文摘

组成的三元共聚物苯乙烯磺酸钠(SSS),反丁烯二酸(FA)和丙烯酰胺(AM)被水溶液自由基共聚合成和评估作为油井水泥降滤失剂。三元共聚物的化学结构和性能特点是傅里叶变换红外(FTIR)光谱和热重分析(TGA);分子量及其分布测定凝胶渗透色谱法(GPC)。聚合得到的最佳反应条件:反应温度50°C的质量比SSS / FA / AM 4: 2: 14,引发剂0.1%,4 h和反应时间;表征表明,瑞士/ FA /我有一个特定的分子量和优秀、抗盐性能。结果表明,瑞士/ FA /我有一个良好的滤失性能,在API滤失的石油水泥浆可以控制在100毫升160°C。此外,它对水泥抗压强度影响很小。结果滤饼的扫描电子显微镜(SEM)显示,瑞士/ FA /我可以吸附在水泥颗粒的表面,产生水化层防止流体损失油井水泥。

1。介绍

凝胶材料、水泥料浆已经广泛应用于石油工业。油井水泥浆的主要组件是石油水泥,水,和功能性添加剂。损失的液体添加剂,这是三个主要的石油水泥浆添加剂,可以有效地降低石油水泥浆失水量的现场条件,也可以增加粘度和提高石油水泥浆的稳定性(1,2]。然而,当传统的流体损失添加剂应用在实践中,产生的石油水泥浆的性能通常很差:高过滤,不稳定,和脆性,尤其是在高温或高盐环境3]。在传统的油井行业(4,5],2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic酸(安培),以其优越的性能,已广泛应用于水泥外加剂。然而,磺酸基通过酰胺键连接很容易水解(图1)在碱性溶液在高温和低分子量有机磺酸盐形式。因此,有机磺酸盐影响水泥浆的色散。羧酸形成的水解还延长了水泥的凝结时间。


图1
安培的水解过程。

我们在这里描述的研究目标是利用新单体合成一种新型的降滤失剂。为了确保它有一个性能优越的滤失控制石油水泥浆,高分子聚合物应该有严格的激进,吸收力强,集团石油水泥颗粒和优越的增稠性能6,7]。对苯乙烯磺酸钠(SSS)不仅包含一个苯环( )提供优良的耐热性,但也有一个磺基(- s 外),这是对阳离子,导致三元共聚物的亲水性和耐盐。此外,丙烯酰胺(AM),包括酰胺(-CONH2)组,添加了添加剂的三元共聚物,以确保有一个优良的稳定和增稠性能(8- - - - - -10]。作为一种改进的降滤失剂,单体与水泥颗粒的吸附组可以确保其他官能团可以扮演他们的角色,也就是说,羧基(羧基)提出的反丁烯二酸(FA)。因此,在这个工作中,与高温降滤失剂,抗盐性是由瑞士的聚合,合成,和英足总。

2。实验

2.1。材料

SSS,足总,我是购自上海阿拉丁工业公司(上海,中国)。过硫酸钾和氢氧化钠提供从成都Kelong化学试剂厂(中国四川)。类克油井水泥是高抗硫品位得到嘉华企业集团(中国四川);它与美国石油协会(API)规范10。

2.2。方法
2.2.1。综合的SSS / FA /

瑞士(20.0±0.5毫克),FA(10.0±0.5毫克),我(7.0±0.5毫克)被放置在不同的烧杯,用电磁搅拌器溶于去离子水(固体,液体的总比在每个烧杯是8%)。所有解决方案的PH值调整到适当的值(PH = 7)与氢氧化钠溶液。足协和瑞士的解决方案被混合在一起,加入到三颈烧瓶。最后,我慢慢的解决方案是添加到反应堆;同时,0.1% wt发起者也慢慢地添加到系统中。氮气是30分钟慢慢注入系统。反应温度是稳定在50°C。反应后,产品是用乙醇提取三次,然后是粒状产品是存储在一个干燥箱(60°C)。在图所示的反应方程2。


图2
三元共聚合的原理图。
2.2.2。瑞士/ FA /我的基本特征

调查瑞士/ FA /我的化学结构进行了使用傅里叶变换红外光谱仪(WQF520,北京瑞利分析仪器公司,中国)。样本与溴化钾混合,然后压缩成片状。扫描范围从4000到500厘米−1。

的分子量和分子量分布测定凝胶渗透色谱法(GPC)(美国联盟e2695水域Corp .)。瑞士/ FA /我是溶解在蒸馏水(8毫克/毫升)搅拌在25°C 90分钟前测试。

样品的温度电阻测量通过热重分析(TGA / SDTA85,梅特勒-托利多,瑞士)。测试温度的范围覆盖25到500°C的扫描速率10°C /分钟。

2.2.3。瑞士/ FA /我的能力来控制石油水泥浆失水量

水泥浆的制备和流体损失测试是根据API推荐实践测试油井水泥10 b (API RP 10 b) [11]。所有的测试结果都是决定使用高温高压过滤工具(OWC9510,沈阳航空航天大学应用技术研究所)。三元共聚物(1%、2%和3%,水泥的重量)与API类克油混合水泥和水,和水/水泥比率为0.44。水泥料浆在高速混合机混合(4000 r / min±200 r / min 15秒,然后12000 r / min±500 r / min 35±1)。泥浆被放置到过滤使用测试仪器测试流体损失温度60,90,100,120,140,和160°C,在6.9 MPa气体压力为30分钟。为了验证盐三元共聚物的宽容,饱和盐水和饱和盐水,一半的水,被添加到水泥料浆测试流体损失在相同的测试环境。滤失试验后,样品的滤饼上覆盖着一层金和成像的扫描电子显微镜(美国范公司广达450)分析微观结构。

2.2.4。瑞士/ FA /我对油的影响水泥的一般属性

三元共聚物的不同比例(1%、2%和3%,水泥的重量)与油混合水泥,和水/水泥比率也是0.44。配给4000 r / min±200 r / min 15秒,然后12000 r / min±500 r / min 35±1 s,油水泥浆在完成了一个立方模型(4×4×4厘米3)来测试抗压强度。固化温度设定在90、120、140°C和固化时间在24小时和48 h。

3所示。结果与讨论

3.1。化学结构和分子量的瑞士/ FA /

被纯化和干燥后,通过红外光谱分析了三元共聚物的化学结构。

傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪光谱SSS,足总,我,三元共聚物在图所示3。乐队在3423厘米−1是一个地伸展振动吸收羧酸组的FA 3150厘米吗−1分配给的h伸缩振动,2925厘米的酰胺基−1的特征吸收信号甲基和亚甲基组。吸收峰观察到1648厘米−1和1130厘米−1的特征吸收带C = O和切断FA,羧基组。特征峰在1076厘米−1对应的对称拉伸振动= O引入磺酸盐组瑞士,但特点乐队在837厘米−1伸展振动吸收信号对应于para-substituted苯的结构。从1630厘米−1到1645厘米−1,没有特征吸收峰的乙烯基(CH = CH2),结果表明,没有单体残留分析的样品。根据我们的红外光谱谱的分析,我们可以得出结论,获得了目标共聚物(图2)。


图3
红外光谱谱SSS,足总,我和瑞士/ FA /。

三元共聚物的分子量及其分布测量通过凝胶渗透色谱法(GPC)。结果表明,相对分子量为3.7×105,衡量分子量为5.5×105。分子量分布为1.48,是一个相对温和的价值。众所周知,在溶剂三元共聚物分子量及其颗粒大小有密切的关系。因此,分子量及其分布超过一定范围内可以把水泥颗粒之间的不规则裂缝减少水损失通过间接途径12]。

3.2。同时三元共聚物的热重和差热分析

25 - 500°C的TGA曲线三元共聚物的建议图4。曲线的三元共聚物,减肥从25°C到130°C会引起自由水的挥发和分解的小分子量的杂质。温度上升到250°C时,曲线表明,该三元共聚物有大约10%总重量损失。我们认为,这一现象的原因可能是降解方面组织的分子链。最终,当温度高于330°C时,样品质量损失大,破碎的主链的三元共聚物作为一个可能的原因。在这个温度下,三元共聚物的结构被毁,它不能有效地控制水泥浆失水量。


图4
TGA的SSS / FA /。
3.3。滤失控制性能

石油水泥浆失水量的不同内容的SSS / FA /测试,温度范围是60到160°C。结果如图所示5。降滤失剂的应用领域,90°C是一个性能分界线,分界线120°C是另一种表现。因此,温度从60到160°C被用于测试。可以看出,流体损失的增加逐渐降低三元共聚物SSS / FA /剂量。此外,在90°C或更少,SSS / FA /我保持着对滤失性能优良,和水泥浆失水量低于40毫升。当温度高于90°C时,三元共聚物也表现出良好的性能,和水泥浆失水量低于100毫升。另一方面,流体损失与三元共聚物用量的增加减少。因此,它是证明了三元共聚物,瑞士/ FA /点,可以有一个巨大的潜力来控制流体损失。


图5
三元共聚物在不同温度的流体损失。
3.4。评估盐宽容

很难控制滤失盐水泥料浆的领域,这是强电解质。因为Na的半径+很小,很容易进入团体之间的三元共聚物分子,导致聚合物链收缩;由于聚合物链的收缩,使聚合物链仅仅是很难被吸附在水泥颗粒的表面,导致增加流体损失(13]。众所周知[12),所以3在瑞士不敏感的盐和苯的存在增加了分子链刚性,因此,瑞士具有良好的耐温度和盐。因此,它是必要的,以确保盐三元共聚物具有出色的性能的宽容。

从数据6- - - - - -8测试温度设定在90年,120年和140°C。盐水水泥浆的流动损失明显降低三元共聚物用量的增加。当三元共聚物是3%的剂量wt,滤失控制不超过100毫升。结果表明,三元共聚物具有良好的耐盐,我们属性与磺酸单体的存在。


图6
绩效评估90°C的抗盐性。

图7
绩效评估120°C的抗盐性。

图8
绩效评估140°C的抗盐性。
3.5。评价石油水泥的一般性质

作为油井水泥降滤失剂具有良好的性能,它应该满足两个条件:没有影响水泥浆强度发展,产生了积极影响水泥浆的沉降稳定性。是接受了临界温度的高温强度衰减的石油水泥110°C (14]。此外,对于一般的工程应用,已经得出结论,对水泥石抗压强度应达到3.5 MPa以上,与支持的目标油井套管轴向载荷。

从表1,我们可以得出这样的结论:有个小影响水泥浆的抗压强度变化量的瑞士/ FA / AM和分散剂补充道。随着温度的增加,水泥浆的抗压强度的发展加快在24 h,但经济衰退的水泥浆的抗压强度也加速在48 h。流体损失的值表示完全符合油田施工现场的基本要求的水泥浆的抗压强度,建筑用沙和其他方法经常被添加到提高水泥强度(15]。

表1
水泥抗压强度的石油与瑞士/ FA /不同温度下。

图9
SXY-2的化学结构。
3.6。SEM分析滤饼

石油水泥浆、石油水泥有一定的粒度分布,从而导致水通道的形成,促进水的流动。大量的水损失发生在滤饼的形成,和失水率取决于滤饼的性质。优秀的流体损失添加剂可以有效地使水泥颗粒堵塞漏洞,形成一个密集的蛋糕和减少水损失。探讨滤饼微观结构,它由SEM观察。

的扫描电镜图像滤饼图所示10后,流体损失在120°C, 6.9 MPa, 30分钟。(a)和(b)有3个wt %降滤失剂,和(c)和(d) 1 wt %降滤失剂,但(e), (f), (g)没有降滤失剂。可以看出,滤饼的SEM图像(e、f、g)没有降滤失剂是不同于其他人。有许多小的缝隙图像(e), (f)和(g)。所有这些差距成为自由水通道,这是高流体损失的原因。结果表明,随着内容的增加流体损失在水泥浆添加剂,滤饼的微观结构变得致密。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
(g)
(g)
图10
SEM图像后水泥料浆的滤饼滤失试验(a和b)与3% wt瑞士/ FA /点,(c和d)与1% wt瑞士/ FA /点,和(e, f, g)没有瑞士/ FA /添加剂。

水泥颗粒之间的相互作用和石油水泥浆如图三元共聚物11。我们可以得出结论,在水泥泥浆降滤失剂的影响如下。首先,瑞士的三元共聚物/ FA /我被包裹在水泥颗粒,然后产生一个水化层,防止水泥浆失水量。第二,瑞士的三元共聚物/ FA /长链是缠绕在彼此形成集群解决方案,这有助于减少滤液的流动性,增加了滤饼的过滤阻力。由于滤饼的孔隙被有效地阻挡,水泥料浆的滤失控制。


图11
水泥颗粒之间的相互作用和瑞士/ FA /石油水泥浆。

4所示。结论

一种新型降滤失剂,瑞士/ FA /我的三元共聚物,由水溶液自由基共聚合成。基于红外光谱分析,三元共聚物的结构与设计一致。相对摩尔质量的聚合物是3.7×105,衡量分子量为5.5×105。TGA表明,三元共聚物开始分解在250°C。SSS的滤失试验表明,三元共聚物/ FA /我有一个很好的性能的盐宽容和耐温性在60到160°C。抗压强度试验表明,瑞士/ FA /我只有一个小影响水泥浆强度的发展。同时,SEM分析表明,滤饼结构的三元共聚物是密度比滤饼没有三元共聚物的结构导致水泥颗粒间的缝隙被充满了三元共聚物。最后,水泥浆失水量的预防。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢cofinancial支持国家科技重大项目(号。2016 zx05020004 - 008和2016 zx05052)和中国石油天然气集团公司科技项目(2016 - 3903)的金融支持。