第四講常用固井外加劑及作用機(jī)理

1、水泥化驗(yàn)基礎(chǔ)水泥化驗(yàn)基礎(chǔ)促凝劑促凝劑一、促凝劑種類一、促凝劑種類（1 1）無(wú)機(jī)鹽類：）無(wú)機(jī)鹽類：氯鹽：CaCl2、NaCl、NH4CL、FeCl3、AlCl3等硫酸鹽及其它鹽：Na2SO4、K2SO4、Na2SiO4等堿：NaOH、KOH、Al(OH)3等（2 2）有機(jī)化合物：）有機(jī)化合物：主要包括甲酸鈣、草酸、三乙醇胺、三乙渣、三聚氰胺甲醛樹脂等。 （3 3）復(fù)合促凝早強(qiáng)體系：）復(fù)合促凝早強(qiáng)體系：如CaCl2+Na2SO4、CaSO4+NaNO2+三乙醇胺、三乙醇胺+NaCl、三異丙醇胺+亞硝酸鈉、 Na2SO4 +NaNO2、甲酸鈣+NaNO2等。 促凝劑促凝劑二、二、促凝劑主要作用機(jī)理促

2、凝劑主要作用機(jī)理 （1 1）同離子效應(yīng)與鹽效應(yīng)。改變膠凝材料的溶解度，加快水化進(jìn)程。）同離子效應(yīng)與鹽效應(yīng)。改變膠凝材料的溶解度，加快水化進(jìn)程。（2 2）生成復(fù)鹽、絡(luò)合物或難溶化合物。與水泥膠體礦物發(fā)生化學(xué)作用，）生成復(fù)鹽、絡(luò)合物或難溶化合物。與水泥膠體礦物發(fā)生化學(xué)作用，生成溶度積比相應(yīng)單鹽更小的復(fù)鹽、絡(luò)合物或難溶化合物，加快生成溶度積比相應(yīng)單鹽更小的復(fù)鹽、絡(luò)合物或難溶化合物，加快水化反應(yīng)進(jìn)程。水化反應(yīng)進(jìn)程。（3 3）形成結(jié)晶中心加速水泥的凝結(jié)與硬化。）形成結(jié)晶中心加速水泥的凝結(jié)與硬化。促凝劑促凝劑三、海上常用油井水泥促凝劑三、海上常用油井水泥促凝劑 系統(tǒng)名稱系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫

3、度加量范圍%備 注PC-A90SCA904/3S2.150501-6用于表層，提高早期強(qiáng)度和觸變性PC-A90LCA901L1.30-1.350601-3PC-A91SCA931S2.10604用于表層，縮短稠化時(shí)間，提高早期強(qiáng)度PC-A93LCA904L/G209L1.3528-1101.5-4PC-A94LCA908S1.270700.5-3油層專用早強(qiáng)劑PC-A95SCA950S2.520-1602-4用于PC-HAD 體系，提高早期和最終強(qiáng)度分散劑分散劑一、分散劑種類一、分散劑種類木質(zhì)素磺酸鹽及衍生物：要包括木質(zhì)素磺酸鈣（鈉）、鐵鉻鹽。 環(huán)芳基磺酸鹽甲醛縮合物：即由煤焦油或其它含芳香族

4、化合物化工副產(chǎn)物經(jīng)深加工得到的產(chǎn)品 水溶性密胺樹脂：即磺化三聚氰胺甲醛樹脂，它是由三聚氰胺、甲醛和焦亞硫酸鈉為原料經(jīng)加成、磺化、縮合后制成的一種高分子聚合物。 磺化醛酮縮合物：即用甲醛、丙酮和焦亞硫酸鈉在一定條件下反應(yīng)制得，其成本低、無(wú)緩凝、無(wú)起泡副作用，可用于高溫高壓井段的固井?；腔蚁┗惥酆衔锛把苌铮褐饕ɑ腔郾揭蚁┗蚺c其它單體，如馬來(lái)酸酐、丙烯酸、丙烯酰胺等的共聚物。具有穩(wěn)定性好、耐高溫、不起泡、不緩凝和減阻效果明顯等特點(diǎn)，在鹽水濃度從5%到37.5%的水泥漿中有明顯的分散減阻效果，但成本高。 分散劑分散劑二、分散劑的主要作用機(jī)理二、分散劑的主要作用機(jī)理 1. 吸附分散和釋放游離

5、水機(jī)理2. 形成擴(kuò)散雙電層 3. 潤(rùn)濕、潤(rùn)滑作用4. 微氣泡潤(rùn)滑作用 四、海上常用分散劑系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-F41SCF450S1.230-1800.2-1.5用于PC-HAD 體系，降低流動(dòng)阻力和觸變性PC-F41LCF401/4L1.2-1.2201500.3-2.0PC-F44LCF401S1.08-1.1030-1200.5-3.0分散水泥漿，降低流動(dòng)阻力和觸變性降失水劑降失水劑 一、降失水劑種類一、降失水劑種類 1.顆粒材料：膨潤(rùn)土、石灰石粉、瀝青質(zhì)、熱塑性樹脂、乳膠（粒徑為200500納米的聚合和乳液體系）、聚醋酸乙烯酯（使用溫度小于50）、

6、丁苯乳膠（苯乙烯-丁二烯）（使用溫度達(dá)176 ）和聚乙烯醇乳膠、苯乙烯-甲基苯乙烯甲脂、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸乙酯等。 2.纖維素衍生物：包括羥乙基纖維素（HEC）、改性羥乙基纖維素（HMHEC）、羥丙基纖維素（HPC）、羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC）等。3.木質(zhì)素改性產(chǎn)物：磺化或磺甲基化木質(zhì)素與甲醛、多胺反應(yīng)得到胺基化產(chǎn)物。 4.丙烯酰胺-丙烯酸鈉共聚物（AM/AA）：AM/AA-Na；丙烯酰胺-乙烯基咪唑（VI）二元共聚物和丙酰胺-AMPS-咪唑三元共聚物 ；N,N-二甲基丙烯酰胺-AMPS共聚物（NNDMA/AMPS）、AA/AMPS共聚物和CMHEC高溫耐鹽降失水劑體系；降失水劑降失

7、水劑 一、降失水劑種類一、降失水劑種類 5.乙烯基吡咯烷酮類共聚物：乙烯基吡咯烷酮-丙烯酰胺三嵌段共聚物（AM-VP-AM）；AMPS-VP-AM-AA四元共聚物 。6.磺化苯乙烯類共聚體系 ：磺化苯乙烯/馬來(lái)酸酐共聚物和磺化芳烴聚合物的混合體系；苯乙烯/AMPS共聚物（ST/AMPS）。 7.聚乙烯多胺類降失水劑體系：聚乙烯多胺（或亞胺）與磺化苯乙烯反應(yīng)的產(chǎn)物；聚胺低溫降失水劑。降失水劑降失水劑 二、降失水劑主要作用機(jī)理 1.1.減少濾餅滲透性，改善水泥濾餅減少濾餅滲透性，改善水泥濾餅 （1 改善水泥顆粒分布，阻塞濾餅空隙形成致密濾餅以降低失水。 （2 在濾餅和地層交界面形成一層非滲透性膜，

8、如水溶性聚合物降失水劑可通過高分子鏈吸附到水泥顆粒表面（離子型聚合物發(fā)生靜電吸附；非離子型通過氫鍵或誘導(dǎo)作用吸附在水化層上），使水泥顆粒相互發(fā)生橋接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，束縛更多的游離液，達(dá)到降失水的目的；線性高分子鏈的柔順性，還使濾餅具有高彈性和粘彈性，并在水泥漿體中形成結(jié)構(gòu)松散的膠凝聚集態(tài)穩(wěn)定地楔入濾餅，使濾餅更致密。2.2.增大液相粘度增大液相粘度 即增大向地層的濾失阻力來(lái)降低水泥漿失水，但?？扛叻肿泳酆衔飦?lái)提高粘度，抑制游離的流動(dòng)來(lái)減小濾失量不是最佳途徑，它會(huì)引起水泥漿流動(dòng)性變差。降失水劑降失水劑 三、海上常用降失水劑 系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-G34SCG

9、304S1.2640-1200.8-2.0纖維素類降失水劑，輕微增加水泥漿觸變性PC-G71SCG701S/711S1.8-1.925-1201.0-2.0用于PC-LET ，干混，降低水泥漿失水PC-G70LCG701L1.02-1.0440-1154.5-5.5中低溫降失水劑，水混PC-G71LCG71L/704L1.0-1.140-934.0-7.0預(yù)交聯(lián)型中低溫降失水劑PC-G72LCG729L1.0230-1203.5-7.0抗污染型中低溫降失水劑PC-G73LCG712L1.05-1.130-933.0-9.0防凍型中低溫降失水劑PC-G80LCG609L1.0830-1203.0

10、-8.0多功能降失水劑，降低水泥漿失水PC-G81LCG608L1.0520-1802.5-6.0抗鹽型多功能降失水劑，兼有分散作用降失水劑降失水劑 三、海上常用降失水劑 系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-G82L1.2820-1802.5-6.0抗鹽型多功能溫度普適性降失水劑PC-G50SCG350S2.530-901.5-2.5用于PC-HAD 體系，中低溫降失水劑PC-G51SCG750S1.550-1801.0-2.0用于PC-HAD 體系，中高溫降失水劑PC-GR5PCR168L1.140-1204.0-8.0用于PC-RUB 體系，中低溫降失水劑PC-GR

11、6PCR169L1.1100-1807.0-13.0用于PC-RUB 體系，中高溫降失水劑PC-GR1CR505L1.0230-1505.0-15.0用于PC-RUB 體系，溫度普適性降失水劑PC-GS1GASEAL12.530-701.5-3中低溫防氣竄劑，防止環(huán)空氣體運(yùn)移PC-GS2GASEAL22.560-1801.5-3中高溫防氣竄劑，防止環(huán)空氣體運(yùn)移緩凝劑緩凝劑 一、緩凝劑種類一、緩凝劑種類 1. 木質(zhì)素磺酸鹽及其衍生物： 此類緩凝劑主要用于122以下條件，其中起緩凝作用的是糖類。木質(zhì)素磺酸鹽衍生物主要包括鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽和改性木質(zhì)素磺酸鹽。 2. 羥基羧酸鹽： 主要包括蘋果酸、檸檬

12、酸、葡萄糖酸、葡萄糖二酸、葡庚糖酸、酒石酸及其鈉鉀鈣鹽。它們的羥基和羧基官能團(tuán)起良好的緩凝作用。 3. 糖類化合物： 如蔗糖、棉子糖。通過堿性水解，生成含有羥基的化合物（HO-C-C=O）或糖酸，強(qiáng)烈吸附在C-S-H凝膠上，阻止水泥水化的進(jìn)行。 4. 改性淀粉： 天然高分子材料，可在酸、氰化物等條件下水解為葡庚糖酸鹽。改性淀粉有顯著的緩凝效果，但對(duì)水泥強(qiáng)度有影響。 緩凝劑緩凝劑 一、緩凝劑種類一、緩凝劑種類 5. 纖維素衍生物： 纖維素是-葡萄糖甙基組成的高分子，處理后的衍生物可用為高溫抗鹽緩凝劑及降失水劑。主要包括CMC、HEC、CMHEC等。作用是吸附在水泥顆粒上，減慢水滲入水泥顆粒的速度

13、達(dá)到緩凝,但有增稠作用。 6. 有機(jī)磷酸及其鹽： 耐溫達(dá)204。對(duì)水泥組成細(xì)微變化不敏感，且有助于降低高密度水泥漿的粘度。作用機(jī)理是磷酸基吸附在水泥顆粒表面延緩水泥漿的水化。7. 無(wú)機(jī)化合物： 無(wú)機(jī)鹽和鹽，即硼酸、硼酸鹽、磷酸、磷酸鹽、氫氟酸、氫氟酸鹽、鉻酸、鉻酸鹽；氯化鈉，NaCl濃度大于20%（BWOC）時(shí)；氧化物，即氧化鋅和氧化鉛。ZnO的緩凝作用是由于Zn(OH)2的溶解度很小，具有很低的滲透率，沉積到水泥顆粒表面，從而延緩了水泥水化。不同無(wú)機(jī)物緩凝機(jī)理不同。緩凝劑緩凝劑 一、緩凝劑種類一、緩凝劑種類 8.合成高溫緩凝劑AMPS體系 a. AMPS/AA共聚物：在低于93范圍（加量為0

14、.50.8%），隨溫度升高水泥漿的稠化時(shí)間變化很??；在93120 范圍，稠化時(shí)間與溫度AMPS/AA加量是線性關(guān)系。與HEC降失水劑反應(yīng)，可形成觸變水泥。與羧酸緩凝劑配伍產(chǎn)生疊加作用，在140180 ，獲得合理的稠化時(shí)間和良好的水泥強(qiáng)度發(fā)展。與NaCl疊加，也可強(qiáng)化緩凝效果。與硼酸鹽復(fù)配可用于190 以上高溫。AMPS共聚物體系的緩凝機(jī)理與木質(zhì)素磺酸鹽相似，為絡(luò)合作用和成核機(jī)制的協(xié)同 作用機(jī)理。 b. AMPS-衣康酸共聚物：AMPS與衣康酸（甲叉基丁二酸）的摩爾比為73/27時(shí)有非常優(yōu)越的緩凝作用，上限溫度260。其緩凝作用是通過與鋁酸三鈣、硅酸三鈣的反應(yīng)而完成的。AMPS/衣康酸共聚物優(yōu)先

15、吸附于C3A上，阻礙了水分子的攻擊，減緩其水化速度。 緩凝劑緩凝劑 二、二、 緩凝劑的主要作用機(jī)理緩凝劑的主要作用機(jī)理目前對(duì)緩凝作用機(jī)理有四種基本理論：（1）吸附理論。緩凝劑通過吸附在水泥顆粒表面阻止水泥顆粒與水接觸，達(dá)到緩凝目的。（2）沉積理論。緩凝劑與液相中Ca2+或OH-離子反應(yīng)，在水泥顆粒表面形成不溶性非滲透層，延緩水泥水化。（3）晶核理論。緩凝劑吸附到水泥水化物的微晶核上，阻礙晶體增長(zhǎng)。（4）絡(luò)合理論。緩凝劑與液相中的Ca2+絡(luò)合以阻止晶核的形成。 緩凝劑對(duì)水泥漿的緩凝作用可包括以上四種機(jī)理，也可是其中的一種、兩種或三種。緩凝劑緩凝劑 二、二、 緩凝劑的主要作用機(jī)理緩凝劑的主要作用機(jī)

16、理緩凝劑的緩凝作用還可從其本身性質(zhì)、其與水泥相的作用來(lái)討論：（1）有機(jī)表面活性劑類緩凝劑可通過吸附、分散、潤(rùn)濕作用，在水泥水化初期，通過擴(kuò)散雙電層，分散水泥顆粒，并在水泥顆粒表面形成溶劑化膜，延緩水泥的水化反應(yīng)速度，起到緩凝的作用。（2）含有-OH、-C=O、-COO-、-SO3、-O-CH3等活性基團(tuán)的緩凝劑，可與水泥顆粒表面Ca2+形成難溶化合物，以延緩水泥水化。（3）具有適當(dāng)結(jié)構(gòu)及組成的陰離子或分子可通過氫鍵吸附到固體表面的O2-離子上，控制水泥顆粒的水化，推遲C-S-H、Ca(OH)2的成核、結(jié)晶，從而延緩水泥水化。（4）無(wú)機(jī)鹽緩凝劑則主要是通過電性作用改變水泥漿的電位，通過同離子效應(yīng)

17、、形成復(fù)鹽、絡(luò)鹽等來(lái)阻止水泥水化。緩凝劑緩凝劑 三、三、 海上常用緩凝劑海上常用緩凝劑系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-H20LCH21L1.1501201.0-3.0中低溫緩凝劑，與PC-G3/6系列降失水劑配套使用PC-H21L209/CH211L/2501.230-1200.1-2.0中低溫緩凝劑，與PC-G7系列降失水劑配套使用PC-H23LCH28/3011.293-1651.2-3.0PC-H24SCH204S1.9540-1000.05-1.2PC-H24LCH218L1.0335-930.3-2.0PC-H32LGH9L1.0560-1700.3-2.

18、5中高溫緩凝劑，與PC-G7/8系列降失水劑配套使用PC-H33LCH311L1.1105-1901.0-5.0PC-H34SCH314S1.25110-1700.5-1.8PC-H34L318L/HX-MH02L1.2110-1602-6減輕劑減輕劑 一、一、 減輕劑種類減輕劑種類（1）膨潤(rùn)土）膨潤(rùn)土 膨潤(rùn)土是現(xiàn)場(chǎng)常用的減輕材料，主要組分為蒙脫石。其摻量一般是2%20%（BWOC），每增加1%膨潤(rùn)土含量，需額外補(bǔ)充5.3%（BWOC）的水。對(duì)于指定水泥應(yīng)該進(jìn)行最佳需水量的試驗(yàn)，把失水和自由水降到最低。如果摻量在6%以上，就需加分散劑來(lái)改善流變參數(shù)和降低膠凝強(qiáng)度。（2）液體硅酸鈉）液體硅酸鈉

19、液體硅酸鈉也稱水玻璃或泡花堿，是硅酸鈉的40%水溶液。一般在配漿時(shí)先加到水中。若所設(shè)計(jì)的水泥漿體系中含有氯化鈣的話，必須在加入水玻璃之前加到水中，以獲得理想的填充效果，其它材料可相繼加入。其加量一般是17.853.3L/t。減輕劑減輕劑一、減輕劑種類一、減輕劑種類（3 3）硅藻土）硅藻土 硅藻土是由海水或淡水沉積下來(lái)的硅藻殘骸形成的硅質(zhì)生物沉積巖，它的主要成分是含10%水的不定形水合二氧化硅蛋白。將其研磨到接近水泥的細(xì)度，其比面積可以很大，是很好的吸水性填充劑。（4 4）粉煤灰）粉煤灰 粉煤灰是從以煤為燃料的發(fā)電廠鍋爐煙氣中收集的灰渣，一般呈不規(guī)則球狀熔融顆粒。其化學(xué)成分以Al2O3和 SiO

20、2為主。粉煤灰具有一定的活性，其活性取決于非晶態(tài)的玻璃體成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，而與結(jié)晶礦物無(wú)關(guān)。玻璃體含量越多，粉煤灰化學(xué)活性越高。粉煤灰密度一般為1.82.6g/cm3，顆粒直徑為0.5m300m。作為油井水泥填充劑，應(yīng)選用Al2O3和 SiO2含量高而燒失量較小，玻璃體和微珠含量較高而顆粒較細(xì)的粉煤灰為宜。減輕劑減輕劑 一、減輕劑種類一、減輕劑種類（5）微硅）微硅 微硅也稱硅石、超細(xì)硅粉或微硅石，是生產(chǎn)硅、硅鐵或其它硅合金的副產(chǎn)品硅石蒸汽冷凝物。每個(gè)顆粒都是不定形玻璃微珠，平均粒度0.10.2m之間，比面積特別大，在1500025000m/kg之間。具有很好的反應(yīng)活性，一般加量是15%28%（

21、BWOC）。（6）膨脹珍珠巖）膨脹珍珠巖由酸性玻璃質(zhì)熔巖（如珠光巖、松脂巖和黑曜石等）碾碎到一定大小，經(jīng)高溫焙燒至軟化狀態(tài)，其內(nèi)部的結(jié)合水變成高壓水汽，力圖外逸，而使粘稠的玻璃質(zhì)顆粒不斷膨脹，再迅速冷卻，即形成多孔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品膨脹珍珠巖。膨脹珍珠巖的密度是2.4g/cm3，容重為0.10.2kg/m3，空隙間可以吸存比自身質(zhì)量重五六倍的水分。為防珍珠巖漂浮，可摻2%4%的膨潤(rùn)土。加入量為2%4%（BWOC）可使水泥漿有1.71.20 kg/m3的密度范圍。一般水灰比控制在0.89以上，不得超過1.07。減輕劑減輕劑 一、減輕劑種類一、減輕劑種類（7）空心微珠）空心微珠空心微珠有空心玻璃微珠和尿醛

22、樹脂空心微珠兩類。其密度小于0.7g/cm3，用于超低密度高強(qiáng)水泥漿體系，解決易漏地層和地?zé)峋?、熱采井固井施工問題。1）空心玻璃微珠）空心玻璃微珠空心玻璃微珠主要化學(xué)成分為二氧化硅、氧化鋁。粒度50300目，直徑為45300m?？招奈⒅榫哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：易潤(rùn)濕、易混合、拌灰容易；可作為超低密度水泥漿減輕劑，其水泥石強(qiáng)度較高；該水泥體系（密度小于1.0）的動(dòng)切力較高、水泥石滲透率低；與其它水泥外加劑相容性好。減輕劑減輕劑 一、減輕劑種類一、減輕劑種類（7）空心微珠）空心微珠空心微珠降低水泥漿密度的原因是微珠內(nèi)封閉了一些氣體使微珠本身密度小，這些封閉的氣體在降低水泥漿密度中起了主要作用。空心微珠在大氣

23、壓力下平均密度為0.63g/cm3，有40MPa下密度為1g/cm3。此外，微珠較其它減輕材料的吸水性低，因此，可以適當(dāng)降低水灰比而有利于提高水泥石的抗壓強(qiáng)度。調(diào)整空心微珠的加量，所配制的水泥漿密度可變化在1.01.7g/cm3范圍。商品名稱CP61國(guó)產(chǎn)漂珠Spherelite(哈里伯頓產(chǎn)品)化學(xué)組分及含量%SiO2555955Al2O3353629Fe2O3355CaO1.53.61.5MgO0.84漂珠的特性粒徑，m4025040250壁厚（為粒徑的%）530密度，g/cm30.50.70.685視密度，g/cm30.3100.3950.370注：視密度與單個(gè)漂珠的密度不同，它表示一定質(zhì)量

24、漂珠放置在容器中所占單位體積的質(zhì)量減輕劑減輕劑 一、減輕劑種類一、減輕劑種類2 2）尿醛樹脂空心微珠）尿醛樹脂空心微珠尿醛樹脂空心微珠是前蘇聯(lián)以一種尿醛樹脂溶液加固化劑氯化銨在高度分散條件下而制成的。微珠的視密度很小，只有0.05g/cm3，因此加入少量微珠即可使水泥密度大幅度降低。尿醛微珠加量5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），水泥漿密度即由1.80g/cm3降到1.2g/cm3。這是因?yàn)槟蛉┛招奈⒅樽陨砻芏确浅５停诩尤肓?%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)使水泥體積增加三倍，同時(shí)配漿所需水灰比增加到0.84，所以使該體系在小微珠加量下，就可獲得低密度水泥漿。減輕劑減輕劑 二、作用機(jī)理二、作用機(jī)理減輕劑依據(jù)其作用原理不同可分

25、為三類：一類是膨潤(rùn)土類材料，其吸附能力強(qiáng)，造漿率高，即通過水泥漿高的水灰比來(lái)降低水泥漿的密度；第二類是低密度的材料，因其自身的密度比水泥輕，故加入水泥漿后可使水泥漿密度降低，如漂珠、玻璃微珠等；第三類是泡沫水泥，以向水泥漿中充氣或發(fā)氣的辦法，形成泡沫水泥使之形成超低密度。減輕劑減輕劑 三、海上常用減輕劑三、海上常用減輕劑系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-P50CP502.650-2600.5-3用于表層/技術(shù)套管，通常預(yù)水化使用PC-P61CP61/CP640.65-0.702000100用于PC-LET ，填充且提高水泥強(qiáng)度PC-P70LCP100L1.360120

26、1.0-10.0通常用于LAS，降低水泥漿密度控制自由水加重劑加重劑 一、加重劑種類一、加重劑種類（1）重晶石（BaSO4）重晶石為最常用的水泥加重材料。密度為4.34.6g/cm3。使用時(shí)要磨細(xì)，其粒度要求300目。粒度較細(xì)的重晶石粉在水泥漿中分散較好，對(duì)保持膠體安定性有利。其不利的一面是粒度太細(xì)，使水灰比增大，不但削弱了它對(duì)水泥漿加重的作用，同時(shí)又使水泥石強(qiáng)度下降。用重晶石配制的水泥漿密度可達(dá)到2.2g/cm3左右。重晶石雖然使使用較普遍，但從綜合性能來(lái)看不如鐵礦和赤鐵礦。（2）鈦鐵礦鈦鐵礦是經(jīng)機(jī)械加工研磨成適宜細(xì)度的黑色顆粒粉狀材料，其主要化學(xué)成分為TiO2Fe3O4。密度為4.45g/

27、cm3，粒度為200目左右?？墒顾酀{密度調(diào)整到2.4 g/cm3左右，對(duì)水泥漿的稠化時(shí)間和強(qiáng)度影響很小。加重劑加重劑 一、加重劑種類一、加重劑種類（3）赤鐵礦赤鐵礦是具有天然磁性的金屬光澤的暗紅色粉未，主要成分Fe2O3，密度5.05.3g/cm3以上，細(xì)度過40200目篩。對(duì)緩凝劑有吸附作用?？墒顾酀{密度加重到2.4g/cm3左右，與分散劑、降失水劑等復(fù)配應(yīng)用時(shí)，可使水泥漿密度提高到2.6g/cm3.（4）氧化錳加重材料此加重材料是錳鐵合金生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，含氧化錳96%98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），密度4.9g/cm3，與赤鐵礦相似。粒徑小于10um。比表面為3.0m2/g，10倍于水泥顆粒表面。

28、因此在水泥漿中懸浮性能好，漿體穩(wěn)定，可使水泥漿密度增加到2.5g/cm3。加重劑加重劑 二、常用加重劑二、常用加重劑系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-D10CD105.0-5.0520-30030-300赤鐵礦，應(yīng)干混，提高水泥漿密度PC-D20CD205.0-5.0520-30030-300赤鐵礦，應(yīng)干混，提高水泥漿密度PC-D30CD-X4.9-5.020-30030-300沖洗、隔離液專用的錳鐵礦粉固結(jié)增強(qiáng)劑固結(jié)增強(qiáng)劑 一、固結(jié)增強(qiáng)劑種類一、固結(jié)增強(qiáng)劑種類（1）微膨脹材料此類材料主要用于防止水泥石的收縮，有效封閉環(huán)空微隙，改善水泥環(huán)與套管、地層的界面膠結(jié)狀況。a

29、SEP型油井水泥膨脹劑。 此膨脹劑主要成分為活性CaO，Al2O3以及CaSO4或少量MgO等。摻有SEP型水泥膨脹劑的水泥在水化時(shí)，通過膨脹組分的反應(yīng)促進(jìn)鈣礬石的早期形成，并隨著水化進(jìn)程，鈣礬石晶體不斷長(zhǎng)大，使水泥漿硬化時(shí)體積膨脹。在井下有限空間和高壓條件下時(shí)，由于膨脹率為0.2%左右。其微小膨脹補(bǔ)償了水泥漿硬化過程中產(chǎn)生的體積收縮。同時(shí)，由于膨脹過程化學(xué)預(yù)應(yīng)力作用增強(qiáng)水泥環(huán)與套管、地層的界面膠結(jié)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明加入1%2%SEP型膨脹劑，可使界面膠結(jié)強(qiáng)度提高30%40%。固結(jié)增強(qiáng)劑固結(jié)增強(qiáng)劑 一、固結(jié)增強(qiáng)劑種類一、固結(jié)增強(qiáng)劑種類b. 硫鋁酸鹽與石膏體系。此膨脹體系由含有穩(wěn)定的硫鋁酸鈣的熟料和

30、石膏，經(jīng)分別磨細(xì)混拌而成，比表面積要求大于4600cm2/g。此類膨脹劑體系較少的加量就可達(dá)到良好的膨脹效果。c. 燃燒氧化鎂類。加有燃燒氧化鎂的水泥漿在水化過程中，其中的氧化鎂水化生成氫氧化鎂，體積大于初始體積，從而使水泥漿發(fā)生膨脹。氧化鎂必須經(jīng)過11001300煅燒，在288也有良好的膨脹性能，其加量為0.25%1.0%。d. 氧化鈣復(fù)合體系。以活性CaO粒子為核心，表面被Ca(OH)2或CaCO3（或兩者并存）的外殼所包裹而構(gòu)成。其中的CaO遇水迅速水化，體積增大，可達(dá)100%，從而達(dá)到膨脹的效果。e發(fā)氣類膨脹劑。此類材料利用某些化學(xué)反應(yīng)生成氣體（如氫氣、氮?dú)獾龋┑姆椒▉?lái)達(dá)到使水泥漿膨脹

31、的目的?？刂苹瘜W(xué)反應(yīng)速度就可以控制發(fā)氣量。例如鋁粉可以和水泥漿中的堿性材料Ca(OH)2反應(yīng)生成氫氣微小氣泡，使水泥漿充氣膨脹。固結(jié)增強(qiáng)劑固結(jié)增強(qiáng)劑 一、固結(jié)增強(qiáng)劑種類一、固結(jié)增強(qiáng)劑種類（2）水泥增強(qiáng)材料此類材料專門利用顆粒堆積原理來(lái)提高低密度水泥石的早期強(qiáng)度，如工程院的CRET低密度油井水泥增強(qiáng)材料。CRET是由多種活性的超細(xì)膠凝材料組成的。它是以線性堆積模型和固體懸浮模型為基礎(chǔ)，根據(jù)緊密堆積理論而優(yōu)化設(shè)計(jì)的。利用合理的物料顆粒級(jí)配以及改善物料的表面性質(zhì)，減少物料顆粒間的充填水和表面的潤(rùn)滑水提高單位體積水泥漿中固相，形成更加致密的水泥石；通過超細(xì)礦物材料之間的物理化學(xué)作用等手段，提高低密度水

32、泥漿的力學(xué)性能。它可與各級(jí)別油井水泥、漂珠等一起使用配制出密度為1.21.80g/cm3的高性能低密度水泥漿，水泥漿的性能可與正常密度水泥漿相媲美。在漂珠低密度水泥漿中摻入CRET，可顯著提高水泥漿的體積穩(wěn)定性和沉降穩(wěn)定性，減少游離液含量，降低水泥漿失水量，縮短過渡時(shí)間，提高水泥漿防竄能力，提高水泥石強(qiáng)度，形成穩(wěn)定均勻的水泥石。摻加CRET配制的高強(qiáng)度低密度水泥漿適合于低壓易漏井、長(zhǎng)封固段井、水平井、熱采井及常規(guī)生產(chǎn)井的固井作業(yè)。 固結(jié)增強(qiáng)劑固結(jié)增強(qiáng)劑 一、固結(jié)增強(qiáng)劑種類一、固結(jié)增強(qiáng)劑種類（3）防H2S 和CO2材料在封隔含H2S 和CO2的地層時(shí)，需要考慮水泥石的防腐蝕問題。防腐蝕外加劑主要

33、通過與H2S 或CO2反應(yīng)在水泥石表面生成一層致密的薄膜阻止水泥石進(jìn)一步被腐蝕。為適應(yīng)高溫高壓油氣田固井中的氣竄和水泥石的腐蝕問題，我公司與科研院所和外加劑生產(chǎn)廠合作開發(fā)了一些具有防竄防腐作用的外加劑，例如高效緩蝕劑CRC。CRC是一種含羥基羰基的高分子聚合物，與PCR168L（膠乳類）所配制的水泥漿具有良好的流變性和及其優(yōu)越的凝結(jié)性能。最適宜較深充氣地層高溫超壓井的固井及抗二氧化碳對(duì)水泥石的腐蝕作用。CRC高效緩蝕劑主要起抗二氧化碳侵蝕作用。PCR168L（膠乳類）本身就有抗二氧化碳侵蝕作用，與CRC緩蝕劑配伍后，更增加了水泥石的密度，使水泥石的粒子有一層高分子聚合物保護(hù)膜，大大的增加了水泥

34、石的使用壽命。固結(jié)增強(qiáng)劑固結(jié)增強(qiáng)劑 二、海上常用固結(jié)增強(qiáng)劑二、海上常用固結(jié)增強(qiáng)劑 系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-B10EXP-12.28-2.340-1100.5-1.0減少水泥石收縮，提高早期強(qiáng)度PC-B20CJ129S-C1.7830-1200.5-1.5微膨脹補(bǔ)償水泥石收縮，提高界面膠結(jié)強(qiáng)度PC-B401.8620-1300.2-1.0產(chǎn)生惰性氣體補(bǔ)償水泥漿失重，提高膠結(jié)強(qiáng)度PC-B50HSDA2.590-1800.5-1.5雙作用微膨脹劑，提高膠結(jié)強(qiáng)度PC-B60CB1000.9320-1800.1-0.3增加水泥石韌性，兼有堵漏功能PC-B80CRC1-

35、1.0540-1202.0-8.0防止CO2氣體對(duì)水泥石的腐蝕PC-BT1CRET12.8018010-100用于PC-LET 提高水泥石強(qiáng)度 ，不含降失水劑PC-BT2CRET22.8018010-100用于PC-LET 提高水泥石強(qiáng)度 ，兼有降失水功能穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑 一、穩(wěn)定劑種類一、穩(wěn)定劑種類（1 1）穩(wěn)定交聯(lián)劑）穩(wěn)定交聯(lián)劑此類穩(wěn)定劑一般是與特定外加劑配伍使用。比如此類穩(wěn)定劑一般是與特定外加劑配伍使用。比如CJ103SCJ103S，與，與PC-G6PC-G6系系列降失水劑配伍使用提高水泥漿的穩(wěn)定性。列降失水劑配伍使用提高水泥漿的穩(wěn)定性。CJ103SCJ103S是由多價(jià)金屬離子是由多價(jià)金屬離

36、子無(wú)機(jī)鹽及含氮化合物相配而成，利用多價(jià)離子使聚合物交聯(lián)，形成聚無(wú)機(jī)鹽及含氮化合物相配而成，利用多價(jià)離子使聚合物交聯(lián)，形成聚合物集鏈?zhǔn)氯喙滔酁V餅的空隙，達(dá)到減少濾餅滲透，降低失水合物集鏈?zhǔn)氯喙滔酁V餅的空隙，達(dá)到減少濾餅滲透，降低失水的目的。的目的。CJ129LCJ129L交聯(lián)劑是多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的混合物，與交聯(lián)劑是多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的混合物，與CG729LCG729L一起使用，具有降低失水量和減少自由水等功能，早期強(qiáng)度發(fā)一起使用，具有降低失水量和減少自由水等功能，早期強(qiáng)度發(fā)展快，防凍性能好。展快，防凍性能好。 穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑 一、穩(wěn)定劑種類一、穩(wěn)定劑種類（2）CT103L調(diào)節(jié)

37、劑此調(diào)節(jié)劑是專用于CG703L降失水劑水泥漿的外加劑，是以無(wú)機(jī)鹽為主體的混合液體。它通過提供氫離子，使CG703L降失水劑水泥漿的混合水呈弱酸性、抗膠凝、控制交聯(lián)，達(dá)到穩(wěn)定水泥漿體系的目的。（3）防沉降穩(wěn)定劑此穩(wěn)定劑主要是在特定的水泥漿體系中通過增強(qiáng)水泥漿的懸浮性而防止水泥漿沉降。一般能明顯改善水泥漿的流動(dòng)性。主要是由有機(jī)物、易水化天然礦粉、氣相二氧化硅等混合配制而成。如西石友聯(lián)的STAB系列，三元的CG600S等穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑 二、海上常用穩(wěn)定劑二、海上常用穩(wěn)定劑 系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-J10SCJ103S1.330-1200.05-0.3與PC-G6系列

38、降失水劑配套使用，提高水泥漿穩(wěn)定性PC-J12LCJ129S/L1.2530-1200.5-1.5與PC-G72降失水劑配套使用，提高水泥漿穩(wěn)定性PC-J12S1.0530-1200.5-1.5PC-J20LCS9081.220-1100.5-2.5與PC-G8系列降失水劑配套使用，提高水泥漿穩(wěn)定性PC-J45SSTAB-A2.520-1202-8用于PC-HAD 體系，在中低溫范圍提高水泥漿穩(wěn)定性PC-J46SSTAB-B2.580-2002-8用于PC-HAD 體系，在中高溫范圍提高水泥漿穩(wěn)定性PC-J50SCG600S1.22-1.2838-1300.3-1.0用于PC-RUB體系，提高

39、乳膠水泥漿體系的穩(wěn)定性抗高溫材料抗高溫材料 熱穩(wěn)定劑主要是石英砂，一般二氧化硅含量可達(dá)96%99%。分粗細(xì)兩種，通過70200目方孔篩者為硅砂，通過325目為硅粉。主要用于防止高溫條件下的水泥石強(qiáng)度衰退。研究表明，使用硅粉的最低溫度為110，在此溫度下，純水泥漿會(huì)發(fā)生強(qiáng)度衰退。井底靜止溫度在110204條件下，硅粉摻量一般為35%40%。對(duì)于蒸汽注入井或蒸汽采油井，硅粉摻量通常在60%以上。密度低于1.92g/cm3的水泥漿通常采用細(xì)硅粉；對(duì)于密度1.922.30g/cm3的高密度水泥漿最好采用粗硅粉；有時(shí)在特殊條件下，細(xì)硅粉和粗硅粉要聯(lián)合使用?？垢邷夭牧峡垢邷夭牧?海上常用抗高溫材料海上常用

40、抗高溫材料系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-C81C882.63110-35030-100細(xì)硅粉，提高水泥石在高溫條件下的溫度性PC-C82C982.63110-35030-100粗硅粉，提高水泥石在高溫條件下的溫度性消泡劑消泡劑 一、消泡劑種類一、消泡劑種類（1）醇類醇類包括醇、醚和酯，因其廉價(jià)而使用廣泛。一般在配漿前加入混和水中。甘油聚醚。甘油聚醚是由甘油和環(huán)氧丙烷共聚而成，其結(jié)構(gòu)式為C3H5(OH)3m(C3H6O)n。是一種無(wú)色或微黃色粘稠狀透明液體，難溶于水，能溶于苯和乙醇等。多用作鉆井液和水泥漿的消泡劑。斯盤80（SpaN-80）。其主要成分為山梨醇酐油酯

41、，是一種非離子型表面活性劑。通常為琥珀色粘性油狀液體，具有脂肪氣味，難溶于水，親油性強(qiáng)。主要用作油包水型鉆井液的乳化劑，也可作油井水泥漿的消泡劑。磷酸三丁酯。又稱磷酸正丁酯，是無(wú)色無(wú)臭的液體，微溶于水，能與多種有機(jī)溶劑混合。主要用作消化纖維素及醋酸纖維素的溶劑和抗泡劑等，可用作油井水泥漿的消泡劑。消泡劑消泡劑 一、消泡劑種類一、消泡劑種類（2）有機(jī)硅類有機(jī)硅是一類高效消泡劑，它與醇類所不同的是在水泥漿中起到破壞泡沫生成的作用。硅醚油。硅醚油是由二甲基二氯硅烷(CH3)2SiCl2水解成硅醇(CH3)2Si(OH)2，再經(jīng)縮聚而成的多甲基聚硅醚類縮聚物。硅醚油是無(wú)色透明，無(wú)毒無(wú)味，中性油狀液體。

42、凝固點(diǎn)低，化學(xué)穩(wěn)定，難溶于水。由于表面張力低，表面活性高，可作消泡劑，一般十萬(wàn)分之一的用量，即可保證使用效果。硅氧烷。硅氧烷是將研磨極細(xì)的硅粉，分散到聚二甲基硅氧烷或類似的硅氧烷中，而制成的懸浮體系。也可制成10%30%有效濃度的水包油體系的乳狀液。消泡劑消泡劑 二、消泡劑作用機(jī)理二、消泡劑作用機(jī)理 消泡劑的主要作用原理是在氣泡膜上形成像凸透鏡那樣的、有擴(kuò)張能力的單分子膜，把吸附在氣泡膜界面上的起泡分子推開，進(jìn)而破壞氣泡。抑泡劑是把氣泡消滅在起泡之前，目前作用機(jī)理不詳。消泡劑消泡劑 三、海上常用消泡劑三、海上常用消泡劑系統(tǒng)名稱曾用名稱密度g/cm3適用溫度加量范圍%備 注PC-X60LCX60

43、1L0.95-1.0001800.1-0.3抑泡劑，防止混合水產(chǎn)生大量泡沫PC-X61LCX603L0.95-0.9801800.05-0.2抑泡劑，防止混合水產(chǎn)生大量泡沫PC-X62LCX88L0.95-1.0001800.05-0.3消泡劑,防止和消除混合水、水泥漿產(chǎn)生的大量泡沫PC-X66LCX606L0.92-0.9801800.2消泡劑,防止和消除乳膠水泥漿產(chǎn)生的泡沫隔離液隔離液 隔離液主要用于隔離鉆井液和水泥漿，防止其相互接觸污染。同時(shí)還應(yīng)有懸浮固相顆粒，防止井塌，抑制井漏等多方面作用。隔離液在頂替中，有紊流頂替和塞流頂替兩種方式，不同的方式要求隔離液有不同的性能。（1）紊流隔離液

44、使用適宜于紊流頂替，它有較低的粘度和較低的紊流臨界返速。在較低的返速下實(shí)現(xiàn)紊流頂替，可相應(yīng)延長(zhǎng)紊流接觸時(shí)間，要求紊流接觸時(shí)間為10min，至少應(yīng)有7min。（2）粘性隔離液使用于塞流頂替，隔離液應(yīng)有一定的粘度和較大的切力。一般塑性粘度應(yīng)在40180mPas。動(dòng)切力0應(yīng)大于鉆井液10Pa 左右。塞流頂替臨界返速很低，由于“U”型管效應(yīng)等原因，一般較難控制。粘性隔離液由于有一定的粘度和較大的動(dòng)切力，對(duì)“U”型管效應(yīng)能有所控制，因而適于塞流頂替。隔離液隔離液 （3）隔離液的密度在較大的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，一般要求介于鉆井液和水泥漿之間。特別是在套管不居中的井眼內(nèi)，用粘性隔離液進(jìn)行塞流頂替時(shí)，使隔離液與鉆井液