【正文】 水泥漿混配保持均勻，阻止過量游離水的產(chǎn)生； 低密度填充料： 指密度低于波特蘭水泥密度 （ )的低密度 材料，這類減輕劑只要加量足夠就可以降低水泥漿密度。 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 消泡劑的分子結構通常帶有支鏈并且烴鏈較短，使消泡劑在氣－液界面上形成的雙吸附層強度差，有利于消泡； 消泡劑親水基的極性較弱，親油性較強，對液膜中極性水分子的吸引力較弱，自由水多，膜中液體的粘度低，容易流動，故液膜容易破裂而有利于消泡。 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 分散劑的主要作用機理是分散劑的吸附分散作用，其微觀機制，則因分散劑的分子結構不同而存在一定的差異，其主要的作用機理表現(xiàn)為 ： 吸附－分散和釋放游離水機理 分散劑可吸附于水泥顆粒的表面，形成吸附雙電層，在電性相斥的作用下，使水泥水化初期形成的絮凝結構分散解體，絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，提高水泥漿的流變性； 潤濕作用 分散劑的潤濕作用會增加水泥顆粒的水化面積，在水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，阻止了水泥顆粒的直接接觸，起到了潤滑分散的作用； 微氣泡潤滑作用 分散劑的摻入將引入一定量的微細氣泡，并與水泥質(zhì)點具有相同符號的電荷，因而氣泡與水泥顆粒間也因電性相斥，增加了水泥顆粒間的滑動能力，使水泥顆粒分散。 降失水劑主要有兩種類型：特制的超細研磨材料和水溶性聚合物。 增大水泥漿液相粘度 ， 通過增大液相向地層濾失的阻力 ， 降低水泥漿失水 。H88,H98 等； 糖類化合物： 如蔗糖 、 棉子糖 、 可溶性淀粉等；如 HALLIBUTION 公司的：HR13L,我院的： S12， 等 纖維素衍生物： 如 BJ 公司的 R6 或 DIACELLWL, 道 威 爾 公 司 的 D8, HALLIBUTION 公司的： Diacel LWL： 有機磷酸鹽類： 如 HEDP,AMDP 等 ， 如： J－ RL,H1 合成高溫緩凝劑 AMPS共聚物體系 無機化合物類： 如鋁 、 鋅 、 硼的化合物；如： HRA， LW1,LW2等 ， 目前，用作油井水泥緩凝劑的化合物主要有以下的類型，它們可能是這幾類化合物的改性合成化合物，或是幾種化合物的復合物。 成核理論：緩凝劑吸附在水化物的晶核上 ， 抑制了它的進一步增長 。 主要用途：增加水泥漿稠化時間，降低水泥漿粘度。 三、復合促凝劑 研究表明，由多種無機鹽促凝劑和有機化合物促凝劑復合的早強劑，往往可得到比單一類型促凝劑促凝效果更好的外加劑。 硫酸鹽類早強劑： 硫酸鹽對水泥的促硬、早強作用，主要是因為它能與水泥熟料礦物水解析出的氫氧化鈣發(fā)生臵換反應，從而能加速與水泥熟料中的 C3A反應生成更多的硫鋁酸鈣，提高水泥水化液相中的固相比例，加快水泥凝結硬化的速度和早期強度的提高； 有機早強劑：如三乙醇胺， 它能起到促凝早強作用是由于三乙醇胺能促進水泥石形成更多的鈣礬石，能有效地吸附在水泥熟料礦物表面，加快C3A與石膏之間的反應，但三乙醇胺可能減緩 C3S的水化速度。 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 油井水泥外加劑及水泥漿體系 ? 油井水泥外加劑及作用機理 ? 常用的十大水泥漿體系 ? 選擇水泥外加劑和設計水泥漿體系應注意的幾個問題 天津中油渤星工程科技股份有限公司 Cementing Technology 油井水泥外加劑及作用機理 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 1. 油井水泥早強劑 油井水泥早強劑主要是指能顯著縮短水泥漿稠化時間 ， 加速水泥熟料礦物的凝結與硬化 ， 提高水泥石早期抗壓強度的外加劑 。一是增加水泥顆粒的分散度，從而加速水泥水化和硬化的速度 ；二是與水泥熟料礦物產(chǎn)生化合作用，與 C3A化合生成水化氯鋁酸鈣，從而使膠體膨脹，水泥石孔隙減少，密實性增大，從而提高了水泥石的強度。 一、無機鹽類 主要包括： 氯化鈣： 如 BJ公司的： A7,道威爾的： SI 液體氯化鈣： 如 BJ公司的： A7L,道威爾的： D77 硅酸鹽： 如 BJ公司的： A2,道威爾的： D29,Diacel A,HALLIBURTON:Econolite 硫酸鹽： 如 BJ公司的： A10,道威爾的： D53, HALLIBURTON:EA2 氯化鈉： 如 BJ公司的： A9,道威爾的： M117等 其它無機鹽類促凝劑還包括：鋁酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、 硫代硫酸鹽以及鈉、鉀、銨的氫氧化物等； 油井水泥早強劑的主要類型 天津中油渤星工程科技股份有限公司 Cementing Technology 油井水泥早強劑的主要類型 二、有機化合物促凝劑 主要包括：甲酸鈣 [Ca(HCOO)2]、甲酰銨（ CHONH2)、草酸（ H2C2O4)和三乙醇胺 [（ N(C2H4OH)3]等。有些緩凝劑同時還具有減阻和降失水的作用。 沉淀理論：緩凝劑與水相中的鈣離子或氫氧根離子反應 ， 在水泥顆粒周圍形成一種不溶解的非滲透層 。 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 油井水泥緩凝劑的主要類型 木質(zhì)素磺酸鹽類： 如 BJ公司的： R1， R12,道威爾的： D13,D81,D800，D801, HALLIBURTON: HR4,HR7 等 ， 羥基羧酸類： 如葡萄糖酸 、 檸檬酸 、 酒石酸 、 水楊酸 、 蘋果酸 、 乳酸 、 葡庚糖酸及它們的鹽；如 BJ公司的： CR5,道威爾公司的 D110：我院的 。 b: 采用水溶性高分子聚合物 ， 通過其吸附基團和水化基團在水泥顆粒表 面形成 “ 水泥顆粒 — 線性高分子 — 水分子吸附層 ” 的網(wǎng)狀結構 ，束縛住更多自由水 ， 阻塞水泥內(nèi)部空隙 ， 從而降低失水 。 如 HALLIBURTON: Halad9 褐煤類 是一類煤化程度較小的煤，含較高的內(nèi)在灰分和不同數(shù)量的腐殖酸，通過接枝共聚反應在褐煤大分子鏈上引進乙烯類側(cè)鏈的方法可用作油井水泥降失水劑， 如 SMB 單寧類 ， 單寧的主要有效成分是具有多元酚基和羧基的有機物質(zhì)，經(jīng)接枝化學改性后的單寧還可用作油井水泥降失水劑。 使用效果：稀釋水泥漿，提高頂替效率，降低水馬力，使水泥漿易于泵送。 能夠在泡沫表面擴散形成不穩(wěn)定膜 ， 從而起到消泡作用的外加劑材料可稱作消泡劑 。 通常，我們將能降低水泥漿密度的材料，統(tǒng)稱為油井水泥減輕劑，在同一水泥漿中，為降低水泥漿的密度，提高低密度水泥漿的綜合性能，經(jīng)常同時使用幾種減輕材料。膨潤土摻量為干水泥重量的 8— 10 ％。由二氧化硅含量很高的石英粉與工業(yè)純堿按一定比例混合，臵于 1350— 1400℃ 溶爐中熔融后溶解于水而成的一種粘滯性溶液，呈半透明青灰色或微黃色。2SiO2）膠態(tài)與分子狀的二氧化硅和水的混合物組成。粉煤灰的顆粒粒徑為 — 300um。 油井水泥減輕劑的主要類型 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 微珠： 漂珠為空心、密閉、壁薄、粒細的玻璃球體， 視密度 ~，主要成分為氧化硅、氧化鋁，及少量的氧化鐵、氧化鈣等，可與水泥水化產(chǎn)物反應生成具有膠凝性質(zhì)的化合物，可將水泥漿密度范圍降至 — ，摻量范圍為 8％～ 100％ ， 國內(nèi)漂珠低密度水泥漿已經(jīng)得到廣泛的應用，國外同類產(chǎn)品為： HALLIBUTION公司有同類產(chǎn)品為：玻璃微珠，道威爾公司的Litepoz500等。 油井水泥減輕劑的主要類型 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 在油氣井固井中 ， 高孔隙壓力 、 井壁不穩(wěn)定和塑性流動地層都要借助高靜水壓力予以控制 ， 為了保持井眼的穩(wěn)定和安全施工 ， 要求提高水泥漿的密度進行作業(yè) 。 用水量要少 。 油井水泥加重劑的選擇 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 重晶石： 是一種白色粉末材料，比重為： ，可將水泥漿密度加重至 ，但需要加入更多的水來潤濕顆粒，所以使用效果受到一定的削弱 .國內(nèi)油田重晶石應用較廣，國外同類產(chǎn)品有： HALLIBUTION的 Barite,BJ 休斯公司的 W1,道威爾公司的 D31。 赤鐵礦 :是一種紅色顆粒材料，粒度分布較細，需水量較低。 油井水泥加重劑的主要類型 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 普通油井水泥屬波蘭水泥范疇，當溫度低于 110℃ 時，具有較低的滲透率，并隨溫度的升高，抗壓強度提高，當溫度超過 110 ℃ ，尤其當溫度超過 125 ℃ 時，隨溫度的升高抗壓強度大幅度降低，滲透率大大提高，這種現(xiàn)象稱作水泥石強度退化。 9. 防止水泥石高溫強度退化的外加劑 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 防止水泥石高溫產(chǎn)生強度退化的外加劑 目前，防止水泥石高溫產(chǎn)生強度退化的外加劑主要為： 硅石粉即石英砂。 控制水泥漿的游離液和沉降穩(wěn)定性的添加劑主要包括：有機聚合物、生物聚合物、硅酸鈉以及膨潤土，綠坡縷石，硅灰等材料，在諸多產(chǎn)品中，生物聚合物占絕對優(yōu)勢。 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 固井水泥漿體系之一 普通低密度水泥漿體系 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 普通低密度水泥漿的主要類型 膨潤土低密度水泥 水玻璃低密度水泥 粉煤灰低密度水泥漿 漂珠低密度水泥漿 礦渣低密度水泥漿 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 使用特點 : 膨潤土低密度水泥漿 適用密度范圍 :— g/cm3。 強度低 ,24小時抗壓強度為 — 滲透性高等 應用 :主要用于分級注水泥的領漿，或作為充填水泥漿。 水泥漿稠化時間過長 。 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 粉煤灰摻量約為 60%~120%，相應密度為 ~ g/cm3； 具有一定的抗腐蝕能力； 游離水大； 稠化時間長； 體積收縮大； 低溫下強度低等缺點。可與 T90,T93外加劑配合使用，有效改善水 泥漿的整體性能。 與泥漿相容性好 ，頂替效率高 ， 能有效提高固井封固質(zhì)量 。 線型堆積模型示意圖 高強度低密度水泥漿體系 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 緊密堆積理論 根據(jù)緊密堆積理論，改善物料的表面性質(zhì)，減少物料顆粒間的充填水和物料表面的潤滑水，進一步 提高單位體積水泥漿中的固相 。 Particle Size Distribution 1 10 100 1000 3000 Particle Size (μm)0 2 4 6 8 10 12 Volume (%)漂漂, 02 Dec 2022 14:20:15 0 20 40 60 80 100 Particle Size Distribution 1 10 100 1000 3000 Particle Size (μm)0 1 2 3 4 5 6 7 8 Volume (%)PEWA, 02 Dec 2022 14:34:20 0 20 40 60 80 100 Particle Size Distribution 1 10 100 1000 3000 Particle Size (μm)0 2 4 6 8 Volume (%)JHG, 29 Mar 2022 14:37:10 0 20 40 60 80 100 高強度低密度水泥漿體系 中國石油集團工程技術研究院 Cementing Technology 高強低密度水泥漿的強度性能 兩種低密度水泥漿 24h 抗壓強度比較0510152025 密度（g / c m3）