降失水剂注册商标属于哪一类?( 二 )


丙烯酰胺类共聚物作为油井水泥降失水剂是丙烯酰胺单体(AM)和一批阴离子或非离子单体通过自由基聚合产生的二元或三元共聚物 。这些阴离子单体包括丙烯酸(AA)及钠盐、马来酸酐(NA)、丙烯腈(CN)、N-甲基-N-乙烯基乙酰胺(NMCA)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、烯丙基磺酸、AMPS及磺化苯乙烯等 。
在合成过程中,各单体间比例和引发剂用量是最为重要的,前者决定各活性基团的百分比 。磺酸根、羧酸根是阴离子基团,它靠静电力与水泥微粒产生多点吸附作用,可以形成较厚的溶剂化层 。而酰胺基对固体的吸附则很大程度上取决于氢键 。因此,共聚物的组成不同,在水泥浆中链的吸附和展开程度是不同的 。引发剂的用量影响到共聚物的平均分子量的大小,此外,在评价这类共聚物理化指标时,分子量分布的宽窄与降失水性能密切相关 。
工业上合成这些产品的方法可分为水溶液聚合、本体聚合、悬浮聚合和乳液聚合等,以获得水剂、粉剂、胶体、乳液等各种剂型的产品 。
水溶性聚合工艺简便,设备投资少,操作简单 。在塑料袋(或盒)、聚合槽或反应釜中进行 。单体浓度可在8%~50%之间任意调节 。通常以氧化体系或氧化还原体系如过硫酸铵(钠、钾)—亚硫酸氢钠为引发剂在30℃~60℃范围共聚合就可得水溶液、胶体或固体共聚物 。在研制这类产品的过程中,需要注意以下几点:第一,产物应达到较高的转化率,最好不用采取提纯的工艺步骤;第二,共聚物的分子量分布适当宽一些,有利于致密滤饼的形成;第三,与钻井、完井、压裂、酸化等工艺中使用的降失水剂有差异的是,油井水泥用共聚物降失水剂分子量较低,通常在2万至20万范围内,因而引发剂加量要大一些 。
丙烯酰胺类共聚物有较良好的抗盐抗钙能力,水泥浆流变性好,使用温度达160℃ 。API失水量能低到20~30ml/30min 。加有磺化单体的共聚物抗盐抗钙能力提高,而羧酸类单体则对失水率的降低有更大贡献,因此,单体的选择和配比是降失剂分子设计中的重要内容 。
水泥浆的pH值达12~13,在高温下共聚物的酰胺基团水解,使阴离子基团(—COO-)增加,吸附——延缓晶核生长的作用增大,延长了水泥浆的稠化时间 。这给水泥浆综合性能的调节带来不便,可加入少量促凝剂如三乙醇胺,甲酸钙等来调节稠化时间 。
(4)非离子型合成聚合物
①聚乙烯基吡咯烷酮类 。
聚乙烯吡咯烷酮为非离子型降失水剂,与SXY和FDN系列分散剂复配使用降失水效果好 。另外,聚乙烯吡咯酮烷还可与CMHEC或HEC复配使用以改善降滤失性能 。
聚乙烯吡咯烷酮与阳离子聚合物或其他共聚物复配构成新型高效降失水剂体系 。其组成为:聚乙烯吡咯烷酮、马来酸酐-乙烯吡咯烷酮共聚物和聚阳离子 。
近年来,国内研制的聚乙烯吡咯烷酮-乙烯基单体嵌段共聚物是一种优良的降失水剂,其质量分数不大于0.6%,滤失量小于100ml/30min 。此共聚物与其他常用的外加剂配伍性好 。此外,还具良好耐盐、耐温性能 。
聚乙烯吡咯烷酮在硝酸高铈铵强氧化剂引发下与丙烯酰胺单体进行嵌段共聚,得到聚丙烯酰胺-聚乙烯吡咯烷酮-聚丙烯酰胺三嵌段共聚物:
该产品适用的高温达150℃,能抗盐,水溶性好,当加量为0.6%时,高温高压失水50~60ml/30min 。
②聚乙烯醇(PVA) 。
由于乙烯醇极不稳定,聚合条件不易达到,工业上生产聚乙烯醇是由聚醋酸乙烯酯水解而来:
市售PVA醇解度主要有三种:醇解度为78%,只溶于冷水;醇解度为88%水溶性好,适合用作水泥外加剂;醇解度98%用作维尼纶原料 。作为降失水剂的PVA分子量在17~22×104 。分子量为17×104,醇解度为88%的聚乙烯醇代号就为1788,如此类推有1888,2088等 。随聚合度升高,水溶液粘度上升,溶解性降低,产生膜的强度增加;随着醇解度升高,PVA在低温下溶解度降低,而高温溶解度提高 。
PVA与硼砂、硼酸、铬酸钠、高锰酸钾、重铬酸钾、钒、锆等高价金属离子可进行交联反应 。
PVA降失水剂在水泥浆瞬时失水时其成膜效应产生不渗透致密滤饼而致使失水率控制在50ml/30min内 。作为油井水泥降失水剂,PVA使用温度范围在90℃以下,对水泥浆稠化时间和强度影响较小,因而是中、低温井固井的常用降失水剂 。
(5)聚磺化苯乙烯降失水剂
阴离子型均聚物作为水泥降失水剂并不多见,因为它们具有缓凝效应 。磺化聚苯乙烯(SPS)和磺化聚甲基苯乙烯(SPVT)均为此类降失水剂 。
SPVT、PNS和磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物混合使用于盐水水泥浆体系效果很好 。其降失水情况,现介绍SPVT的乳液聚合方法 。