缓凝剂ZLC的合成及应用.pdf

2015年11月
赵莹等.缓凝剂ZLC的合成及应用
缓凝剂ZC的合成及应用
赵莹',梁骁男2,于小荣',陈大钓
(1.西南石油大学化学化工学院,成都610500;2.中国石化中原天然气有限责任公司,河南濮阳457001)
摘要以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和衣康酸(IA)为原料合成共聚物,釆用单因
素法确定合成条件是:n(AMPS):n(IA)=73:27,单体含量25%,反应温度70℃,反应时间6h。
AMPS/IA共聚物与羟基羧酸盐复配制得高温缓凝剂ZLC,通过稠化曲线可知,LC缓凝效果提高,
可抗高温140℃。
关键词缓凝剂复配抗高温缓凝机理
近年来石油勘探开发不断向深部油气层发不同温度下分别进行稠化,考察缓凝效果。按照
展,固井长度增加,井底温度较高。因此,需提高CB/T19139-2012《油井水泥试验方法》制作水
缓凝剂的抗温能力。传统的油井水泥缓凝剂主要泥石,并探讨缓凝机理。
包括木质素磺酸盐、纤维素类、糖类化合物、硼酸2AMPS/IA共聚物合成条件的确定
及其盐类等,此类缓凝剂在低温环境下均具有良
针对共聚物的合成工艺,用单因素法考察单
好的效果,却不适用于高温。2一丙烯酰胺基
体物质的量比、单体加量、反应温度、反应时间
2-甲基丙磺酸(AMPS)类合成缓凝剂效果较明
对单体转化率和缓凝剂ZLC初凝时间的影响,优
显,是目前应用较广泛的高温缓凝剂-?。本研
选合成条件。
究对合成的AMPS类缓凝剂进行复配,得到一种
单体物质的量比
新型缓凝剂LC,评价其绶凝效果,并探讨缓凝机
单体加量25%,反应温度70℃,反应时间
理
5h,考察单体物质的量比对转化率和初凝时间的
实验
影响,结果见表1。
1.1药品及仪器
表1单体物质的量比对转化率和
AMPS、衣康酸(IA)、过硫酸钾、亚硫酸氢钠,
初凝时间的影响
均为分析纯,成都科龙化工试剂厂。
n(AMPS): n(1A)
DF-101S集热式磁力搅拌器,上海双捷实验项目
73
50:2050:5025:5027:73
设备有限公司;瓦棱搅拌器,OWC-9040F增压稠转化率/%89.692.695.875.673:257.4
化仪,沈阳石油仪器研究所有限责任公司。
初凝时间/mnin275465415325265215
1.2实验方法
1.2.1緩凝剂C的合成
从表1看出,当n(AMPS):n(IA)=73:27
在配有搅拌器和温度计的三口烧瓶中加入时,初凝时间达465min,缓凝效果最好,转化率相
AMPS20.7g(0.1mol),1A4.8g(0.037ml),去对较高为92.6%。适宜的投料比能促进反应进
离子水168,调节溶液pH至5。升温至70℃搅行,A含量过高,缓凝效果下降;AMPS含量过高,
拌,并通入N2除氧。滴加引发剂于溶液中,70℃由于铝酸三钙吸附力较强,因此大量磺酸根离子
下连续反应5h,制得AMPS/1A共聚物溶液]。
吸附于铝酸三钙,妨碍羧酸基团到达硅酸三钙水
反应液用无水乙醇反复洗涤,于40℃烘箱中烘化物表面,影响缓凝性能。综合考虑,选择单
干,得到AMPS/IA共聚物。
体物质的量比为n(AMPS):n(IA)=73:27。
AMPS/IA共聚物与羟基羧酸盐按一定比例
泥合,即得到复配物ZLC。
1.2.2缓凝剂的评价方法
收稿日期:2015-07-15。
作者简介:赵莹,在读硕士研究生,研究方向为油气田应用化
将缓凝剂LC和缓凝剂AMPS/IA共聚物在
学
精细石油化工进展
ADVANCES IN FINE PETROCHEMICALS
第16卷第6期
2.2单体加量
长,反应已达平衡状态,反应时间对体系转化率影
固定其他条件,反应温度60℃,n(AMPS):响越小。综合考虑,选择反应时间为6h
n(IA)=73:27,考察单体加量(质量分数,下同)3緩凝剂ZLC的性能评价和绶凝机理
对转化率和初凝时间的影响,结果见表2。
3.1抗温性能
表2单体加量对转化率和初凝时间的影响
在不同温度下,采用增压稠化仪分别测定缓
项目
单体加量/%
凝剂AMPS/IA和ZLC的稠化时间,结果见表5。
10
15
20
转化率/%
7.4
57.385.792.686.8
表5两种缓凝剂的稠化曲线
初凝时间/m
235295
465
480
AMPS/IA
LLC
稠化时间/min稠化曲线稠化时间/min稠化曲线
从表2看出,当单体加量为25%~30%时,
平滑
直角稠化
平滑
平滑
转化率达最大,初凝时间较高。适宜的单体加量
有鼓包
240直角稠化
可以使聚合反应进行的充分;单体加量过高,共聚150135有台阶
有台阶
物分子链长,缓凝效果降低。综合考虑经济成本
及缓凝效果,选择单体加量为25%。
为了提高缓凝剂的可抗温度,且保证可用于
2.3反应温度
施工现场,需稠化曲线平滑,且无台阶、无鼓包。
固定其他条件,单体加量为25%,考察反应
综合考虑,缓凝剂AMPS/LA可用于120℃油井
温度对转化率和初凝时间的影响,结果见表3。
缓凝剂LC可用于140℃油井。
AMPS/IA适用的最高温度为120℃,ZLC适
表3反应温度对转化率和初凝时间的影响
用的最高温度为140℃,稠化曲线分别见图1和
反应温度/C
项目
图2,其中水泥浆配方为:200gC级水泥+2g
转化率/%
692.675.6
SZ1-2+1g分散剂+3g凝剂+85mL水。
初凝时?/min190245430465355
温度
从表3看出,随着反应温度增加,转化率和初
100
凝时间均增加,当反应温度为70℃时,转化率和
6?60
注入压力
O型赙
初凝时间均达最大。反应温度增加,链转移常数
く4?曝40
增加,溶剂链转移作用增强,聚合反应中链支化反
稠度
应加强,易导致聚合度减小,产品相对分子质量
低,缓凝剂的缓凝效果与相对分子质量具有一定
00:00:0001:00:0002:00:0003:00:00
时刻
关系。综合考虑,选择反应温度为70℃。
图1AMPS/IA在120℃下的稠化曲线
2.4反应时间
固定其他条件,反应温度为70℃,考察反应
温度
时间对转化率和初凝时间的影响,结果见表4。
注入压力
≤8?品
表4反应时间对转化率和初凝时间的影响
R
?6040
80
项目
反应时间/h
40
2
4
6
8
20
閘度
转化率/%
71.189.992,692.789.393,9
初凝时?/min295470465460415480
00:00:0000: