耐高温耐盐油井水泥降失水剂的合成及性能研究
耐高温耐盐油井水泥降失水剂的合成及性能研究内容摘要：
第 ２６卷 第 ５期 ２００９年 ９月 钻 井 液 与 完 井 液 ＤＲＩ Ｉ ＬＩ ＮＧ ＦＬＵ Ｉ Ｄ ＆ ＣＯＭ ＰＬＥＴＩ ＯＮ ＦＬＵＩ Ｄ Ｖｏ１ ．２６ Ｎｏ．５ Ｓｅｐｔ．２００９ 文 章 编 号 ：１００１— ５６２０（２００９）０５— ００３９— ０４ 耐 高 温 耐 盐 油 井水 泥 降 失水 剂 的合 成 及 性 能研 究 李 焕 明 庄 稼 张 梁 赵 张平 （西 南 石 油 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ， 成都） 摘 要 以 丙烯 酰 胺 （ＡＭ）、Ｎ，Ｎ一二 甲基 丙 烯 酰 胺 （ＤＭＡＭ ）、２一丙 烯 酰 胺 基 一 ２～甲基 丙 磺 酸 （ＡＭＰＳ）和 ３一烯 丙 基 氧 基一２羟 基 丙 磺 酸 （ＡＨＰＳ）为 原 料 ，以 Ｎ，Ｎ一亚 甲基 双 丙 烯 酰 胺 为 交联 剂 合 成 了新 型 油 井 水 泥 降 失 水 剂 ，并 通 过 元 素分 析 、红 外 光 谱 和 核 磁 共 振 氢 谱 对 聚 合 物进 行 了表 征 。 讨 论 了 ＤＭＡＭ 、引 发 剂 和 交 联 剂 的 加 量 对 聚 合 物 性 能 的 影 响 。 当 ＤＭＡＭ 加 量 为 ２ 、引 发 剂 加 量 为 １．４ 、交 联 剂加 量 为 ０．０２ 时 ，合 成 的聚 合 物 降 失水 剂 具 有 优 良的 耐 温 降 失水 性 能 。该 产 品 适 应 温度 范 围宽 ，耐 盐 性 能 好 ，在 １６Ｏ ℃ 、饱 和 盐 水 情 况 下 ，可 将 常 规 密度 水 泥 浆 失 水 量 控 制在 １ ００ ｍＬ 以下 。 关 键 词 降 失 水 剂 ； 抗 高 温 ；抗 盐 ；固 井 中图 分 类 号 ：ＴＥ２５６．６ 文献标识码 ： Ａ 随着 探井 和生 产 井 向深 井 和 超 深井 发 展 ，地层 甲基取 代 ，可 阻 止 酰 胺 基 团 在 高 温 、盐 水 条 件 下 水 温 度 和 压 力 不 断 升 高 口］，在 高 温 、高 压 和 盐 的 环 境 解＿ ８ 州； 加 入微 量 的 Ｎ，Ｎ一 亚 甲基 双 丙烯 酰胺 作 为 交 下， 易使 常规 油井 水泥 降失 水剂 失效 ， 造 成水 泥浆 失 联剂 ， 使 聚 合物 产生 微交 联结 构 ， 分子 问 的化 学键 阻 水量 增 大 、 水 泥浆 顶 替 效 率下 降 、稠 化 时 间缩 短 、水 碍 了分 子链 的运 动 ， 提高 了聚合 物 的 耐热 性 ； ＡＨＰＳ 泥 石强度 降低 等 困难 。 目前 中国 的降失 水剂如 聚 乙 和 ＡＭＰＳ中含有对 盐 不敏 感 的磺 酸基 团 ， 可 以提 高 烯醇、 纤 维 素类 和丙烯 酰胺 共 聚物类 等 ，在实 际应 用 聚 合物 的耐 盐性 能 Ｉ １ ］。 中存 在抗 剪 切 性 能差 ，泵 送 时 降 解 严 重 ；抗 盐 性 能 ２ 实验 部 分 差， 对多 价金 属离 子 敏 感 ； 热 稳 定 性 能 差 ，在 高 温 下 易 分解ｌ ２ 等缺 点 。 国外 的 降 失 水剂 主要 是 利 用丙 ２．１ 试 剂 和仪 器 烯 酰胺 与 其 它 单 体 ，如 ２一 丙 烯酰胺 基一 ２甲基 丙 磺 １）试 剂 。丙 烯 酰 胺 、过 硫 酸 钠 、Ｎ ， Ｎ一 亚 甲 基 双 酸、 丙烯 酸 、Ｎ一甲基一 Ｎ一乙烯 基 乙酰 胺 、Ｎ一 乙 烯 基 吡 丙 烯酰 胺均 为分 析纯 ， 成 都科 龙 化 工试 剂 厂 ；３ － 烯 丙 咯 烷酮 、 苯 乙烯 等 进 行 共 聚 ，合 成 耐 高 温 的 降 失 水 基 氧基一 ２一 羟基 丙磺 酸 钠 （ 化 学纯 ），西格玛 公 司 ； ２一 丙 剂， 许多 降失 水剂 虽然 耐温 性 能 良好 ， 但 抗盐性 能 较 烯 酰胺 基一 ２一甲基 丙磺 酸 （工 业 级 ），巨野 县 中海 化 工 差 ＿ ６ ＿。为 解决 这些 问题 ， 使 用分子 设计 原 理优 选 耐 公司 ； Ｎ， Ｎ一 二 甲基 丙 烯 酰胺 （工 业 级 ），临淄 文 昌石 温、 耐盐单 体 ， 采用 自由基 水 溶 液 聚 合 ，合 成 了抗 高 化公司。 温、 抗盐 的油 井水 泥 降失水 剂 。 ２）仪 器 。ＤＨＧ一 ９２４６Ａ 型 电 热 恒 温 鼓 风 干 燥 箱， ＤＦ一 １０１Ｓ恒温 磁 力 搅 拌 器 ，Ｌ２７３０３７４索 氏提 取 １ 降 失 水 剂 的设 计 思路 器， ＧＧＳ－ ７１高 温 高 压 失水 仪 ，ＯＷＣ一 ９３６０型恒 速 搅 为 合成 耐 高 温 、耐 盐 的优 良降 失 水 剂 ，选 用 了 拌机 、 ＯＷＣ一 ９３５０型 常压稠 化 仪 、ＯＷ Ｃ～ ９３８０型增 压 ３一 烯丙 基 氧 基一 ２一 羟 基 丙 磺 酸 钠 （ＡＨＰＳ）、２丙 烯 酰 稠 化 仪 ，ＮＩ ＣＯＬＥＴ ＭＸ一 １Ｅ 傅 里 叶 红 外 光 谱 仪 ， 胺 基～ ２一甲基丙 磺 酸 （ ＡＭＰＳ）、 Ｎ， Ｎ一 二 甲基 丙烯 酰 胺 ＣＡＲＬＯ ＥＲＢＡ １１０６元 素 分 析 仪 ，ｂｒ ｕｋｅｒ ｄｐ×３００ 与丙烯 酰 胺 （ＤＭＡＭ）进行 聚合 。ＡＨＰＳ和 ＡＭＰＳ 具 有 刚性侧 基 ，能有效 地增 加 空间位 阻 ， 提 高分子 链 的刚性 ； ＤＭＡＭ 由于 酰胺基 团上 ２个 活 泼 的氢被 核磁 共振 仪 。 ２．２ 合成 方 法 制备 ＡＭＰＳ、 ＤＭＡＭ 、 ＡＭ 和 Ｎ，Ｎ一 亚 甲基 双丙 基 金 项 目 ：山 东 胜 油 固 井 工 程 技 术 有 限公 司助 研 基 金 ；西 南 石油 大 学科 研 基 金 （２００７ＸＪＺｌ１９）。 第 一作 者简 介 ：李焕 明 ，１９８４年 生 ，在 读 硕 士 研 究生 ，研 究 方 向为 油 气 井水 泥 添加 剂 。 地 址 ： 成 都 市 西 南 石 油 大 学硕 Ｏ６级 ８班 ；邮政 编 码 ６１０５００；电 话 （０２８）８３０３５２８４／１３８８０７７２４６８；Ｅ—ｍａｉ ｌ： ｇｆ ｚ ｍｉ ｎｇ＠ ｙａｈｏｏ．Ｃ ＯＮ．ｃｎ。 ４０ 钻 井 液 与 完 井 液 ２００９牟 ９月 烯 酰胺 的水 溶 液 ， 用 ＮａＯＨ 溶 液调 节 ｐＨ 值 为 ６～ 得到 聚合物 而不 存在 未 聚合 的单 体 。３ ４２８．９ ｃｍ ７， 通氮脱氧 ； 单独 制 备浓 度 为 １５ 的过硫 酸 钠 水溶 为 一 ＮＨ。吸 收 峰 ，２ ９ ３ ０ ｃ ｍ 为 ＣＨｚ吸 收 峰 ， 液， 通氮脱 氧 。在 ２５０ ｍＬ三 口烧 瓶 中加 入 ＡＨＰＳ １ ４５１．０ ｃ ｍ 为一 ｃ— Ｎ 的拉伸 振 动 ，１ ２９ ８．７ ｃｍ 和蒸馏 水 ， 并 在通 氮 下 加热 至 ７Ｏ℃ 。然后 在 １ ｈ内 为 ＣＨ ３ 一Ｃ—ＣＨ３中 ＣＨ。的 吸收 峰 ，１ ２０６．９ ｃＩ ｎ 将单体 水溶 液和 引发 剂 溶 液 沿边 一 同加 入 ， 并 保 持 为 Ｓ—Ｏ 振动 ， １ １５９．８和 １¨４．７ ｃ ｍ 为一 ＳＯ２不 温度 为 ７Ｏ℃１ ｈ， 冷 却 至 室温 ， 得 到 聚合 物 溶 液 ，将 对称 和对 称吸 收峰 ， １ ０４１ ｃｍ 为 Ｃ一０一 Ｈ 弯 曲振 其用丙 酮反 复洗涤 ， 恒温 干燥 后研 磨得 到产物 。 动， ７９８． ０和 ７６６．１ Ｃ Ｉ Ｉ Ｉ 为 主链 中 ＣＨ 的 Ｃ— Ｈ 弯 ２．３ 聚 合物表 征 曲振 动 ， ６２５．２ Ｃ ｌ ｌ ｌ 为 Ｃ— Ｓ吸 收 峰 ， ５３０．２ ｃ ｍ 为 将 聚合物 以 乙酸一乙二 醇为 溶剂 ，用索 氏提取 器 提纯后 采用元 素分析 、 红外 光谱 、 核磁 共 振氢 谱对 聚 酰胺 Ⅳ谱 带吸 收峰 。以上 各吸 收峰 表 明聚合 物 中包 含 了参 与聚合 反应 的 ４种 单体 。 ３） 核 磁共 振氢谱 分析 。聚合 物 核磁 共振 氢谱 图 合物进 行 了表征 。 见 图２。 一１．４１９为 ＡＭＰＳ结 构 单 元ＣＨ ３ 一 ｃ— ＣＨ。 ２．４ 性能评 价方法 水泥浆 制 备 、 失 水 量 、流 变性 的测 定 按 照 ＧＢ／Ｔ １９１ ３９—２００３和 ＳＹ／Ｔ ５５０４．２ — ２Ｏ ¨ 。５标 准进 行 。 化 学位 移 ， 一２．１４９为 ＡＭ 单 体一ＣＨ— Ｃ—Ｏ化 学 位移， 一３．０１５、 一２．８６６为 ＤＭＡＭ 中一 Ｎ（ＣＨ３） ２ 化 学位 移 ， ＝３．３２５为 ＡＨＰＳ中羟 基 的 化学 位 移 。 ３ 结 果 与 讨 论 由图 ２看 出 ， 聚合 物 分 子链 中包 含 了参 与 聚合 反 应 ３．１ 聚合物 表征 的 ４种单 体结 构单元 ， 表 明其全 部参 与 了共 聚反 应 ， １）元 素 分 析 。采 用 ＣＡＲＬＯ ＥＲＢＡ ｌ１０６元 素 因此合 成 的聚合物 为 目标 聚合 物 。 分析 仪对 聚合物进 行分 析 ， 理论 值 和实测值 见表 １。 ４． ７０６ ２． １４９ １． ４１９ 表 １ 共 聚 物 元 素 分 析 表 ３． ０１５ ２ ． ８ ６ ＼ 、 ｊ ’ ８ 由表 １可 知 ，共 聚物 中 Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｓ元 素 的含 量 与设 计分子 的理 论 值接 近 ， 表 明所 得 共 聚 物 相似 于 设计 目标产 物 。 ６ ２）红外 光谱分 析 。对 提纯 的产 物进 行 红外 光谱 ４ ３ ２ ｌ ０ 图 聚合物核磁共振氢谱图 ３． ２．１ 单体 配 比 聚合 物 合 成 过 程 中 ，固定 单 体 总浓 度 为 １５ ， ＼ 其 中 ＡＨＰＳ的 摩 尔 分 数 为 １０ ，ＡＭＰＳ为 ４０ ， ＡＭ 和 ＤＭＡＭ 为 ５０ 。改 变 ＤＭＡＭ 加 量 合 成一 、 系列产 品 ，将 该 系 列 聚 合 物 以 １ Ｙｏ（ＢＷ０ｃ）的加 量 １３８７． ７－
