抗高温降失水剂AMPSAMNVP共聚物的合成及性能.pdf

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1、2010年12月于永金等．抗高温降失水剂AMPS／AM／NVP共聚物的合成及性能5抗高温降失水剂AMPS／AM／NVP共聚物的合成及性能于永金卢海川靳建洲刘硕琼袁进平韩琴(1．中国石油集团钻井工程技术研究院固井完井研究所，北京100195；2．天津大学化工学院，天津300072)摘要以2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和J】、r～乙烯基吡咯烷酮(NVP)为原料，采用水溶液自由基共聚法合成了抗高温、抗盐油井水泥降失水剂AMPS／AM／NVP三元共聚物，确定了聚合物降失水剂的最

2、佳合成条件。该降失水剂能将淡水水泥浆的API失水量控制在50mL以内，饱和盐水水泥浆API失水量控制在100mL以内。以该降失水剂为主剂的水泥浆体系在150℃以内都具有较低的失水量，形成的水泥浆及水泥石综合性能良好。关键词降失水剂AMPS／AM／NVP共聚物抗高温抗盐固井随着油气井钻探深度的增加，井底温度、压力阻止大分子主链断裂，使共聚物具有良好的抗高不断升高，对固井水泥外加剂的要求越来越高。温能力；磺酸基团具有很强的抗盐能力、水化能力降失水剂是用量最大的油井水泥外加剂之一。目及缔合能力，使大分子主

3、链不发生抱团，从而增强前国内使用的油井水泥降失水剂普遍存在抗盐、降失水作用。抗高温能力差的缺陷，如聚乙烯醇不抗盐，羟乙基AMPS上庞大的侧基和NVP上的刚性环状基纤维素、羧甲基纤维素等有一定的抗盐效果但耐团，在高温下能够保护酰胺基团，阻止酰胺基团在温能力差，在温度较低时具有很强的缓凝作用；丙高温下水解，提高聚合物在高温高压下的稳定性。烯酰胺(AM)／丙烯酸共聚物随着温度升高，发生共聚物中的酰胺基团与其他基团共同作用，强烈的水解作用，造成水泥浆过度缓凝。国内使能够紧密吸附在水泥颗粒表面，增加颗粒表面的

4、负电荷，使水分子极化，束缚在水泥浆滤饼的空隙用的丙烯酰胺类聚合物降失水剂普遍存在以下缺点：抗剪切性能差，抗盐性差，对多价金属离子敏中，降低失水量。降失水剂分子吸附在水泥颗粒表面，有利于感，热稳定性差等，无法满足深井、超深井固井的堵塞滤饼空隙，使滤饼结构致密；刚性结构的需要。近年来国内广泛开展了聚丙烯酰胺的改性吡咯基团，能够增强聚合物的抗剪切性能，在高剪研究¨]。笔者以2一丙烯酰胺基一2一甲基丙切强度下仍然能够保持较好的降失水能力。磺酸(AMY'S)和Ⅳ一乙烯基吡咯烷酮(NVP)为改1．2主要试剂及仪

5、器性单体，合成了抗高温AMPS／AM／NVP三元共聚AMPS，NVP，工业级；AM，偶氮二异丁脒盐酸物降失水剂，并对其性能进行了评价。盐，分析纯；NaOH，化学纯；G级油井水泥，四川嘉1实验部分华水泥厂；消泡剂，分散剂，缓凝剂，中国石油集团1．I设计思路钻井工程技术研究院自制。对聚丙烯酰胺类降失水剂进行磺化改性和链OWC一2000D恒速搅拌器；ChandlerModel刚性化改性是提高降失水剂在高温高压下性能的8040D10双缸高温高压稠化仪；ChandlerModel有效方法。以AMPS为改性单体

6、，对分子链进行7375双缸高温高压养护釜；TG一71高温高压失磺化改性，以NVP为改性单体，对分子链进行链水仪；TG一7720常压稠化仪；Chandler4207压力刚性化改性，2种改性单体共同作用，从而提高降试验机。失水剂在高温高压下对水泥浆的降失水性能。收稿日期：2010—10—14。AMPS上庞大的侧基和NVP上的刚性基团作者简介：于永金，助理工程师，从事固井、水泥浆及外加剂能够增强聚合物的分子内作用力，起到稳定作用，的研究工作。精细石油化工进展第11卷第12期6ADVANCESINFINEP

7、ETROCHEMICAkS1．3合成方法2．2单体总含量对降失水性能的影响将AMPs溶于一定量的水中，用NaOH调节固定m(MPS)：m(AM)：m(NVP)为4：5：1，溶液pH至7～8；再将AMPS溶液、AM和NVP倒引发剂加量为0．2％，反应体系pH为7～8，反应入四口烧瓶并充N保护，用水浴升温至反应温温度为90℃，改变3种单体的总含量合成降失水度，恒温后加入一定量的引发剂，搅拌下反应4h剂。降失水剂在水泥浆中的加量为3％(以水泥左右得到黏稠状产物AMPS／AM／NVP三元共聚质量计，下同)，

8、在90℃下测试水泥浆失水量，结物，装瓶编号待用。果如图2所示。当3种单体的总含量为20％时，1．4性能测试合成的共聚物具有最佳的降失水性能，水泥浆失水泥浆制备及性能测试按照API标准进行。水量为48mL。2结果与讨论作为一种性能优良的耐温抗盐降失水剂，必须能很好地控制水泥浆的失水量，同时使水泥浆J昌嘲其他性能满足一定的要求。为此考察了3种单体*质量配比、3种单体质量百分数、引发剂加量及反应温度对合成的降失水剂性能的影响，以确定降失水剂的最佳合成条件。2．1单体配比对降