含双温敏单体的耐220℃高温降失水剂

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。

固井水泥浆共聚物类耐高温降失水剂的制备及其机理探究

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为单体,通过自由基共聚制备了降失水剂FLA。考察了适宜的合成条件,利用FTIR,1H NMR,GPC,TG-DTG对FLA的结构等进行了表征,并研究了含FLA的水泥浆性能。实验结果表明,合成FLA适宜的条件为:m(AMPS)∶m(AM)∶m(AA)∶m(NVP)=4∶3∶2∶1,反应温度50℃,pH=8,引发剂加量0.3%(w),反应时间4 h。FLA的添加降低了水泥浆的流变性能,但搭配分散剂时水泥浆的流变性能满足要求。FLA对水泥石的抗压强度无显著影响。含FLA的水泥浆具有较好的稠化性能。FLA加量为6%(w)的水泥浆在淡水中210℃下失水量小于60 mL,在18%(w)和36%(w)盐水中失水量小于100 mL。FLA各项性能均满足高温下固井技术要求。FLA可吸附在水泥颗粒表面,形成致密的吸附层,降低材料孔隙度,从而控制水泥浆过滤能力,有望应用于超深层油田固井工作中。

四元共聚抗高温耐盐粉体降失水剂的制备及性能研究

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。

热引发聚合方法制备抗240℃水泥浆降失水剂

针对现有水泥浆降失水剂耐高温性能不足的问题,以高温热引发聚合方法替代传统水溶液引发剂聚合方法,设计并合成了抗温为240℃的三元水泥浆降失水剂HTFLA-A。通过实验确定了HTFLA-A的最佳合成条件:水与单体总质量比1∶1,控制温度为150℃,体系pH值为9,反应时间为32 h。并采用红外光谱(FT-IR)、热重分析(DSC/TGA)及核磁共振谱对HTFLA-A进行了表征。结果表明,HTFLA-A为目标预期产物,在439℃时的热失重仅为23.80%,这是由于高温合成过程中去除了单体中不稳定结构和有机合成过程中副反应产物,提升了高分子材料的抗温性能。对HTFLA-A的性能评价结果表明,当HTFLA-A加量为1.2%,可将水泥浆在180~240℃、6.9 MPa时API失水量控制在50 mL以内。

新型抗温耐盐聚合物降失水剂的制备及性能研究

针对目前降失水剂耐温抗盐能力不足、综合性能差等问题,以改性nano-SiO_(2)、AMPS、AM、MA和SSS为原料,通过自由基水溶液共聚法制备了一种新型水溶性聚合物基纳米SiO_(2)复合物P(AAMS)/nano-SiO_(2)来提高固井水泥浆高温高盐环境下的控失水能力,从而提高固井质量,保障油气资源的高效安全开采。利用红外、核磁等手段表征了P(AAMS)/nano-SiO_(2)的结构,并对P(AAMS)/nano-SiO_(2)水泥浆体系的控失水、耐温、抗盐及其他基本施工性能进行评价。结果表明,P(AAMS)/nano-SiO_(2)可明显提高水泥浆在高温高盐环境下的控失水能力,当P(AAMS)/nano-SiO_(2)掺量为0.9%时,其水泥浆在120℃下的失水量为44 mL;在含10%~30%NaCl盐水的水泥浆中,P(AAMS)/nano-SiO_(2)掺量为1.2%时,水泥浆的失水量仍小于50 mL,能满足固井施工要求,对水泥石的力学性能、稠化性能等其他基本工程性能无不利影响。

乙二醇对聚乙烯醇降失水效果的影响研究

聚乙烯醇(PVA)作为油井水泥浆降失水剂使用时,适用温度低。采用硼砂作为交联剂时,PVA与硼砂易在混合水中发生过度交联,呈胶状物析出。以硼酸代替部分硼砂,混合水状态良好,但控失水效果不佳。本研究发现,以水/乙二醇(w/w=4∶1)作为溶剂,配制PVA与硼砂/硼酸交联剂溶液,可有效提高其控失水性能。同时,乙二醇的加入可提高产品的低温抗冻性,更符合我国海上平台材料的储存环境。

ATP负载杂环两性共聚物型超高温降失水剂的合成与性能评价

现有AMPS共聚物类降失水剂高温稀释降黏作用明显,对固井水泥浆的超高温沉降稳定性尤其不利。对此,合成了一种凹凸棒土(ATP)负载杂环两性共聚物型超高温固井降失水剂ATP-FLA以减弱共聚物的高温分散副作用。对负载前后的产品进行了综合性能对比,结果表明,在150~240℃范围内,加有4.0%~6.0%负载型降失水剂ATP-FLA、2.0%~4.0%悬浮剂的水泥浆API失水量不大于40 mL,沉降密度差不大于0.03 g/cm^(3),超高温稳定性良好。在240℃、120 MPa下养护后的水泥浆流性指数达到0.8976,浆体高温稠度高,剪切阻力大。同时,利用超高温固井现场水泥浆对ATPFLA进行了适应性评价,结果表明其能够在有效控制API失水量的同时不影响水泥浆的其他性能。此外,利用分子动力学模拟研究了杂环两性共聚物FLA的作用机理。模拟分析结果表明,杂环两性共聚物FLA相比于常规阴离子型共聚物的优势在于其减弱了自身分子链受环境中金属离子的“去水化”效应干扰,更耐金属离子进攻,使其更加适应水泥浆体系的碱金属离子溶液环境。

基于正交试验的水泥浆液降失水研究

水泥土搅拌桩技术多用于软土的防渗加固处理,在砂卵石地层应用时经常会出现卡钻、搅拌困难等情况,施工效率较低,其中一个主要原因是砂卵石地层渗透系数大,水泥浆液抗失水性能差,会在孔壁形成较厚的泥皮,增大搅拌阻力。本次研究中,采用正交试验的方法,探究了水灰比、外加剂添加量等因素对水泥浆液失水量及滤饼厚度的影响,通过直观分析的方法,得出PVA掺量对水泥浆液的失水量和滤饼厚度影响最大,并得出最优配合比例。对实验结果进一步采用方差分析,发现PVA掺量对于失水量有显著影响,对于滤饼厚度有较轻影响。

一种超低密度水泥浆抗高温降失水稳定剂QX-2的制备 与性能评价

为克服高温条件下超低密度水泥浆减轻剂游离上浮、聚集等问题,通过水溶液聚合法利用单体N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、二乙烯苯(DVB)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)制备了抗高温降失水稳定剂QX-2,通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)对其分子结构进行了表征,并考察了其对超低密度水泥浆体系的沉降稳定性能、降滤失性能、流变性能、稠化性能、水泥石抗压强度、抗盐性能的影响。结果表明,抗高温降失水稳定剂QX-2在温度高达150℃的超低密度水泥浆体系中仍具有较好的沉降稳定性能和降滤失性能,其上、下层密度差在0.03 g·cm^(-3)以内;QX-2能保证超低密度水泥浆的稠度系数稳定,具有良好的流变性能;QX-2能使水泥石抗压强度增强,有利于提高超低密度水泥浆体系的固井质量;QX-2具有优良的抗盐性能,可拓宽超低密度水泥浆体系的应用环境。

化学交联聚乙烯醇的交联度和降失水性能的关系

作为油井水泥降失水剂,聚乙烯醇(PVA)和共混的无机盐在较低温度下(<40℃)难形成均匀的络合物胶,在较高温度下(>100℃)络合物胶又易分解,因此共混交联PVA的适用温度范围较窄。用化学交联的方法对油井水泥降失水剂PVA进行了改性。室内实验评价了化学交联聚乙烯醇的交联度(交联度与分子量成正比,试验用分子量来表征交联度)与其降失水性能的关系以及添加化学交联PVA的水泥浆的综合性能。结果表明,控制交联度使化学交联PVA的平均分子量在350000～650000之间,加有化学交联PVA的水泥浆的API失水量可以控制在50 mL以下,抗温可达120℃,抗盐(NaCl)可达8％;化学交联PVA使水泥浆的稠化时间稍有延长,抗压强度不降低,抗析水能力增强,与分散剂USZ复合使用,水泥浆的流变性能良好;化学交联PVA能提高水泥浆的防气窜能力.

新型固井降失水剂BXF-200L的研制与应用

目前中国使用的固井水泥降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题。介绍了一种新的共聚物型抗盐耐温油井水泥降失水剂BXF -200L的研制、开发及应用。由于在该共聚物分子结构中引入了多种官能团,该降失水剂在高温、高含盐的情况下能够性能稳定;具有一定的分散性能,加量增大不会增加水泥浆的稠度,在很宽的温度范围内具有优良的降失水性能。以BXF -200L为主剂的抗盐耐温水泥浆体系具有失水量低、抗盐能力强、水泥浆体稳定、抗压强度高、胶凝强度过渡时间短、防气窜等特点,具有很好的综合性能。现场应用效果较好。

马铃薯变性淀粉用作钻井液降失水剂的研究

为克服羧甲基纤维素 (CMC)类降失水剂的缺陷 ,合成了醚化、接枝热交联淀粉 .将这两种产物单独及复配后用作钻井液降失水剂 ,并依据API标准对其降失水性能进行了评价 ;通过正交实验对其合成工艺进行了优化 ;运用红外光谱对其结构进行了表征 .研究结果表明 :合成醚化淀粉时最合适的用水量为 15mL ;合成接枝淀粉时最合适的单体用量为 4 .5 g ,热交联温度在 35℃时所得产品降失水率最高 ;醚化淀粉与接枝淀粉复配质量比为 1∶1时降失水性能较理想可达到 5 0 % ;醚化、接枝反应确已发生并在分子中引入了相应的官能团 .该产物对环境基本无伤害 。

M83S油井水泥降失水剂的性能评价

针对油田过去使用的降失水剂配制的水泥浆稠、流变性差、不利于现场泵送和失水量大、加量不易控制、抗高温性能差等缺点 ,研究并开发了一种聚合物降失水剂M83S。M83S是一种多羟基的化学交联聚合物 ,由于分子链中无离子型官能团 ,吸附基团间不存在静电斥力 ,易形成多点吸附的单分子膜 ,水泥颗粒表面对M83S分子的吸附量非常小 ,因此起降失水作用的是水泥浆液相中的聚合物颗粒。该降失水剂在低温下不溶解 ,流变性好 ,易泵送 ,抗高温和降失水性能都非常理想 ,抗温在 12 0℃以上 ,失水量在 30mL以下 ,形成的薄膜具有一定的韧性 ,有利于水泥浆在候凝过程中防止油、气、水窜槽 ,经在 70 0多井次的各类注水泥作业中应用 ,施工顺利 ,固井质量合格率取得了 99.0

钻井液降失水剂JLS-2的合成与性能评价

本文选用耐温抗盐单体(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和一种具有疏水作用的酯类单体(BXZ)进行聚合得到钻井液降失水剂JLS-2。以失水量为评价指标,通过单因素实验得到最优合成条件为:AM、AMPS、DMDAAC、BXZ质量比40∶40∶5∶2,单体质量分数20%,引发剂用量0.30%,反应温度70℃,反应时间50 min。红外光谱分析表明合成产物的结构与最初设计的结构一致。性能评价实验表明,降失水剂JLS-2具有良好的降失水能力和抗温能力(120℃),在淡水泥浆和复合盐水泥浆中分别加入1.0%和2.5%JSLS-2,API失水量分别为6.1 mL和9.3 mL。

正交设计法合成共聚物型水泥降失水剂的研究

本文利用2丙烯酰胺基2甲基丙磺酸(AMPS)/丙烯酰胺(AM)/丙烯酸(AA)三种单体,根据自由基聚合原理,合成一种三元共聚物型油井水泥降失水剂。利用正交设计法设计了实验方案,分别考察了单体配比、反应温度、引发剂用量和链转移剂用量等因素对其降失水性能的影响,并对产物进行了红外光谱、差热分析和N、S元素的测定。分析表明单体配比和反应温度是影响聚合物降失水性能的主要因素,并得到了最佳的合成方案:AMPS∶AM∶AA=50∶42∶8,反应温度70℃,引发剂用量2%,链转移剂用量6%。

新型耐高温油井降失水剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）和一种具有特殊结构的磺酸基单体（TS）为原料,过硫酸氨为引发剂,合成了新型抗高温抗盐油井水泥降失水剂FR。利用红外光谱、核磁共振、热重分析表征降失水剂FR的结构及热稳定性,评价了含降失水剂FR的水泥浆的降失水性能、抗温性能、抗盐性能、稠化时间等工程性能。结果表明：丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）和磺酸基单体（TS）有效聚合到降失水剂FR中;该降失水剂耐温性能和控制失水性能良好,可在90~200℃内使用,当温度为200℃、FR质量分数为1.0%时,水泥浆体系失水量为48 mL;降失水剂FR耐盐性能良好,可在含有25%NaCl的水泥浆体系中使用,并控制其失水量为24 mL;降失水剂FR适应性良好,可应用于不同品牌的水泥中,对水泥浆流变性、水泥石抗压强度等无不良影响。采用化学分析、扫描电镜等手段研究了降失水剂FR的黏弹性吸附层理论的作用机理：高分子通过电荷作用吸附到带正电的水泥颗粒上,形成一层可压缩的黏弹性吸附层,在失水的压差作用下,吸附层被挤压并填充到水泥颗粒间的空隙中,从而有效、牢固地堵塞了失水通道、降低了滤饼渗透率。该理论能合理解释吸附增黏类降失水剂的作用机理。

国内外油井水泥降失水剂概述

综述了国内外油井水泥降失水剂的研究应用情况,包括过去和当前应用的降失水材料以及近年来最新研究开发的材料。这些材料包括颗粒材料、水溶性改性天然高分子和水溶性合成高分子材料,无机或有机颗粒材料。水溶性天然高分子材料有纤维素、淀粉、木质素、褐煤、单宁、瓜尔胶、干酪素等。水溶性合成高分子材料性能优异、种类繁多,已成为研究热点。另外,对于油井水泥降失水剂的发展趋势谈了一些看法。

聚乙烯醇作为油井水泥降失水剂的研究

聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性聚合物,分子中有大量的羟基存在。因此,可以把它作为油井水泥降失水剂的原料。文章研究了在不同的聚合度和醇解度的PVA作为油井水泥降失水剂的滤失性能,研究发现PVA17-88是以PVA作为油井水泥降失水剂的最好原料。并对PVA17-88作为油井水泥降失水剂与分散剂和消泡剂的配伍性、耐温、抗盐以及水泥浆的综合性能进行了系统的研究。

新型耐温抗盐降失水剂的合成与测试

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.

耐温抗盐聚合物水泥降失水剂的合成与性能评价

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100mL以下,其饱和盐水水泥浆24h抗压强度达14MPa,掺有SDJS的半饱和盐水水泥浆在120℃、60MPa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。