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降失水剂是最重要的油井水泥外加剂之一,其性能与固井作业的质量紧密相关。目前,在石油可采量、储量不断减小的情况下,油田勘探与开发已向深井、复杂地层以及海洋方向发展。国内正在大力开发海洋固井工程,海水水泥浆体系对油井水泥降失水剂的性能要求更加严苛。然而,针对适用于该水泥浆体系的降失水剂研究甚少。被广泛应用的AMPS聚合类降失水剂的粘度与水泥浆失水量及流动性之间的矛盾关系一定程度上限制了其在海洋地层中的应用。同时,海水中的金属离子也会影响降失水剂的应用性能和水泥浆体系的综合性能。本文针对降失水剂目前存在的以上问题,通过功能性单体优选,共聚物分子结构设计,采用水溶液自由基聚合法进行了聚合反应。结合聚合物在水泥浆中的应用性能测试,优选出了以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、衣康酸(IA)以及新型阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)的四元共聚物,简称ADDI。同时进一步对该四元共聚物的聚合工艺条件进行了考查,最终确定出了最佳配方和最佳反应条件。采用红外光谱和核磁共振氢谱对ADDI的分子结构进行分析表征,分析结果表明,各单体成功参与了聚合反应,反应产物为目标产物。通过凝胶渗透色谱法表征了ADDI的分子量及其分子量分布。通过热重TG和差示扫描量热法DSC对ADDI进行了耐热性评价,发现四元共聚物ADDI抗温可达320℃,具有良好的热稳定性。通过对降失水剂ADDI在海水水泥浆体系的综合应用性能考查发现,该降失水剂具有优良的降滤失能力,在海水、半饱和盐水以及饱和盐水水泥浆中可将API失水量有效控制在100 mL以内,且在一定的温度范围内API失水量可控;降失水剂在海水水泥浆体系中具有优良的分散能力,当其加量为3%时,水泥浆接近于牛顿流体,并且同等条件下,加入ADDI水泥浆的流动性优于加入G81L水泥浆体系的流动性;在中低温条件下,无明显缓凝现象,对水泥石的抗压强度发展没有不利影响;稠化实验中,以ADDI为主要外加剂的海水水泥浆表现出较低的粘度和较弱的触变性,稠化曲线中未出现“鼓包”、“包芯”等现象,与低温缓凝剂PC-H21L和高温缓凝剂DRF-200L配伍性良好,能够满足海上固井作业要求,在海水水泥浆体系中具有良好的应用前景。