一种油井水泥用减阻剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种油井水泥用减阻剂及其制备方法，油井水泥用减阻剂由苯酚、甲醛、丙酮和亚硫酸钠组成；制备方法包括如下步骤：(1)将亚硫酸钠溶于蒸馏水中；(2)将苯酚溶于亚硫酸钠溶液；(3)将步骤(2)中得到的溶液的pH调节为11—12；(4)第一次滴加甲醛，滴加至物料颜色变为淡黄色；(5)将丙酮加入步骤(4)得到的物料中，加入完毕后，物料颜色由淡黄色变为橘黄色，再由橘黄色变为深红棕色；(6)第二次滴加甲醛，将反应产物经喷雾干燥得到红色固体粉末。本发明得到的油井水泥减阻剂，与现有技术相比，减阻效果显著，并且耐高温，水泥浆流型较好，与其他油井水泥外加剂配伍性良好。

权利要求

1.一种油井水泥用减阻剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将亚硫酸钠溶于蒸馏水中，得亚硫酸钠溶液；

(2)将苯酚溶于亚硫酸钠溶液；

(3)将步骤(2)中得到的溶液的pH调节为11—12；

(4)第一次滴加甲醛：向步骤(3)得到的溶液中滴加甲醛，搅拌，滴加完毕后物料颜色变为淡黄色；

(5)将丙酮加入步骤(4)得到的物料中，搅拌，加入完毕后，物料颜色由淡黄色变为橘黄色，再由橘黄色变为深红棕色；

(6)第二次滴加甲醛：将剩余甲醛滴加到步骤(5)得到的物料中进行反应，搅拌，即得反应产物，将反应产物经喷雾干燥得到红色固体粉末；

苯酚、甲醛、丙酮和亚硫酸钠的重量比为1-2:16-20:5-8:6-10。

2.根据权利要求1所述的油井水泥用减阻剂的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中：滴加甲醛的量为甲醛总重量的29％-31％；在步骤(6)中：滴加甲醛的量为甲醛总重量的69％-

71％。

3.根据权利要求1所述的油井水泥用减阻剂的制备方法，其特征在于，在步骤(5)中：控制反应温度在45-52℃，恒温保持40min。

4.根据权利要求1所述的油井水泥用减阻剂的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中：控制反应温度在95-100℃，恒温保持3h。

5.根据权利要求1所述的油井水泥用减阻剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：蒸馏水的质量为亚硫酸钠质量的3-6倍。

6.根据权利要求1所述的油井水泥用减阻剂的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：用NaOH调节溶液的pH为11—12。

7.根据权利要求1所述的油井水泥用减阻剂的制备方法，其特征在于，第一次滴加甲醛时的滴加持续时间为15—30min；第二次滴加甲醛时的滴加持续时间为15—30min。

8.根据权利要求1所述的油井水泥用减阻剂的制备方法，其特征在于，在步骤(4)、(5)和(6)中：使用磁力搅拌器，磁力搅拌速度是800r/min。

说明书

一种油井水泥用减阻剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油田化学外加剂。更具体地，涉及一种油井水泥用减阻剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着油田固井技术的发展，对固井所用水泥浆性能的要求也越来越高。目前使用油井水泥外加剂是改善水泥浆流变性能，提高固井质量的最有效方法。油井水泥减阻剂是油井水泥外加剂中十分重要的一种，应用较广的油井水泥减阻剂主要有β-萘磺酸甲醛缩合物和磺化丙酮甲醛缩合物。β-萘磺酸甲醛缩合物是以萘为原料，通过磺化、缩合、中和等步骤合成得到，具有良好的分散能力，缺点是含有中和硫酸而生成的副产物硫酸钠，而硫酸钠又会腐蚀水泥石，造成固井质量的下降；另一类磺化丙酮甲醛缩合物是当前国内市场上使用较多的产品，此种减阻剂的合成原理是，通过丙酮磺化后与甲醛的缩聚而得到的，分散效果良好，但其使用温度对其有一定限制，高温减阻效果不显著。

发明内容

[0003] 本发明的一个目的在于提供一种使用温度高的油井水泥用减阻剂，并提供这种油井水泥用减阻剂的制备方法。

[0004] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0005] 一种油井水泥用减阻剂，由苯酚、甲醛、丙酮和亚硫酸钠组成。

[0006] 上述油井水泥用减阻剂，苯酚、甲醛、丙酮和亚硫酸钠的重量比为1-2:16-20:5-8:6-10。优选数值点为1：17.5：6.6：8，虽然以上原材料在给出的数值范围内可以进行反应，但存在一种“木桶效应”，即各种原材料必须在合适的范围内才能保证反应的充分进行。

[0007] 一种油井水泥用减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

[0008] (1)将亚硫酸钠溶于蒸馏水中，得亚硫酸钠溶液；

[0009] (2)将苯酚溶于亚硫酸钠溶液；

[0010] (3)将步骤(2)中得到的溶液的pH调节为11—12；

[0011] (4)第一次滴加甲醛：向步骤(3)得到的溶液中滴加甲醛，搅拌，滴加完毕后物料颜色变为淡黄色；

[0012] (5)将丙酮加入步骤(4)得到的物料中，搅拌，加入完毕后，物料颜色由淡黄色变为橘黄色，再由橘黄色变为深红棕色；

[0013] (6)第二次滴加甲醛：将剩余甲醛滴加到步骤(5)得到的物料中进行反应，搅拌，即得反应产物，将反应产物经喷雾干燥得到红色固体粉末。

[0014] 上述油井水泥用减阻剂的制备方法，在步骤(4)中：滴加甲醛的量为甲醛总重量的29％-31％，优选的数值点为30％；在步骤(6)中：滴加甲醛的量为甲醛总重量的69％-71％，优选的数值点为70％。

[0015] 上述油井水泥用减阻剂的制备方法，在步骤(5)中：控制反应温度在45-52℃，因为丙酮极易挥发，温度过高时，反应不充分，最终得到的产物分散效果不佳，恒温保持40min。

[0016] 上述油井水泥用减阻剂的制备方法，在步骤(6)中：控制反应温度在95-100℃以，温度过高对生产设备要求严格，生产工艺不易控制，温度过低反应产物聚合度低，减阻效果不显著，恒温保持3h。

[0017] 上述油井水泥用减阻剂的制备方法，在步骤(1)中：蒸馏水的质量为亚硫酸钠质量的3-6倍，蒸馏水过少或过多都会影响合成的减阻剂的分散效果，使水泥浆的流变性能变差。

[0018] 上述油井水泥用减阻剂的制备方法，在步骤(3)中：用NaOH调节溶液的pH为11—12，反应必须在碱性条件下进行，当pH不在此范围内时，不利于合成反应的进行。

[0019] 上述油井水泥用减阻剂的制备方法，第一次滴加甲醛时的滴加持续时间为15—30min，控制甲醛滴加的时间实际上是控制甲醛的滴加速度，进一步说是为了控制反应的温度；第二次滴加甲醛时的滴加持续时间为15—30min控制甲醛滴加的时间实际上是控制甲醛的滴加速度，进一步说是为了控制反应的温度。

[0020] 上述油井水泥用减阻剂的制备方法，在步骤(4)、(5)和(6)中：使用磁力搅拌器，磁力搅拌的速度是800r/min。

[0021] 本发明的有益效果如下：

[0022] 1、本发明提供的油井水泥用减阻剂的减阻效果良好，特别是在高温段减阻效果显著，使用温度达200℃，在油井水泥浆中加入本产品，水泥浆流型均比其他减阻剂优越。

[0023] 2、本发明的油井水泥用减阻剂的合成工艺简单，反应条件温和，反应时间短，同时制备方法对设备要求低。

[0024] 3、本发明提供的油井水泥用减阻剂加量为0.3—0.5wt％(BWOC)时，即可以达到很好的分散效果。

[0025] 4、本发明提供的油井水泥用减阻剂与其他水泥浆外加剂配伍性良好，用本发明得到的减阻剂(加量为水泥加量的0.5wt％)与本公司的油井水泥用降失水剂G310(加量为水泥量的5wt％)和油井水泥用缓凝剂GH-9(根据需要凝固的时间进行添加)配伍使用，其API失水能够控制在30ml左右，并且水泥浆无沉降，流动度良好。本发明油井水泥用减阻剂、油井水泥用降失水剂G310、油井水泥用缓凝剂GH-9一起加入到油井水泥浆中：API失水能够控制在30ml左右，并且水泥浆无沉降，流动度良好；说明本发明减阻剂与本公司市场上公开出售的产品油井水泥用降失水剂G310(加量为水泥量的5wt％)和油井水泥用缓凝剂GH-9配伍性能良好，而市场上其他减阻剂就不能实现如此优良的配伍性能。

[0026] 5、本发明是在现有技术中磺化丙酮甲醛缩合物的基础上，在聚合物中引入了苯环，使本发明制得的减阻剂使用温度得以提高，扩大了磺化丙酮甲醛缩合物的适用范围，并且添加了本发明减阻剂的水泥浆流型很好，为固井安全施工提供了保障。解决当前市场主导的减阻剂高温段使用时，分散效果(分散效果的好坏一般用n值和K值表示，n值是流性指数，反映的是水泥浆流型的好坏，n值越大越好；K值是稠度系数,反映的是水泥浆的粘稠程度，因此K值越小越好)不良，水泥浆流型不稳定的问题。

具体实施方式

[0027] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

[0028] 实施例1

[0029] 将70g亚硫酸钠完全溶于300g蒸馏水中，称取12g苯酚完全溶于亚硫酸钠溶液中，取适量NaOH调节pH值到11。

[0030] 称取48g甲醛缓慢滴加到上述物料中，并不断搅拌【使用磁力搅拌器，磁力搅拌速度是800r/min】，滴加完毕后物料颜色变为淡黄色。

[0031] 称取60g丙酮缓慢滴加到上述物料中，使用磁力搅拌器，磁力搅拌速度是800r/min，滴加完毕后，物料颜色由淡黄色变为橘黄色，再由橘黄色变为深红棕色，控制反应温度在52℃以下，恒温搅拌保持40min。

[0032] 称取112g甲醛溶液，缓慢滴加到上述物料中，使用磁力搅拌器，磁力搅拌速度是800r/min，20min内滴加完毕，滴加完毕后，物料温度升为92℃，保温搅拌反应3h既得本发明产物。

[0033] 将以上反应产物经喷雾干燥得到红色固体粉末，即为油井水泥用减阻剂。

[0034] 实施例2

[0035] (1)将90g亚硫酸钠完全溶于400g蒸馏水中，称取15g苯酚完全溶于亚硫酸钠溶液中，取适量NaOH调节pH值到12。

[0036] (2)称取54g甲醛缓慢滴加到上述物料中，并不断搅拌【使用磁力搅拌器，磁力搅拌速度是800r/min】，滴加完毕后物料颜色变为淡黄色。

[0037] (3)称取70g丙酮缓慢滴加到上述物料中，使用磁力搅拌器，磁力搅拌速度是800r/min，滴加完毕后，物料颜色由淡黄色变为橘黄色，再由橘黄色变为深红棕色，控制反应温度在52℃以下，恒温搅拌保持40min。

[0038] (4)称取126g甲醛溶液，缓慢滴加到上述物料中，使用磁力搅拌器，磁力搅拌速度是800r/min，25min内滴加完毕，滴加完毕后，物料温度升为95℃，保温搅拌反应3h既得本发明产物。

[0039] (5)将以上反应产物经喷雾干燥得到红色固体粉末，即为油井水泥用减阻剂。

[0040] 两个实施例所得油井水泥用减阻剂的水泥浆性能实验结果如下表：

[0041] 实施例1油井水泥用减阻剂的水泥浆性能如下表

[0042]样品加量，wt％ 温度，℃ n值 K值 稠化时间，min 24h强度，MPa
0 85 0.431 1.563 76 16.3
0.3 85 0.716 0.129 80 14.9
0.5 85 0.845 0.050 83 15.6

[0043] 实施例2油井水泥用减阻剂的水泥浆性能如下表

[0044]样品加量，wt％ 温度，℃ n值 K值 稠化时间，min 24h强度，MPa
0 85 0.457 1.270 78 15.8
0.3 85 0.770 0.088 81 15.0
0.5 85 0.858 0.044 86 16.2

[0045] 注：n值—流性指数，K值—稠度系数，样品加量即为油井水泥用减阻剂的加入量。

[0046] 所用水泥为油井G级水泥，按API标准配制水泥浆，水灰比为0.44。

[0047] 对比实施例

[0048] 对比实施例1

[0049] 本实施例是实施例1的对比实施例，具体生产工艺区别如下：没有加入苯酚，其余物质加量及工艺步骤相同。

[0050] 测试本实施例减阻剂的水泥浆性能(所用水泥为油井G级水泥，按API标准配制水泥浆，水灰比为0.44)，实验结果如下表：

[0051]样品加量，wt％ 温度，℃ n值 K值 稠化时间，min 24h强度，MPa
0 85 0.431 1.563 76 16.3
0.3 85 0.521 0.986 82 14.5
0.5 85 0.597 0.863 85 15.1

[0052] 对比实施例2

[0053] 本实施例是实施例2的对比实施例，具体生产工艺区别如下：将所有甲醛和丙酮同时加入，其余物质加量及工艺步骤相同。

[0054] 测试本实施例减阻剂的水泥浆性能(所用水泥为油井G级水泥，按API标准配制水泥浆，水灰比为0.44)，实验结果如下表：

[0055]样品加量，wt％ 温度，℃ n值 K值 稠化时间，min 24h强度，MPa
0 85 0.457 1.270 78 15.8
0.3 85 0.568 0.675 81 14.8
0.5 85 0.603 0.384 85 16.0

[0056] 对比实施例3

[0057] 本实施例是实施例2的对比实施例，具体生产工艺区别如下：第一次加甲醛的时候将所有甲醛同时加入，其余物质加量及工艺步骤相同。

[0058] 测试本实施例减阻剂的水泥浆性能(所用水泥为油井G级水泥，按API标准配制水泥浆，水灰比为0.44)，实验结果如下表：

[0059]样品加量，wt％ 温度，℃ n值 K值 稠化时间，min 24h强度，MPa
0 85 0.457 1.270 78 15.8
0.3 85 0.520 0.763 82 14.7
0.5 85 0.598 0.421 88 16.1

[0060] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。