失水剂的具体实例进行对比分析,总结了国内与国外研究存在的差距,展望了该领域的研究重点和发展方向。
[关键词] 降失水剂 固井 聚合物 改性 复配收稿日期:2011-01-17。
作者简介:李晓岚,博士,毕业于中国科学院成都有机化学研究所高分子化学与物理专业,现从事油井水泥外加剂的研究工作。
油井水泥降失水剂在油田固井施工中能增强水泥浆的保水作用,防止水泥浆在渗透性地层中先期脱水,保证水泥浆体的稳定性,提高固化水泥石的强度,防止气窜,提高水泥环的抗渗能力,保护水敏地层,防止水泥浆滤液污染油气层及水泥浆颗粒对油气层的堵塞〔1〕。
在石油可采和易采储量不断减少的情况下,油田勘探开发已向海洋、复杂地层、深井、中深井以及超深井方面发展,为满足高温高压固井需求,需要不断研制出性能良好而且稳定的降失水剂〔2〕。
因此,抗高温油井水泥降失水剂成为近年来国内外学者研究的热点之一。
1 国内研究现状目前国内常用的聚乙烯醇(P V A )和羟乙基纤维素(H E C )两种降失水剂都存在缺陷。
P V A 型降失水剂具有价格低、防气窜的优点,在低温下无缓凝作用,且与氯化钙配伍性好;但高温适应性能差,使用温度最高只能达到95℃,而且抗盐(N a C l )性能差(通常不超过5%)〔3〕。
H E C 等纤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110℃〔4〕。
新型聚合物类油井水泥缓凝降失水剂的合成及性能评价
新型聚合物类油井水泥缓凝降失水剂的合成及性能评价
李雨威;万伟;潘英杰
【期刊名称】《天然气勘探与开发》
【年(卷),期】2009(032)001
【摘要】随着油气井钻井深度的增加,目标地层的温度和压力也不断增加,井底和井口温度差增大,固井作业难度越来越大,尤其是在长封固段固井工作中.从水泥浆工艺上解决这个问题的途径是采用一种具有高温缓凝效果的缓凝剂,文中研制出了一种以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以及丙烯酸(AA)为原料合成的水泥浆外加剂,不仅具有高温缓凝和控制失水的效果,而且保证了水泥浆的其它性能可调.图1表5参7
【总页数】5页(P62-66)
【作者】李雨威;万伟;潘英杰
【作者单位】西南石油大学;西南石油大学;中国石油大学石油天然气工程学院·北京【正文语种】中文
【中图分类】TE8
【相关文献】
1.油井水泥降失水剂AS的合成与性能评价 [J], 王广英;张金生;李丽华;杨波勇
2.油井水泥降失水剂丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸共聚物的合成及性能评价 [J], 郑成胜;郭宏伟;孙在春
3.油井水泥降失水剂的合成及性能评价 [J], 邓清月;高婷;李爽
4.一种合成聚合物类油井水泥降失水剂及其合成方法和应用 [J],
5.抗高温油井水泥降失水剂的合成及性能评价 [J], 李晓岚;国安平;李韶利;马小龙;孙举
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聚合物降失水剂CPF合成工艺研究及应用
聚合物降失水剂CPF合成工艺研究及应用
余勇;王裕艾
【期刊名称】《钻采工艺》
【年(卷),期】1997(020)003
【摘要】文章介绍了聚全物降失水剂ＣＰＦ的合成工艺及流程。
产品的工艺流程为单体沸向，聚合反应，粉碎与成品包装等。
阐述了影响产品质量的主要因素，以及合成工艺条件与降失水作用的关系。
经现场应用，具有良好的降失水效果。
【总页数】4页(P60-62,70)
【作者】余勇;王裕艾
【作者单位】四川石油管理局钻采工艺技术研究院;四川石油管理局钻采工艺技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TE254.4
【相关文献】
1.新型三聚氰胺高效减水剂的合成工艺研究及应用 [J], 王虎群;胡铁刚;杨晓峰;张智敏
2.新型聚合物类降失水剂GJ-Y的研究与应用 [J], 安娜;魏周胜;李波
3.耐温抗盐聚合物降滤失剂CPF的研究及应用 [J], 欧阳伟;黄荣华
4.新型聚合物型水基钻井液降失水剂的合成及性能研究 [J], 王冬;熊继有;都伟超;胡国金;李燕;王佩珊
5.一种固井聚合物类降失水剂用交联剂的研制与应用 [J], 卢甲晗;郭娟;梁海祥
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抗高温聚合物降滤失剂PFL-L的研制与应用
抗高温聚合物降滤失剂PFL-L的研制与应用杨小华;钱晓琳;王琳;王显光;董晓强【摘要】To prevent high temperature thickening and maintain good HTHP fluid loss and rheological property of high temperature resistant drilling fluids, a low molecular weight polymer fluid loss additive PFL-L was polymerized by oxidation/reduction reaction, and was analyzed by infrared spectrum and thermo gravimetric analysis. Its molecular weight was tested by gel permeation chromatography,the fluid loss and compatibility in drilling fluid were also evaluated under high temperature and high salinity. Test results show that PFL-L has good thermal stability and polydispersity of molecular weight,is suitable for drilling fluid in ultra-deep well as an additive. PFL-L can reduce fluid loss and control viscosity significantly at high temperature and high salinity, the heat resistance up to 220 ℃, salinity tolerance to saturation. It was applied in Well Xuwen X~3 which is an important exploratory well of Sinopec. Its field application shows that the drilling fluid has good high temperature stability, and met the demands of long open hole that drilled in the third spud to the total depth of 6 010 m. PFL-L, as an ultra-deep well drilling fluid filtrate reducer, it can also meet the demand of drilling safely efficiently in deep and ultra-deep wells.%为使抗高温钻井液具有良好的流变性及高温高压滤失量,防止高温稠化,采用氧化-还原引发聚合反应,合成了一种低相对分子质量的抗高温聚合物降滤失剂PFL-L,进行了红外光谱和热重分析；采用凝胶渗透法测定了产物相对分子质量,评价了高温高盐情况下聚合物降滤失性能及配伍性.评价结果表明,PFL-L热稳定性好,产物分子量具有多分散性,适用于超深井钻井液处理剂,高温高盐条件下在显著降低钻井液滤失量的同时,可很好地控制钻井液高温下的黏度,抗温220℃,抗NaCl可达36％.该降滤失剂在徐闻X-3井进行了现场应用,应用结果证明,由PFL-L等处理剂形成的超高温钻井液热稳定性好,确保了徐闻X-3井三开长裸眼井段的顺利钻进,完钻井深6 010m,取得了良好的应用效果,满足了安全高效钻井需求.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2012(040)006【总页数】5页(P8-12)【关键词】超高温;聚合物;降滤失剂;钻井液【作者】杨小华;钱晓琳;王琳;王显光;董晓强【作者单位】中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101【正文语种】中文【中图分类】TE254+.4随着油气田勘探开发的不断深入，深井、超深井不断增多，对水基钻井液性能提出了更高的要求，尤其在钻遇盐层或盐膏混层时，钻井液的流变性和高温高压滤失难以兼顾，成为制约深部地层钻井的一大技术瓶颈。
含双温敏单体的耐220℃高温降失水剂
含双温敏单体的耐220℃高温降失水剂李早元;陈建;黄盛;杜培伟;蒋卓颖;罗龙【期刊名称】《油田化学》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】针对目前油井水泥降失水剂高温条件下耐温性差的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺(AM)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)、双温敏单体N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)与N,N-二乙基丙烯酰胺(DEAA)为原料,通过水溶液自由基聚合法制备了一种耐高温降失水剂(LHF-1L)。
以失水量为评价指标,对合成条件进行了优选,同时对LHF-1L进行了结构表征和性能评价。
结果表明,在AM、SSS、DMAA、DEAA物质的量比为4∶6∶2∶0.5,引发剂为单体总质量0.75%的过硫酸钾(KPS)溶液,反应物溶液pH值为7,反应温度为65℃,反应时间为4 h的条件下制得的LHF-1L的降滤失性能最佳。
在220℃、7%加量下的失水量为42 mL。
FT-IR、TG和GPC测试结果表明,4个单体均成功参与聚合并生成目标产物。
当温度达到273℃后,LHF-1L才出现明显的热损失,其多分散系数为1.396,数均分子量为171 351 g/mol。
此外,LHF-1L对水泥浆流动度和水泥石抗压强度发展的影响较小。
在220℃下,在水泥浆中加入7%LHF-1L后的失水量仍能控制在50 mL以内。
在150℃、94.4 MPa下,LHF-1L不会使水泥浆急剧增稠和超缓凝,稠化曲线正常,未发生异常胶凝现象。
采用双温敏单体制备LHF-1L,增强了其在高温下的温敏疏水缔合作用,从而提高了高温降滤失性能,可以满足高温条件下的固井技术需求。
【总页数】9页(P1-9)【作者】李早元;陈建;黄盛;杜培伟;蒋卓颖;罗龙【作者单位】油气藏地质及开发工程全国重点实验室(西南石油大学);中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【相关文献】1.深井油井水泥耐盐抗温降失水剂JSS300的试验研究2.耐高温耐盐油井水泥降失水剂的合成及性能研究3.一种抗温耐盐油井水泥降失水剂SW-1的研究4.耐盐降失水剂AMPS/DMAA/IA的合成及其性能评价5.抗高温耐盐AMPS/AM/AA降失水剂的合成及其性能表征因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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关键词：amps/am/aa共聚物；降失水剂；耐高温；抗盐
中图分类号：te256 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2016）18-0088-04
0 引言
当前，我国的石油勘探和资源开采逐步向深井、超深井以及更复杂地层类型发展，并且对完井固井开采技术的要求越来越严格[1]。
随着油井温度、压力、饱和盐水等开采条件的复杂化，以往常用的聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、聚乙烯醇类降失水剂已无法满足开采作业的需求[2]。
目前学术界普遍认为降失水剂主要通过改善滤饼质量和提高滤液粘稠度来防止水分散失，其中滤饼质量的控制起主导作用。
而水泥浆粒子的级配及分散程度决定着滤饼的致密度，因此，水泥浆的调配及质量控制才是保持水量的关键因素。
水溶液中若存在带正电荷的水泥颗粒，则含有羰基、亲水基团等吸附基团的阴离子聚电解质降水剂就能与之反应，通过多点吸附作用与之构成网状结构，进而基于水化基团的水化反应形成一层结实的水化层，从而降低颗粒分散、滤饼渗透率，减少失水量。
如果降失水剂的大分子链与水泥颗粒形成网状结构，通过阻断水泥颗粒之间的相互接触来防止其聚结，同时进一步优化水泥颗粒的级配结构，提高滤饼的致密程度，以降低失水量。
还有一种聚合物降失水剂在近几年比较常见。
这种新一代降失水剂由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（amps）两个单体构成。
amps分子中含有阴离子性强、水溶性良好的磺酸基团，在外界阳离子进攻下不会产生剧烈的反应，抗盐性非常好[3]；羰基氧（c=0）上的三对孤对电子，对水泥所含的钙离子较敏感，会吸附在钙离子表面构成网状空间结构，由于该结构密度极小，因而能够减少水量流失[4]；丙烯酰胺（am）中的酰胺基（-conh ）除吸附性能外，还可以与其它离子发生剧烈的水化反应，吸附在水泥颗粒表面的酰胺基（-conh）增加了水化膜厚度，这有助于减少失水量，降低滤饼的渗透率[5-7]。
1 实验部分
1.1 原料与仪器（见表1～表2）
1.2 实验方法
1.2.1 实验设计
采用水溶液聚合法开展实验项目，用无毒无污染的水做溶剂，不仅成本低廉，而且易取易得。
另外，水是散热速率较快的导体，它能快速溶于与各单体、引发剂或聚合物中，因此是首选实验材料。
1.2.2 共聚物的制备
在反应器中等比例添加amps、am和aa配成水溶液，升温搅拌，用naoh调节ph值，通氮气30min。
再在溶液中添加适量的具有氧化还原作用的引发剂，使各单体聚合。
在混合溶液逐渐黏稠时切断氮气供应，使混合液恒温熟化，直至生成白色至淡黄色透明色胶体。
2 结果与讨论
2.1 原材料组分比例关系对降失水剂性能的影响
未来确定amps/am/aa各组分之间的最佳配比，在单体质量为20%，引发剂摩尔分数在0.8%、ph值为5左右，聚合温度为70度、反应时间5小时的条件，通过调节三种单体的摩尔比，考察失水量影响的因素有那些。
设计各不同比例下的合成产物，对其控制失水的性能进行测试。
系列号设置为1#-7#，其代表的单体摩尔比分别为80：10：10、 70：20：10、 60：30：10、 50：40：10、 40：50：10、 30：60：10、
20：70：10。
测试结果见图1。
从图1可以看出，amps、am、aa在不同配比下在90度条件下的失水量情况，只有两组实验的结果符合选题要求在100ml以内。
2.2 实验条件确立与优化
根据原材料配比对降失水剂性能的影响实验中可以看出，当三者物质的量在40：50：10-50：40：10的范围之内时可以控制失水量。
综合考量到单体比例的差异、反应温度、引发剂加量、反应体系的ph值等都将影响降失水剂的性能，设计了l16（45）正交实验，以确定降失水剂合成的最优条件（见表3）。
2.3 水泥将性能测试和目标产物结构表征
按照石油行业标准和api-10中有关规定进行水泥浆评价，利用红外光谱仪进行结构表征。
最优配方降失水剂水溶液经洗涤纯化、干燥、研磨后，成为白色粉末。
对其进行傅里叶红外光谱（ir）测试，表征其结构。
图2是amps/am/aa共聚物的红外光谱图。
图中在3428cm-1为am链节中酰胺基的氢键以及-n-h伸缩振动吸收峰；1633cm-1为-conh2中c=o键的伸缩振动；1217cm-1为-c-n的伸缩振动吸收峰；1183cm-1为
-coo-的伸缩振动吸收峰；产物的红外光谱中同时存在三种单体amps、am、aa链节的特征吸收峰，说明所得产物为此三种单体的共聚物，为目标产物。
2.4 聚合物降失水剂耐热性测试
对最优实验条件下合成的降失水剂水溶液进行差热-热重分析（tg）、差试扫描量热分析（dsc）测试，以对其耐热性能进行表征。
测试条件设置为：air保护，测试温度10℃/min，测试温度为15℃-300℃。
图3为目标三元聚合物的tg图。
从图中可以看出，在15℃-400℃之间，三元共聚物没有明显的热降解，说明该产物没有在300℃以下的环境下使其分子主链上发生断链。
说明amps/am/aa三元聚合物降失水剂具有优良的耐热性能。
从热重谱图质量随温度的降低趋势可以看出，降失水剂固体粉末在150℃之前，质量基本没有变化。
这说明干燥完全，同时聚合物中的所含残余单体很少，否则单体会因高温发生分解而出现质量损失，在曲线上出现一个下降的台阶。
热重谱图也间接地说明了单体的转化率高。
降失水剂在150℃-350℃之间，只出现轻微的质量损失，在5%以内。
当温度达到350℃以后，tg曲线表现出直线下降的趋势，降失水剂随着温度升高迅速分解，质量损失比例在50%以上。
可以判断，聚合物的耐热性能能够达到350℃。
同时也可以说明，聚合物降失水剂中能够耐受350℃的分子在这一范围内的分布比较大，在50%以上。
图4为dsc测试。
合成出的降失水剂溶液进行经洗涤纯化、干燥、研磨后，成为白色粉末。
对其进行差式扫描量热（dsc）测试，表征其耐热性能。
从dsc图谱可以看出，合成出的聚合物，在温度达到320℃时出现一个比较大的吸收峰，在0℃-300℃之间dsc曲线上没有明显的吸收峰。
因此可以判断，聚合物在300℃以下的环境里其分子主链上并没有发生断链。
热重图谱与dsc图谱都能说明最佳配方合成的降失水剂具有优良的耐热性能。
2.5 水泥浆性能测试
2.5.1 加量对失水量的影响
从表4中可以看出，随着降失水剂加量从2%-6%，90℃下api失水量从92ml减小到43ml。
当加量达到4%以后降失水剂加量对失水量的影响逐渐减小。
降失水剂用量增大，水泥浆体系中单位体积内的降失水剂分子增多，与水泥颗粒发生的吸附的基团增多，整个水泥浆体系网状结构的交联点更多，从而水泥浆滤饼的结构的致密性能更好，降低失水的能力更强。
2.5.2 加量对失水量的影响
丙烯酰胺类降失水剂具有缓凝作用，在80℃左右，酰胺基团开始水解，水解产物羧基吸附在水泥颗粒表面，延缓水泥水化的进行，从而起到缓凝作用。
降失水剂在分子机构中控制了基团的数量，也引入了抑制酰胺（团水解的官能团，因此缓凝作用不大。
该降失水剂对水泥浆稠化时间的影响见图5。
从图中可以看出，中低温区间稠化曲线正常，未见缓凝作用。
在设定好的压力状态下，油井水泥从混拌开始到水泥浆稠度达100稠度单位（bc）的时间，
即为通常所说的“水泥浆的稠化时间”。
初始稠度是指开始配浆后初期时间内水泥浆流动性能（api规定在一刻钟到半小时之内稠度值不超过30bc）。
研究人员可通过观察分析稠化曲线，对照工艺要求来判断水泥浆流动性能是否达标。
在整个注替过程中，水泥浆流动性越好，其稠度应越低。
当碰压工序结束时，水泥浆稠度应该达到设计稠化时间，其bc值应急剧升高，达到直角稠化的标准。
2.5.3 抗高温性能
抗高温性能是本项目开发合成的降失水剂的最主要的性能之一。
根据中石油行业标准《sy/t 5504.2-2005油井水泥外加剂评价方法第2部分：降失水剂》中api失水量应≤150ml 的要求，在水灰比为0.44、降失水剂加量占水泥灰中4%的条件下测试了各温度下水泥浆的api失水量。
从表5中考查降失水剂抗高温性能的5个实验可以看出，在降失水剂加量4%、分散剂加量1%的条件下，测试温度从70℃提高到180℃，api失水量只从50ml提高到70ml。
在中间的90℃、130℃、160℃三个温度下，失水量虽然都增加了，但是增量在可控范围内。
可见在最佳配比下合成的降失水剂，具有优良的抗高温性能。
具体数据如表5所示。
3 结论
通过上文的分析可以得出结论：聚合物类降失水剂是基于水泥体系中所含的聚合物分子的各种作用而发生聚合作用，但这并不意味着聚合物分子作用越强，其降失水性能越优良，要看各种机理综合起作用控制失水的性能，这就涉及到聚合物基团比例与分子量大小及分布情况对聚合物降失水性能的影响，研究这些影响因素能够为新一代聚合物降失水剂的合成研究提供科学依据。