CN111718149B - 一种油井水泥低粘度触变剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油田化学及油气井固井材料领域，涉及一种油井水泥触变剂，具体涉及一种适用于油井水泥的低粘度触变剂及制备方法。本发明将粉煤灰与合成聚合物类触变剂有效结合，使粉煤灰吸附聚合物类触变剂。本发明利用了粉煤灰的“滚珠效应”，使水泥浆在泵注过程中低粘，当水泥浆静止时，粉煤灰表面吸附的聚合物快速形成网架结构，达到触变功能。当在外力作用下时，由于聚合物吸附在粉煤灰表面，只要外力使粉煤灰发生运动，则网架结构即被破坏，打破触变，可有效保证泵注过程的安全施工。

Description

一种油井水泥低粘度触变剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田化学及油气井固井材料领域，涉及一种油井水泥触变剂，具体涉及一种适用于油井水泥的低粘度触变剂及其制备方法。
背景技术
触变水泥浆体系是在混合与注替过程中具有良好的流动性能，而当其静止后，又能迅速形成胶凝强度较高的特种水泥浆体系，理想的水泥浆触变性可以有效解决固井过程中的漏、窜问题。目前，国内外触变水泥浆体系中所用触变剂可分为无机和有机两类，无机类触变剂主要有黏土矿物类、硫酸盐类、金属碳酸盐或混合金属氢氧化物等，有机类触变剂主要包括交联聚合物类和合成聚合物类。交联聚合物类触变剂中常用的交联剂包括锆、钇、铁等高价过渡金属离子和间戊二酮、乳酸、三乙醇胺等钛螯合物。合成聚合物类主要包括丙烯酰胺单体的聚合物等。
通常认为触变机理是由于液体静止时内部颗粒或者分子通过某种作用力形成网络空间结构，这种网络空间结构在外力的作用下能够被破坏，宏观上表现为静止变稠，剪切变稀，当撤去外力一段时间后，网络空间结构又重新形成。根据触变机理可知目前常用的触变剂大多都具有增粘的副作用，水泥浆粘度过大则难以泵送，因此有必要研究一种油井水泥低粘度触变剂，对于窄环空或小管注浆具有一定的工程意义。
发明内容
本发明主要目的是提供一种油井水泥低粘度触变剂，加入该触变剂后，采用常规水固比配置的水泥浆体系同时具备低粘度和强触变的性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种将粉煤灰与合成聚合物类触变剂结合形成的水泥低粘度触变剂。
可选的，所述合成聚合物类触变剂包括由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)聚合形成，其配比为(3-4):(7-6)。
可选的，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，其加量为单体质量的0.5-3％。
可选的，所述引发剂为过硫酸铵，其加量为单体质量的1-4％。
可选的所述粉煤灰，粒径200-500目，其加量为单体质量的800-900％。
其中，单体质量为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)两种单体质量之和。
本发明还提供了该水泥低粘度触变剂的制备方法，其步骤如下：
(1)将粉煤灰加入到合成聚合物类触变剂溶剂中，
(2)搅拌形成浆体；
(3)将浆体置于加热条件下，使粉煤灰吸附合成聚合物类触变剂；
(4)烘干即得产品。
可选的，所述步骤(1)合成聚合物类触变剂溶剂采用以下方法制成：将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)溶解于水形成溶液，然后将过硫酸铵加入溶液中，形成溶液。
可选的，所述步骤(3)中加热条件为75℃，时间为2小时。
本发明另外提供了一种水泥浆体系，包括水泥浆和上述水泥低粘度触变剂。水泥浆采用常规水固比，比如0.44水固比。
具体的：本发明提供一种油井水泥低粘度触变剂，其制备方法如下：
将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)溶解于水形成溶液，然后将过硫酸铵加入溶液中，形成溶液Ⅰ。将一定量的粉煤灰加入溶液Ⅰ中，搅拌均匀，形成浆体Ⅰ。将浆体Ⅰ置于75℃条件下反应2h。然后烘干粉碎，得产品。
所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰胺(AM)质量比为3:7-4:6。
所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)加量为单体质量的0.5-3％。
所述过硫酸铵加量为单体质量的1-4％。
所述溶液Ⅰ中水的质量为单体质量的350-400％。
优选地，所述粉煤灰，粒径200-500目；粉煤灰分为F级和C级，如果考虑对水泥性能影响小，油井水泥中多用F级。
所述浆体Ⅰ中粉煤灰的质量为单体质量的800-900％。
本发明油井水泥低粘度触变剂，将粉煤灰与合成聚合物类触变剂有效结合，使粉煤灰吸附聚合物类触变剂。本发明利用了粉煤灰的“滚珠效应”，使水泥浆在泵注过程中低粘，当水泥浆静止时，粉煤灰表面吸附的聚合物快速形成网架结构，达到触变功能。当在外力作用下时，由于聚合物吸附在粉煤灰表面，只要外力使粉煤灰发生运动，则网架结构即被破坏，打破触变，可有效保证泵注过程的安全施工。
附图说明
图1为低粘度触变剂的显微图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1一种油井水泥低粘度触变剂
所述触变剂由以下成分及方法制备：
将3份AMPS、7份AM和0.1份MBA溶解于32份水形成溶液，然后将0.1份过硫酸铵加入溶液中，形成溶液Ⅰ。将80份粉煤灰加入溶液Ⅰ中，搅拌均匀，形成浆体Ⅰ。将浆体Ⅰ置于75℃条件下反应2h。然后烘干粉碎，得产品A，如图1所示。
实施例2一种油井水泥低粘度触变剂
所述触变剂由以下成分及方法制备：
将4份AMPS、6份AM和0.2份MBA溶解于36份水形成溶液，然后将0.2份过硫酸铵加入溶液中，形成溶液Ⅰ。将90份粉煤灰加入溶液Ⅰ中，搅拌均匀，形成浆体Ⅰ。将浆体Ⅰ置于75℃条件下反应2h。然后烘干粉碎，得产品B。
实施例3一种油井水泥低粘度触变剂
所述触变剂由以下成分及方法制备：
将3份AMPS、7份AM和0.3份MBA溶解于40份水形成溶液，然后将0.3份过硫酸铵加入溶液中，形成溶液Ⅰ。将80份粉煤灰加入溶液Ⅰ中，搅拌均匀，形成浆体Ⅰ。将浆体Ⅰ置于75℃条件下反应2h。然后烘干粉碎，得产品C。
实施例4一种油井水泥低粘度触变剂
所述触变剂由以下成分及方法制备：
将4份AMPS、6份AM和0.3份MBA溶解于44份水形成溶液，然后将0.4份过硫酸铵加入溶液中，形成溶液Ⅰ。将90份粉煤灰加入溶液Ⅰ中，搅拌均匀，形成浆体Ⅰ。将浆体Ⅰ置于75℃条件下反应2h。然后烘干粉碎，得产品D。
所述水泥浆体的制备方法为：
将100份G级油井水泥和8份低粘度触变剂进行干混，采用水灰比0.44，然后按照GB/T10238-2015标准配置水泥浆。制得水泥浆分别为CA、CB、CC、CD
所述浆体触变性测试方法为：
按照“GB/T 19139-2012油井水泥试验方法”配置好水泥浆以后，采用六速旋转粘度计测试10s时Φ3的读数，记为R，然后将浆体静置10min后，采用六速旋转粘度计测试Φ3的读数，记为R1。R1比R大的越多，则表明浆体越具有好的触变性。
对比例1
针对目前常用的无机触变剂，选取气相二氧化硅A200进行触变性测试，性能参数见表1。
表1气相二氧化硅A200性能参数
Figure BDA0002605145140000041
所述水泥浆体的制备方法为：
将100份G级油井水泥和1份气相二氧化硅A200进行干混，采用水灰比0.44，然后按照GB/T10238-2015标准配置水泥浆。制得水泥浆分别为CE
对比例2
针对目前常用的有机触变剂，选取黄原胶进行触变性测试，性能参数见表2。
表2黄原胶性能参数
Figure BDA0002605145140000042
所述水泥浆体的制备方法为：
将100份G级油井水泥和1份黄原胶进行干混，采用水灰比0.44，然后按照GB/T10238-2015标准配置水泥浆。制得水泥浆分别为CF
触变性能测试如表3所示，测试温度为60℃。
表3.
样本 Φ600 Φ300 Φ200 Φ100 Φ6 Φ3 Φ3(10s) Φ3(10min)
C<sub>A</sub> 230 135 84 66 21 18 19 76
C<sub>B</sub> 205 124 76 64 20 19 20 83
C<sub>C</sub> 226 140 88 58 21 18 20 73
C<sub>D</sub> 215 132 79 66 20 19 21 85
C<sub>E</sub> 超量程 278 205 194 30 23 23 37
C<sub>F</sub> 超量程 超量程 235 204 67 56 60 75
从表中测试结果可以看出，选取的作为对比的两类触变剂都具有明显的增稠性能。
从表3中可以看出，本发明实施例1-4所述浆体具有低粘度和强触变的性能，对比例1和对比例2具有明显的增稠性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种将粉煤灰与合成聚合物类触变剂结合形成的水泥低粘度触变剂，其特征在于，所述合成聚合物类触变剂包括由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺聚合形成，其配比为(3-4):(7-6)；
所述粉煤灰加量为单体质量的800-900％；所述单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺；
其制备步骤如下：
(1)将粉煤灰加入到合成聚合物类触变剂溶剂中；
(2)搅拌形成浆体；
(3)将浆体置于加热条件下，使粉煤灰吸附合成聚合物类触变剂；
(4)烘干即得产品；
所述步骤(1)合成聚合物类触变剂溶剂采用以下方法制成：将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶解于水形成溶液，然后将过硫酸铵加入溶液中，形成溶液。
2.根据权利要求1所述的水泥低粘度触变剂，其特征在于，所述粉煤灰，粒径200-500目。
3.根据权利要求1所述的水泥低粘度触变剂，其特征在于，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺加量为单体总质量的0.5-3％；所述单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺。
4.根据权利要求1所述的水泥低粘度触变剂，其特征在于，所述过硫酸铵加量为单体总质量的1-4％；所述单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的水泥低粘度触变剂，其特征在于，所述步骤(3)中加热条件为75℃，时间为2小时。
6.一种水泥浆体系，其特征在于，包括水泥浆和权利要求1-5任一项所述的水泥低粘度触变剂。
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