《外加劑多媒體》PPT課件.ppt

1、油井水泥外加劑,德州石油鉆井研究所,主要內(nèi)容,一、油井水泥外加劑概述 二、油井水泥降失水劑 三、油井水泥分散劑 四、油井水泥緩凝劑 五、油井水泥促凝劑 六、油井水泥膨脹劑 七、油井水泥防氣竄劑 八、油井水泥減輕劑和加重劑 九、其它油井水泥外加劑 十、油井水泥前置液,固井工程已成為石油工程、化學(xué)工程、硅酸鹽科學(xué)、高分子科學(xué)、流變學(xué)等多學(xué)科互相滲透的綜合學(xué)科。 油井水泥外加劑已是固井中不可缺少的固井材料，已廣泛應(yīng)用于表層套管、技術(shù)套管和油層套管固井以及其它復(fù)雜井固井，其應(yīng)用已成為保護(hù)油氣層，防止環(huán)空氣竄，固井漏失，水泥石強(qiáng)度衰退和提高水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量等的重要手段。,一、油井水泥外加劑概述,國外： 美

2、國固井油井水泥外加劑用量約占油田化學(xué)劑的38%，油井水泥外加劑已是整個(gè)油田化學(xué)劑的重要組成部分。針對各種條件下固井作業(yè)的不同要求，都有相應(yīng)的產(chǎn)品可供選擇使用。合成聚合物材料是國外在開發(fā)新產(chǎn)品方面普遍首選的研究對象。國外石油界對油井水泥外加劑加大研究力度，從數(shù)十年固井實(shí)踐中已逐步形成了完整的油井水泥外加劑系列，并產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，目前大致可分為14大類數(shù)百個(gè)品種。,一、油井水泥外加劑概述,一、油井水泥外加劑概述,14大類它們主要是： （1）降失水劑：控制水泥漿中的濾液向地層濾失。 （2）緩凝劑：能延長水泥漿凝結(jié)時(shí)間。 （3）分散劑：能降低水泥漿的粘度。 （4）促凝劑：縮短水泥漿凝結(jié)時(shí)間，提高水泥

3、石早期強(qiáng)度。 （5）減輕劑：能降低水泥漿密度。 （6）加重劑：能增加水泥漿密度。 （7）膨脹劑：能使水泥漿凝固過程中或凝固后產(chǎn)生微膨脹。 （8）堵漏劑：控制水泥向弱膠結(jié)、孔洞性地層漏失的材料。 （9）增強(qiáng)劑：提高水泥石的抗震能力和抗折強(qiáng)度。 （10）特殊外加劑：膠乳體系或非膠乳體系防氣竄劑、 各種消泡劑、示蹤劑、鉆井液轉(zhuǎn)化水泥漿系列外加劑 以及泡沫水泥系列外加劑等。,一、油井水泥外加劑概述,國內(nèi)： 自“七五”以來，特別是進(jìn)入90年代，外加劑的研制、開發(fā)和應(yīng)用水平有了很大的發(fā)展，已基本滿足了國內(nèi)各油田現(xiàn)場固井要求，解決了固井中遇到的許多疑難復(fù)雜問題。但在外加劑的發(fā)展應(yīng)用方面，與國外相比尚有相當(dāng)差

4、距。近幾年來，外加劑發(fā)展勢頭良好，迄今已有11大類240余種產(chǎn)品，許多外加劑如降失水劑、緩凝劑、防氣竄劑等在國內(nèi)已逐步替代了引進(jìn)國外產(chǎn)品，為國家節(jié)省大量的外匯。在今后的外加劑發(fā)展，利用交聯(lián)、合成、接枝等一系列新技術(shù)，研制開發(fā)出經(jīng)濟(jì)實(shí)用、高水平的新型油井水泥外加劑，為解決固井中新的疑難復(fù)雜問題創(chuàng)造了良好條件。,二、油井水泥降失水劑,1、概況 降失水劑作用： （1）控制水泥漿失水； （2）減小水泥漿對儲(chǔ)層污染，有利于提高采收率； （3）能夠防止水泥漿在滲透性地層先期脫水，造成水泥漿稠度變高，甚至環(huán)空堵塞等事故； （4）能夠保證水灰比的穩(wěn)定性，提高泥漿頂替效率和固井質(zhì)量等。,二、油井水泥降失水劑,1

5、、概況,降失水劑主要有兩大類： 一類是聚合物型降失水劑。如丙烯酰胺乙烯基甲酰胺共聚物、丙烯酸等聚合物，若把相應(yīng)的表面活性劑與聚合物復(fù)合協(xié)同使用，將增強(qiáng)降失水劑的降失水效果，而且改善水泥漿流變性能，提高套管與井壁間的封固質(zhì)量。 一類是顆粒材料類降失水劑。它是由疏水有機(jī)粘土、表面活性劑、顆粒狀親水聚合物混合而成，親水聚合物如纖維素衍生物、聚丙烯酰胺等，這類降失水劑有助于改善水泥漿綜合性能，如有效地控制水泥漿流變性、失水、提高抗壓強(qiáng)度等功能。,二、油井水泥降失水劑,1、概況,國內(nèi)產(chǎn)品情況： 我國油井水泥降失水劑經(jīng)歷了仿制、自我研究和自我完善的過程，特別是自90年代以來，國內(nèi)油井水泥降失水劑的研究和應(yīng)

6、用呈現(xiàn)蓬勃生機(jī)。降失水劑的研制、開發(fā)及應(yīng)用水平有了很大提高，初成系列降失水劑產(chǎn)品，逐步取代了國外產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)生產(chǎn)油井水泥降失水劑的廠家有二十多家，生產(chǎn)了三十多個(gè)品牌的降失水劑。近年來，我國降失水劑正向非滲透防竄膠乳體系發(fā)展，如聚乙烯醇、丁苯膠乳聚合物等，通過利用部分交聯(lián)技術(shù)來控制水泥漿失水和防竄。,（1）物理充填堵塞作用 這類降失水劑是經(jīng)過超細(xì)研磨的顆粒性材料。用這種超細(xì)材料配制的水泥漿，在一定的壓差下，分散在水泥漿中的超細(xì)顆粒進(jìn)入濾餅微孔隙中，并堆集在水泥顆粒之間，形成了可降低滲透性的水泥濾餅，控制水泥漿中液體向滲透性地層漏失的速度，從而達(dá)到降低水泥漿失水的目的。這些材料主要有膨潤土、

7、微硅、瀝青、熱塑性樹脂以及乳化性聚合物如聚乙烯類產(chǎn)品、醋酸乙烯脂等。,二、油井水泥降失水劑,2、作用機(jī)理,二、油井水泥降失水劑,2、作用機(jī)理,（2）吸附和聚集作用 吸附和聚集雙重作用是水溶性聚合物材料控制失水的主要作用機(jī)理。水溶性聚合物微小顆粒或吸附在水泥顆粒表面，或通過相互交聯(lián)橋接作用形成膠結(jié)的網(wǎng)狀膠體聚集體，束縛更多的游離液，此水泥漿在一定的壓差下，于濾餅和地層交界面處形成薄薄的一層非滲透性、韌性的膜或是薄而致密的非滲透性濾餅，阻止水泥漿中的自由水向滲透性地層滲透，從而達(dá)到了控制水泥漿失水的目的。這種水溶性聚合物主要有纖維素衍生物；非離子聚合物；陰離子聚合物；陽離子聚合物；兩性聚合物等,二

8、、油井水泥降失水劑,2、作用機(jī)理,（3）提高液相粘度和降低濾餅滲透率 聚合物水溶液的粘度和聚合物濃度與其分子量大小有關(guān)。高分子聚合物能通過增大液相粘度來增大游離液向地層濾失的阻力，從而降低了水泥漿向滲透性地層失水。但如果單獨(dú)使用這種聚合物來控制失水，則會(huì)造成無法配制水泥漿或水泥漿流動(dòng)性變差，導(dǎo)致水泥漿增稠以至泵送困難，不利于現(xiàn)場施工。若與相應(yīng)的分散劑、緩凝劑等外加劑配伍使用，將取得良好的控制失水效果。,二、油井水泥降失水劑,3、降失水劑的類型及特點(diǎn),（1）、纖維素衍生物,羥乙基纖維素（HEC） 羥乙基纖維素是非離子型聚合物，取代度0.25-2.5。 羥丙基纖維素，取代度0.9-2.8，摩爾取代

9、度為1.0-6.0，若與高相對分子量的生物胍膠等復(fù)配使用，控制水泥漿失水的效果更好。 共同缺點(diǎn)：是有效的水相增粘劑，增大水泥漿稠度，導(dǎo)致水泥漿配制困難；當(dāng)溫度低于65時(shí)，是有效緩凝劑，注意低溫下水泥漿過度緩凝；當(dāng)溫度高于93時(shí)，其控制失水效果隨溫度上升而下降。,二、油井水泥降失水劑,3、降失水劑的類型及特點(diǎn),（1）、纖維素衍生物,改性羥乙基纖維素（HMHEC） HMHEC的羥乙基摩爾取代度為1.0-4.0，具有相對低或中等的相對分子質(zhì)量。與HEC相比，其緩凝作用得到抑制，有更好的降失水劑效果。與HEC混合使用，用于淺井和中深井固井。 羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC） CMHEC的羥乙基取代度在

10、0.1-0.7，摩爾取度控制在0.7-2.5，其性能優(yōu)于HEC，在低溫下無明顯緩凝作用，可用于淺井固井作業(yè)，適用于API各級水泥。若CMHEC與AA/AMPS或NNDMA/AMPS混合使用，具有較好的抗高溫、抗鹽性。,二、油井水泥降失水劑,3、降失水劑的類型及特點(diǎn),（2）、木質(zhì)素改性產(chǎn)物,磺化或磺甲基化木質(zhì)素是良好的油井水泥降失水劑，若將磺化或磺甲基化木質(zhì)素在堿性條件下與適量的甲醛、多胺（如乙烯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等）反應(yīng)所得的產(chǎn)物均可獲得良好的降失水效果，但不同胺基化程度對水泥漿稠化時(shí)間影響不同，胺基化程度越高，水泥漿稠化時(shí)間相應(yīng)縮短，因此在使用該類產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)注意進(jìn)行合理的控制該產(chǎn)品

11、胺基化程度和用量。,二、油井水泥降失水劑,3、降失水劑的類型及特點(diǎn),（3）、丙烯酰胺與丙烯酸共聚物（AM/AA）,丙烯酰胺丙烯酸鈉共聚物（AM/AA-Na） AM/AA-Na是最早用于降失水劑的合成聚合物，與天然高分子材料相比，它更有耐鹽性，可用于鹽水水泥漿體系，其熱穩(wěn)定性好，在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的降失水效果，并具有較好的水泥漿流變性能。 缺點(diǎn)：在高于60時(shí)，由于大分子鏈中酰胺基團(tuán)的水解而出現(xiàn)緩凝現(xiàn)象，影響水泥漿凝結(jié)，此問題可以通過調(diào)整共聚物中AM/AA-Na單體來加以解決。,二、油井水泥降失水劑,3、降失水劑的類型及特點(diǎn),（3）、丙烯酰胺與丙烯酸共聚物（AM/AA）,丙烯酰胺乙烯基咪唑

12、（VI）二元共聚物和丙烯酰胺AMPS咪唑三元共聚物 AM/VI和AM/AMPS/VI或者是二者的混合體系是非常有效的降失水劑，適應(yīng)溫度范圍寬，可用于各種復(fù)雜井固井作業(yè)，該體系與聚磺類或木質(zhì)素類分散劑具有良好的相溶性，并有助于降低水泥漿失水。,二、油井水泥降失水劑,3、降失水劑的類型及特點(diǎn),（3）、丙烯酰胺與丙烯酸共聚物（AM/AA）,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 各聚合物單獨(dú)使用，在淡水水泥漿中均具有良好的降失水效果，但在抗高溫和耐鹽性方面較差。若把它們按一定比例進(jìn)行混合，混合體系則具有抗高溫、抗鹽以及良好的水

13、泥漿綜合性能。,二、油井水泥降失水劑,3、降失水劑的類型及特點(diǎn),（3）、丙烯酰胺與丙烯酸共聚物（AM/AA）,乙烯基吡咯烷酮類共聚物 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、羥甲基羥乙基纖維素（CMHEC）、順丁烯二酸酐與N-乙烯吡咯烷酮共聚物、N-乙烯吡咯烷酮與苯乙烯磺酸鹽的共聚物等都是有效的降失水劑。 特點(diǎn)：具有耐鹽性、熱穩(wěn)定性、配伍性好、良好的水泥漿綜合性能、無明顯后緩凝和促凝現(xiàn)象等特點(diǎn)。,二、油井水泥降失水劑,3、降失水劑的類型及特點(diǎn),（3）、丙烯酰胺與丙烯酸共聚物（AM/AA）,磺化苯乙烯類共聚物體系 特點(diǎn)：抗鹽性、熱穩(wěn)定性好、配伍性好、能改善水泥漿綜合性能。 聚乙烯多胺類降失水劑體系 特點(diǎn)：具有

14、很好的抗高溫降失水性能，可用于177或更高的溫度。聚烯多胺包括聚乙烯多胺、聚丙烯多胺、聚乙烯亞胺、聚丙烯亞胺或者它們的混合物。可使水泥漿API失水控制在100ml/30min.6.9MPa以下，甚至50/30min.6.9MPa以下。,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,（1）、油井水泥降失水劑檢測標(biāo)準(zhǔn),二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,（2）、油田常用的油井水泥降失水劑,據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)生產(chǎn)廠家有二十多家，生產(chǎn)了三十多個(gè)品牌的降失水劑。 生產(chǎn)廠家主要有施工所（T-121、J-2B、G60S）；天津樂基公司（RC-800D、RC-800系列）；河南衛(wèi)輝公司（G30

15、1、G302、G305、G307）；西南石油學(xué)院（SZ-2）；成都栲膠廠（HS-2A）；德州石油鉆井研究所（DZJ（高溫）、DZK（抗鹽）、FSAM（非滲透）；勝利油田的富海公司等等；以及各大油田自已的助劑廠。,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,降失水劑對水泥漿性能的影響,降失水劑控制失水規(guī)律,降失水劑對稠化時(shí)間及初始稠度影響,降失水劑對水泥漿自由水影響,降失水劑對抗壓強(qiáng)度的影響,降失水劑抗鹽性能分析,降失水劑加量對失水的影響,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,降失水劑加量對失水的影響,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,降失水劑控制失水規(guī)律

16、的影響,靠降低水泥漿濾餅的滲透率來控制失水的降失水劑，如HS-2A等；在失水試驗(yàn)開始時(shí)，失水速率較大，在試驗(yàn)過程中，失水速率逐漸減小，失水速率與時(shí)間的關(guān)系曲線見右圖。此類降失水劑水泥漿濾餅較厚，而且API失水也較大。用API規(guī)范10推薦的公式API失水。,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,降失水劑控制失水規(guī)律的影響,通過聚合物交聯(lián)作用形成薄而有韌性的非滲透性膜或是薄而致密的非滲透性濾餅來控制水泥漿失水，在失水試驗(yàn)開始時(shí)，其瞬時(shí)失水速率大（前1min），隨后急劇下降，約1min后失水速率很小，見右圖。通過回歸計(jì)算，得出該類降失水劑的7.5分鐘失水量與30分鐘API失水量關(guān)系式如

17、下： Q30=21.912Q7.50.8065,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,降失水劑對稠化時(shí)間及初始稠度的影響,降失水劑一般由高分子聚合物、膠乳等組成，通常會(huì)增加水泥漿初始稠度，并具有一定的緩凝作用。不同的降失水劑對水泥漿初始稠度影響不同，對于濾餅型的如G301等降失水劑，其水泥漿初始稠度普遍偏高，一般不能單獨(dú)使用，若與相應(yīng)的分散劑、緩凝劑等配伍使用，則可獲得流變性能良好的水泥漿。,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,降失水劑對水泥漿自由水影響,水泥漿自由水是影響油氣井，特別是定向井、水平井固井質(zhì)量的重要因素之一。如果存在水泥漿自由水，自由水匯集形成微小

18、間隙造成固井環(huán)空竄流，甚至導(dǎo)致固井失敗。添加降失水劑是降低水泥漿自由水的措施之一，通過降失水劑增大液相粘度，增強(qiáng)水泥漿體系沉降穩(wěn)定性能，從而降低了水泥漿自由水析出。,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,降失水劑對抗壓強(qiáng)度的影響,不同類型的降失水劑對水泥強(qiáng)度的發(fā)展影響不大，但在低溫或低密度條件下，需與早強(qiáng)劑配伍使用，以提高水泥石早期強(qiáng)度的發(fā)展。,降失水劑抗鹽性能分析,鹽對摻有降失水劑的水泥石強(qiáng)度有影響，當(dāng)鹽加量小于10%左右時(shí)，隨加量的增加，水泥石強(qiáng)度增高；當(dāng)鹽加量大于10%左右時(shí)，隨加量的增加，水泥石強(qiáng)度降低 見右圖。,二、油井水泥降失水劑,4、降失水劑對水泥漿性能影響,降失水

19、劑抗鹽性能分析,對于以致密濾餅控制失水的降失水劑，如HS-2A等，當(dāng)氯化鈉加量小于10%時(shí)，有較好的抗鹽性能，其API失水小于250ml，當(dāng)鹽加量大于10%時(shí)，其抗鹽性變差，甚至使降失水劑失去降失水性能。對于以韌性薄膜控制失水的降失水劑來說，如G60S系列、氯化鈉鹽破壞了降失水劑薄膜的形成，使降失水劑失去了控制水泥漿失水的作用，API失水都在500ml以上，見右圖。,三、油井水泥分散劑,1、分散劑作用,分散劑作為油井水泥主要添加劑之一，其主要作用為 ： 、分散劑能夠改善和提高水泥漿的流變性能，實(shí)現(xiàn)在低流速、低泵壓下，提高水泥漿的可泵性及其頂替效率。 、分散劑能夠在不破壞水泥漿性能條件下，減少配

20、漿水用量，能配制出密度較高的水泥漿。 、適宜的分散劑能改善水泥漿體系中的固相顆粒分散程度，使水泥石更加均勻致密，提高水泥石強(qiáng)度和抗?jié)B能力，從而提高固井質(zhì)量。,三、油井水泥分散劑,2、水泥漿漿體結(jié)構(gòu),油井水泥漿是以水為連續(xù)相，以水泥顆粒為分散相的高濃度懸浮液體系，固相含量最高可達(dá)70%，同時(shí)具有膠體溶液性質(zhì)和懸浮液性質(zhì)。,在凈水泥漿中，水化產(chǎn)物C-S-H的水能作用使水泥顆粒表面帶有電荷： SiOH+OHSiO+H2O,分散劑加入水泥漿中，是為了分散水泥顆粒之間膠凝結(jié)構(gòu)，減小水泥漿剪切應(yīng)力，使水泥漿具有良好的流態(tài)。,三、油井水泥分散劑,3、分散劑作用機(jī)理,吸附形成擴(kuò)散雙電層 水泥水化過程使水泥顆粒

21、表面帶有電荷，分散劑在溶液里解離出帶電荷的離子，與水泥水化吸附層中的離子產(chǎn)生離子交換，如果交換離子的解離度大于吸附層上的離子時(shí)，則離子交換后從吸附層進(jìn)入擴(kuò)散層，使吸附層吸附的離子減少，減弱了水泥顆粒間的吸附力；而擴(kuò)散層離子增多，擴(kuò)散層變厚，電位也隨之提高，在擴(kuò)散雙電層作用下，顆粒間相互排斥，使水泥漿體系的絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)難以形成或被拆散，從而達(dá)到了分散目的，改善了水泥漿體的流動(dòng)性能。,三、油井水泥分散劑,3、分散劑作用機(jī)理,吸附分散和釋放游離液 水泥顆粒溶于水中，水泥顆粒表面帶有正電界或負(fù)電界，它們之間相互作用形成連續(xù)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低了水泥漿流動(dòng)性能。 分散劑顯著降低水泥漿溶液的表面張力，同時(shí)

22、分散劑在溶液中發(fā)生電離，離子基團(tuán)具有離子活性，定向吸附在水泥顆粒表面，離子吸附達(dá)到平衡后，離子間產(chǎn)生滯電相，相互排斥，使水泥顆粒不能或難以相互靠近，絮凝結(jié)構(gòu)不易形成或絮凝結(jié)構(gòu)被拆散解體并釋放出絮凝體內(nèi)的游離液，從而達(dá)到了分散作用的目的，改善了水泥漿體的流動(dòng)性。 非離子聚合物分散劑吸附在水泥顆粒表面，阻止了水泥顆粒相互靠近接觸或相互形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而分散了水泥顆粒，達(dá)到分散目的。,三、油井水泥分散劑,4、水泥漿流變性能分析,描述水泥漿流變模式有很多種，常用的有賓漢模式和冪律模式。賓漢模式以粘度p和屈服值0來表示特征變量，冪律模式以流型指數(shù)n和稠度系數(shù)K來表示特征變量。,賓漢模式結(jié)構(gòu)方程：,

23、0+p,0+p,三、油井水泥分散劑,4、水泥漿流變性能分析,冪律模式結(jié)構(gòu)方程： Kn,符號說明：,三、油井水泥分散劑,5、油井水泥分散劑種類及其性能,（1）磺酸鹽類分散劑,密胺磺酸鹽（PMS） 在油井水泥中應(yīng)用不多，主要在建筑業(yè)上應(yīng)用，使用溫度不超過85，若高于化學(xué)穩(wěn)定性變差。 聚萘磺酸鹽 是油井水泥中最常用的分散劑，如FDN等，這類產(chǎn)品是萘磺酸鹽和甲醛的縮合物即萘磺酸或聚萘磺酸鹽，其聚合度n值控制在710范圍，其支化度和相對分子質(zhì)量均為寬分布。常用量為0.5%1.5%，但在高含鹽的水泥漿體系，用量有時(shí)高達(dá)4%。,三、油井水泥分散劑,5、油井水泥分散劑種類及其性能,（1）磺酸鹽類分散劑,木質(zhì)素

24、磺酸鹽 是水泥漿良好的分散劑。其主要是由造紙工業(yè)廢液中制取的，化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成均不穩(wěn)定，并有緩凝、性能不穩(wěn)定等副作用，因此常用改性的辦法來提高其使用性能，如改性產(chǎn)品有磺烷基木質(zhì)素等。 聚萘乙烯磺酸鹽 聚萘乙烯磺酸鹽、聚丙烯酸鹽和一些共聚物（如磺化苯乙烯和茚的共聚物等）是優(yōu)良的分散劑，若與無機(jī)鹽類，如碳酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽等聯(lián)合使用，將獲得極好的水泥漿流變性能。,三、油井水泥分散劑,5、油井水泥分散劑種類及其性能,（2）甲醛和丙酮（或其它酮類）縮合物,縮合物分子結(jié)構(gòu)中含OH，CH3，C和SO3H基團(tuán)，使用溫度可達(dá)150，如SXY-2，DZS等。這類分散劑具有良好的吸附分散性能，水泥漿良好的流變性能

25、，高溫穩(wěn)定性能。,（3）低相對分子質(zhì)量的羥基聚多糖,水解淀粉、纖維素或半纖維素和它的非離子型聚合物，聚乙烯醇、聚氧乙烯和聚乙二醇等，均具有良好的分散性能，但它們也具有緩凝等到副作用。,（4）低分子化合物,如羥基羧酸等，具有很強(qiáng)的分散能力，強(qiáng)緩凝能力，最典型的是檸檬酸，它具有極好的抗鹽耐溫性能。,三、油井水泥分散劑,6、加有分散劑的水泥漿性能,（2）油井水泥分散劑檢測標(biāo)準(zhǔn),三、油井水泥分散劑,6、加有分散劑的水泥漿性能,（3）分散劑對水泥漿自由水的影響,分散劑在合適的加量下，一般不會(huì)增大水泥漿自由水的析出，但當(dāng)分散加量過大時(shí)，便產(chǎn)生副作用即使水泥漿出現(xiàn)大量自由水和沉淀分層現(xiàn)象。表現(xiàn)為水泥漿在容器

26、的上、下部形成密度梯度；上部可能出現(xiàn)自由水；或上部不出現(xiàn)自由水，而出現(xiàn)分層、沉淀現(xiàn)象。,四、油井水泥緩凝劑,1、概況,緩凝劑主要是用來調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間，保證水泥漿在固井施工中有足夠泵送時(shí)間，保障固井施工安全。 緩凝劑從其使用溫度范圍上講，可分為低、中、高溫緩凝劑。在國外，低溫至中溫緩凝劑主要是木質(zhì)素磺酸鹽類及其與硼酸復(fù)合物；中溫至高溫緩凝劑主要是檸檬酸鹽類等；高溫緩凝劑主要是有機(jī)膦酸鹽類等。在我國緩凝劑研究開發(fā)起步比較晚，七、八十年代，緩凝劑發(fā)展緩慢，進(jìn)入九十年代后，緩凝劑研制開發(fā)及其推廣應(yīng)用工作，取得了顯著成果。主要類型包括單寧衍生物、糖類化合物、羥基酸鹽、合成有機(jī)聚合物類等等。,四、油井水

27、泥緩凝劑,2、油井水泥緩凝劑的作用機(jī)理,（1）吸附理論 緩凝劑加入水泥漿中，緩凝劑分散吸附在水泥礦物顆?；蛩a(chǎn)物表面上，形成一種溶劑化膜，延緩了水泥礦物水化反應(yīng)速度，抑制水化產(chǎn)物晶核如C-S-H，Ca（OH）2等生成及增長，從而達(dá)到了延緩水泥水化的作用。這類緩凝劑主要有木質(zhì)素磺酸鹽類及其衍生物，羥基羧酸類，糖類化合物等。,（2）成核理論 緩凝劑吸附在水泥水化產(chǎn)物的微核上，阻礙它進(jìn)一步成長，從而達(dá)到緩凝目的。,四、油井水泥緩凝劑,2、油井水泥緩凝劑的作用機(jī)理,（3）、沉淀理論 緩凝劑在水泥漿溶液中本身也參與化學(xué)反應(yīng)，它本身含有磺酸基（-SO3）、羧基（-COO-）等活性基團(tuán)，與液相中的Ca2+

28、或-OH-離子發(fā)生反應(yīng)，形成難溶化合物，沉淀在水泥顆粒或水化產(chǎn)物的表面，形成非滲透沉淀層，延緩了水泥礦物的水化作用，推遲了C-S-H，Ca(OH)2等晶格的發(fā)展，從而達(dá)到緩凝劑緩凝的作用。,（4）、絡(luò)合理論 水泥漿中的Ca2+離子被緩凝劑中的分子螯合，阻止水泥水化產(chǎn)物核的形成。,四、油井水泥緩凝劑,3、緩凝劑的種類及作用,（1）木質(zhì)素磺酸鹽類,木質(zhì)素磺酸鹽是最常用的油井水泥緩凝劑，它是由紙漿廢液中提取的一種天然高分子物質(zhì)，未精制的木質(zhì)素磺酸鹽含有各種糖類化合物。精制后的木質(zhì)素磺酸鹽緩凝能力大大減弱，其緩凝作用常依靠低相對分子量的糖類，如戊糖、已糖和醛糖酸來實(shí)現(xiàn)。木質(zhì)素磺酸鹽使用加量一般為0.1

29、%1.5%，其使用溫度最好不要超過122，可單獨(dú)使用，也可和硼酸、硼砂、有機(jī)酸或密胺樹脂復(fù)合使用。如在體系內(nèi)加入硼酸鈉，可使用溫度擴(kuò)至200以上。,四、油井水泥緩凝劑,3、緩凝劑的種類及作用,（2）羥基羧酸類,羥基羧酸類緩凝劑如葡糖酸、葡庚酸、檸檬酸等，具有較強(qiáng)的緩凝作用和分散作用。緩凝作用主要是依靠分子中或羥基羧酸基團(tuán)（HOCCO2H，HOCCCO2H），這些基團(tuán)對陽離子如（Ca2+）有很強(qiáng)的螯合能力，形成高度穩(wěn)定的五元環(huán)或六元環(huán)結(jié)構(gòu)，部分吸附在水泥顆粒的表面“毒化”水化產(chǎn)物成核中心阻礙核的生長，達(dá)到抑制水泥水化的目的。,四、油井水泥緩凝劑,3、緩凝劑的種類及作用,（3）糖類化合物,糖類化合

30、物是油井水泥中優(yōu)異的緩凝劑，效果最好的是帶有五員環(huán)的蔗糖、棉子糖等。緩凝作用取決于其在堿性條件下水解的敏感度。糖轉(zhuǎn)化為含有羥羰基（HOCC=O）的葡萄糖酸，將強(qiáng)烈地吸附在CSH凝膠表面上，抑制了CSH晶核生成，從而抑制了水泥水化。,（4）纖維素衍生物,纖維素衍生物是木材或其它植物材料衍生的多聚糖化合物，在水泥漿堿性條件下具有一定的穩(wěn)定性。它的緩凝作用可能是，聚合物被吸附在水化水泥顆粒表面上，其活性物質(zhì)是環(huán)氧乙烷鏈和羧酸官能團(tuán)。,四、油井水泥緩凝劑,3、緩凝劑的種類及作用,（5）有機(jī)磷酸鹽,烷基磷酸（鹽）緩凝劑優(yōu)越性是水化穩(wěn)定性好，使用溫度可高達(dá)204，對水泥成分的微小變化不敏感，可降低高密度水

31、泥漿的粘度。緩凝作用機(jī)理可能是磷酸鹽基團(tuán)吸附在水泥顆粒的表面而阻止水泥水化。,（6）無機(jī)化合物,主要有以下幾類： 酸及它的鹽：硼、磷、氟化氫和鉻； 氯化鈉：當(dāng)濃度大于20%時(shí)起緩凝作用； 氧化物：鋅、鉛,四、油井水泥緩凝劑,3、緩凝劑的種類及作用,（7）合成高溫緩凝劑AMPS共聚物體系,AMPS共聚物系列是近年來新開發(fā)出的高溫緩凝劑，其具有性能穩(wěn)定、高效、使用溫度范圍寬，與其它外加劑相容性好，對水泥石強(qiáng)度發(fā)展無不利影響等優(yōu)良性能。主要有AMPSAA和AMPS衣康酸（或甲叉基丁二酸）共聚物，后者比前者具有更強(qiáng)的緩凝作用，這可能是由于丙烯酸是單羧酸而衣康酸是雙羧基酸的緣故。,四、油井水泥緩凝劑,4

32、、緩凝劑對水泥漿性能的影響,（1）緩凝劑檢測評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),注：初始稠度為1530min攪拌期間水泥漿稠度的最大值；稠化過渡時(shí)間為30100Bc所經(jīng)歷的稠化時(shí)間。,四、油井水泥緩凝劑,4、緩凝劑對水泥漿性能的影響,（2）緩凝劑加量對緩凝效果的影響,緩凝劑的緩凝效果受其加量和溫度的影響。在緩凝劑緩凝效果內(nèi)，隨緩凝劑加量的增大，其水泥漿稠化時(shí)間明顯地延長。一般來說，緩凝劑在較低加量時(shí)，與水泥漿稠化時(shí)間存在較好的線性關(guān)系，如G604、GH-1等；但當(dāng)緩凝劑加量較大時(shí)，水泥漿稠化時(shí)間與加量不再呈現(xiàn)線性關(guān)系，不利于水泥漿稠化時(shí)間的調(diào)節(jié)。,四、油井水泥緩凝劑,4、緩凝劑對水泥漿性能的影響,（3）溫度對緩凝劑緩凝

33、效果的影響,溫度是影響水泥漿稠化時(shí)間和凝結(jié)時(shí)間的重要因素之一。隨溫度的升高，水泥漿稠化時(shí)間明顯地縮短，同一水泥漿配方在相差30的稠化時(shí)間相差可達(dá)200min以上，不利于長封固段固井現(xiàn)場施工安全。因此，隨著溫度的不同，應(yīng)選擇不同類型的緩凝劑，以適用不同溫度對緩凝劑的要求。,（4）緩凝劑對水泥漿初始稠度的影響,與同條件下的原漿相比，緩凝劑能降低水泥漿的初始稠度，一般小于15Bc，有利于改善水泥漿的流動(dòng)性。,四、油井水泥緩凝劑,4、緩凝劑對水泥漿性能的影響,（5）緩凝劑對抗壓強(qiáng)度的影響,除因緩凝劑加量過大而造成水泥漿過度緩凝，影響水泥強(qiáng)度發(fā)展外，合理的緩凝劑摻量對水泥石強(qiáng)度發(fā)展無不利影響，由此可見，

34、緩凝劑對水泥漿僅僅起到緩凝作用，不影響水泥石后期強(qiáng)度的發(fā)展。,（6）緩凝劑對水泥漿自由水的影響,摻有緩凝劑的水泥漿自由水含量一般大于同條件下的原漿自由水含量，特別是具有較強(qiáng)分散作用的緩凝劑，其水泥漿自由水含量隨加量的增加而顯著增大，甚至高達(dá)10ml以上。,五、油井水泥促凝劑,1、無機(jī)鹽類促凝劑,促凝劑用以縮短水泥漿稠化時(shí)間，加速水泥凝結(jié)與硬化，或者用來緩解水泥漿因加入其它外加劑如分散劑、降失水劑等所引起的過緩凝作用。,氯化物是最常用的油井水泥促凝劑，其它無機(jī)鹽如碳酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、硫代硫酸鹽以及鈉、鉀、銨的氫氧化物也都是油井水泥促凝劑。這些促凝劑按陽離子或陰離子促凝強(qiáng)弱排列

35、出下列順序： Ca2+Mg2+Li+Na+H2O OH-CL-NO3-SO42-H2O,五、油井水泥促凝劑,1、無機(jī)鹽類促凝劑,氯化鈣其加量為2%-4%。 作用機(jī)理：從物理化學(xué)角度講，氯化鈣強(qiáng)烈地改變了水泥漿液相中的離子分布，加快了水泥水化速度；氯離子擴(kuò)散入水化硅酸鈣凝膠屏蔽層的速度大于鈣離子的速度，引起OH-向反擴(kuò)散來保持電平衡，形成了羥鈣石沉積使水化誘導(dǎo)期提前結(jié)束；也有認(rèn)為氯化鈣促進(jìn)了C3S水化是因?yàn)槁入x子比OH-小，進(jìn)入CSH凝膠層比較容易，這樣可以使膠粒內(nèi)部壓力很快升高，而使CSH凝膠表層早期破壞而加快了水化速度。 副作用：一是放熱高，易形成微環(huán)隙，導(dǎo)致層間竄流；一是滲透率大；一是抗硫

36、酸鹽侵蝕能力下降，不利于套管防腐蝕。,五、油井水泥促凝劑,1、無機(jī)鹽類促凝劑,氯化鈉加量低于10%時(shí)，可作為促凝劑使用，加量在18%以上時(shí)，作為緩凝劑使用，因此氯化鈉很少作為促凝劑使用。在近?；蚝Ｉ蠈?dǎo)管、技術(shù)套管固井施工作業(yè)時(shí)，常用海水配漿，取得了很好的效果。海水中氯化鈉的含量約25g/L，氯化鎂含量約1.5g/l。 硅酸鈉也能通常作為油井水泥促凝劑或促凝劑充填料，在水泥漿液相中硅酸鈉和鈣離子反應(yīng)生成水化硅酸鈣膠核，從而使水泥水化誘導(dǎo)期提前結(jié)束。,五、油井水泥促凝劑,2、有機(jī)類促凝劑,有機(jī)促凝劑主要有甲酸鈣、甲酰胺、草酸、三乙醇胺等，有機(jī)化合物與無機(jī)化合復(fù)配使用，將得到更好的促凝效果。 三乙醇

37、胺在鋁鹽中為促凝劑，能加速C3A的水化并在C3A-CaSO4體系中能加速鈣礬石的生成。但在硅酸鹽中使用C3S水化誘導(dǎo)期延長而表現(xiàn)出緩凝或先緩凝后促凝的作用，故一般不單獨(dú)使用，而是與其它外加劑配伍使用以緩解或消除由某些外加劑引起的過緩凝作用。三乙醇胺可明顯改善水泥石結(jié)構(gòu)并使之致密、滲透率降低、抗壓強(qiáng)度增高等特點(diǎn)。,六、油井水泥膨脹劑,1、概況,普通硅酸鹽油井水泥硬化后，產(chǎn)生“化學(xué)收縮”，收縮值可達(dá)4%以上?？赡軐?dǎo)致地層間串通，在水泥與套管或水泥與地層之間界面上出現(xiàn)較小的間隙，影響膠結(jié)質(zhì)量，并可能發(fā)生油氣水竄流。摻有膨脹劑的水泥水化產(chǎn)生輕度膨脹，堵塞環(huán)空微環(huán)隙，改善水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減小水泥石內(nèi)部滲

38、透率，提高水泥石兩界面的膠結(jié)質(zhì)量。 國外在五十年代已開始進(jìn)行膨脹劑的研制與開發(fā)，但發(fā)展緩慢，直到七十年代末才進(jìn)行廣泛開展膨脹劑的研究和應(yīng)用工作。我國膨脹劑研制與開發(fā)起步比較晚，目前，我國膨脹劑有十幾種，可分為兩種類型，一種是 “剛性”膨脹劑；一種是“發(fā)氣”膨脹劑。,2、油井水泥膨脹劑作用機(jī)理,（1）“剛性”膨脹劑作用機(jī)理,六、油井水泥膨脹劑,“剛性”膨脹劑主要以硫鋁酸鹽、氧化鈣、氧化鎂等堿金屬氧化物中的一種或幾種與其它一些原料復(fù)合而成，它們在水化過程中生成的Mg(OH)2、Ca(OH)2和鈣釩石（AFt），有較大的體積膨脹，其膨脹量分別為水化反應(yīng)前固體體積的2.19倍、1.98倍、2.29倍。

39、氧化鈣、氧化鎂水化初期形成凝膠狀的Ca(OH)2、Mg(OH)2晶體，隨即發(fā)生Ca(OH)2、Mg(OH)2重結(jié)晶，轉(zhuǎn)化為較大的結(jié)晶體，充填于水泥石基體孔隙內(nèi)產(chǎn)生膨脹力，由于Ca(OH)2、Mg(OH)2晶體比氧化鈣、氧化鎂占據(jù)更多的空間，鈣釩石是一種很微小的膨脹結(jié)晶體，在水泥膠粒間輻射狀成長。大量的鈣釩石、Ca(OH)2、Mg(OH)2結(jié)晶體在整個(gè)候凝段和凝固后都能保持穩(wěn)定的膨脹，并補(bǔ)償填充于水泥石的毛細(xì)孔或氣孔中，與纖維狀的硅酸鈣（C-S-H）凝膠微晶交織成網(wǎng)絡(luò)狀，使水泥石結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高了水泥石的強(qiáng)度和抗?jié)B等性能，改善了水泥環(huán)膠結(jié)性能。,2、油井水泥膨脹劑作用機(jī)理,（2）“發(fā)氣”膨

40、脹劑作用機(jī)理,六、油井水泥膨脹劑,“發(fā)氣”膨脹劑主要是以鋁粉為主，并與穩(wěn)泡劑等原料復(fù)合而成，精細(xì)粉碎的鋁粉，其外表涂有一層樹脂，以控制鋁粉在井下發(fā)氣和持續(xù)發(fā)氣時(shí)間。在井下溫度、壓力等因素的作用下，與水泥漿中堿金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成微小的氫氣氣泡，在穩(wěn)泡劑的作用下，形成相互獨(dú)立的氣泡，均勻分布在水泥漿體中，微小氣泡在水泥漿體的圈閉作用產(chǎn)生膨脹壓力，補(bǔ)償了水泥漿體積收縮和水泥漿“失重”的壓力損失，在宏觀上體現(xiàn)了水泥漿體總體積的膨脹，提高了水泥環(huán)與套管和井壁間的膠結(jié)質(zhì)量。 鋁粉在水泥漿中的化學(xué)反應(yīng)式： 2Al+Ca(OH)2+2H2O Ca(AlO2)2+3H2,3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（1

41、）油井水泥膨脹劑檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),六、油井水泥膨脹劑,油井水泥“剛性”膨脹劑檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（1）油井水泥膨脹劑檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),六、油井水泥膨脹劑,油井水泥“發(fā)氣”膨脹劑檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（2）膨脹劑的膨脹性能,六、油井水泥膨脹劑,“剛性”膨脹劑加量一般在2.0-4.0%之間，可使水泥石凈線性膨脹率在2.5%以上，隨著膨脹劑加量的增加，水泥線性膨脹率增大，當(dāng)膨脹劑加到一定程度時(shí)，其膨脹的趨勢趨向于平緩， 見右圖。,3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（2）膨脹劑的膨脹性能,六、油井水泥膨脹劑,“發(fā)氣”膨脹劑QJ-625、KQ-A等一般加量在0.10.8%之間，可使水泥

42、石體積膨脹率大于25%，甚至可達(dá)50%以上，見右圖。在常壓下，隨“發(fā)氣”膨脹劑加量的增加，其膨脹率明顯增大。由于鋁粉作用，“發(fā)氣”膨脹劑水泥漿受井 下溫度、壓力等因素的影響很大。研究表明，鋁粉在常壓下27時(shí)，體積膨脹率可達(dá)56.51%，但在21MPa 壓力下，其體積膨脹率實(shí)際為2.64%。,3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（3）時(shí)間對膨脹率的影響,六、油井水泥膨脹劑,“剛性”膨脹劑水泥漿在初凝之前，其水泥漿體積呈先膨脹后收縮的趨勢，但在初凝至終凝之間，水泥凝固過渡階段處于收縮狀態(tài)，原漿收縮比加有膨脹劑的水泥漿收縮要大的多，見右圖。,3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（3）時(shí)間對膨脹率的影響,六、油井

43、水泥膨脹劑,“發(fā)氣”膨脹劑水泥漿中鋁粉一旦開始反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氣體，在常壓下，水泥漿體積迅速膨脹，隨著時(shí)間的延長，水泥漿膨脹率趨向平緩，見右圖。,3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（4）膨脹劑對抗壓強(qiáng)度的影響,六、油井水泥膨脹劑,“剛性”膨脹劑PZJ、SEP-2等能大幅度提高水泥石的抗壓強(qiáng)度，常壓75、24小時(shí)強(qiáng)度大于21MPa，與同條件下的原漿相比，其強(qiáng)度值可提高15%以上，甚至高達(dá)50%。 “發(fā)氣”膨脹劑QJ-625、KQ-A等在合適的加量范圍內(nèi)，可提高水泥石強(qiáng)度，但隨著加量的增大，其水泥強(qiáng)度降低，這是由于膨脹劑加量過大，在水泥漿體內(nèi)產(chǎn)生的氣體增多，破壞了水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響了水泥石強(qiáng)度發(fā)展，

44、導(dǎo)致水泥石抗壓強(qiáng)度降低。,3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（5）膨脹劑對水泥漿初始稠度及自由水的影響,六、油井水泥膨脹劑,“剛性”膨脹劑和“發(fā)氣”膨脹劑對水泥漿略有增稠現(xiàn)象，其水泥漿流動(dòng)度也相應(yīng)的減小，但初始稠度可控制在20Bc以內(nèi)。水泥漿配方中很少單獨(dú)使用膨脹劑，通常與降失水劑、分散劑等外加劑配伍聯(lián)合使用，其具有綜合性能優(yōu)越的水泥漿體系。 膨脹劑是控制水泥漿自由水含量的有效途徑之一，有助于改善水泥漿體的沉降穩(wěn)定性能，在水平井和大斜度井有著廣泛的應(yīng)用前景。,3、膨脹劑對水泥漿性能的影響,（6）“發(fā)氣”膨脹劑對發(fā)氣時(shí)間的影響,六、油井水泥膨脹劑,發(fā)氣時(shí)間是檢測“發(fā)氣”膨脹劑重要性能指標(biāo)之一，發(fā)氣時(shí)

45、間分初始發(fā)氣時(shí)間和持續(xù)發(fā)氣時(shí)間兩個(gè)階段。初始發(fā)氣時(shí)間；持續(xù)發(fā)氣時(shí)間，即水泥漿開始發(fā)氣到發(fā)氣反應(yīng)結(jié)束的時(shí)間間隔。 “發(fā)氣”膨脹劑QJ-625、ZG-3、KQ-A等開始發(fā)氣的溫度一般在5762間，并且隨著加量的增加，其初始發(fā)氣時(shí)間縮短，而持續(xù)發(fā)氣時(shí)間延長。由此可見，溫度和膨脹劑的加量都直接影響著發(fā)氣時(shí)間的長短。,1、概況,七、油井水泥防氣竄劑,我國防氣竄劑經(jīng)過二十幾年的研究開發(fā)，形成了兩種防氣竄劑體系，即非滲透防氣竄劑和發(fā)氣式防氣竄劑，發(fā)氣式防氣竄劑QJ-625、ZG-3、KQ-A系列，同時(shí)也是“發(fā)氣”膨脹劑；非滲透劑J-2B系列、G60S系列、DZJ-1、FSAM和DBIC等既是防氣竄劑，同時(shí)也

46、是良好的降失水劑，其降失水性能與成膜型降失水劑降失水性能相相似，這里重點(diǎn)分析非滲透劑的防氣竄特性。,2、防氣竄性能分析,七、油井水泥防氣竄劑,（1）非滲透防氣竄劑靜膠凝強(qiáng)度分析,SGS值在48240Pa間為井下氣竄危險(xiǎn)期，危險(xiǎn)期愈短，發(fā)生氣竄的機(jī)率就越小。超聲波水泥靜膠凝強(qiáng)度分析儀對防氣竄劑進(jìn)行靜膠凝強(qiáng)度檢測，典型的實(shí)驗(yàn)曲線見右圖。由圖可看出，在非滲透防氣竄劑合適加量時(shí)，其水泥漿靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展較快，48Pa至240Pa的過渡時(shí)間較短（小于15min），因此，防氣竄劑在合適加量時(shí)具有較好的防氣竄性能。,2、防氣竄性能分析,七、油井水泥防氣竄劑,（2）防氣竄劑水泥漿性能系數(shù)分析,國內(nèi)外研究表明，水

47、泥漿失水愈小，水泥漿由液態(tài)向固態(tài)過渡期愈短，水泥漿防氣竄能力愈強(qiáng)。為此，可用水泥漿性能系數(shù)（SPN）來評價(jià)非滲透水泥漿體系防氣竄能力。 SPN計(jì)算公式為： SPN值越小，防氣竄能力越強(qiáng)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是，SPN值為13時(shí)，防氣竄能力好；SPN值為36時(shí)，防氣竄能力中等；SPN值大于6時(shí)，防氣竄性能差。,1、減輕劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,減輕劑依其作用原理分三類：一類是膨潤土類，通過水泥漿高的水灰比來降低水泥漿密度；一類是一些低密度的材料，因其自身密度比水泥輕故加入水泥漿之后可以使水泥漿密度降低，如漂珠等；一類是泡沫水泥，以向水泥漿中充氣或化學(xué)發(fā)氣的辦法，形成泡沫水泥使之形成超低密度。,（1）粘

48、土,密度為2.6-2.7g/cm3。蒙脫石含量在85%以上。蒙脫石因其結(jié)構(gòu)上是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體組成規(guī)則層狀結(jié)構(gòu)，而且極強(qiáng)的吸水性能，在水中體積可膨脹十幾倍。其造漿率很高，使水泥含水容量增大，并由此使水泥漿密度降低。副作用：如抗壓強(qiáng)度下降，滲透率增大，抗腐蝕性能降低等。,1、減輕劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（2）硅藻土,硅酸鈉在水泥中反應(yīng)形成硅酸鈣凝膠，此膠體具有相當(dāng)大的粘度，從而提高了加水量而不增加水泥漿的游離水，因此，通過提高水灰比而降低水泥漿的密度。硅酸鈉常用量為0.2%-3%，可以使水泥漿密度降低至1.70-1.37g/cm3，且析水量小。缺點(diǎn)：水泥石后期強(qiáng)度較低

49、，滲透率高，適應(yīng)中低溫，在高溫下漿體穩(wěn)定性變差。,（3）硅酸鈉,硅藻土是由海水或淡水中沉淀下來的硅藻殘骸所組成，其主要成分是含10%的水的不定形水合二氧化硅蛋白。該材料比表面積大，耗水量也大。其水泥漿的性能與膨潤土水泥漿性能相似。由于它的火山灰的活性，硅藻土凝固水泥強(qiáng)度要比膨潤凝固水泥強(qiáng)度高，主要缺點(diǎn)是成本較高。,1、減輕劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（4）硬瀝青,粉煤灰密度2.1g/cm3，是火電站煤粉燃過的灰盡，主要由含二氧化硅的微細(xì)玻璃體組成。其成分：SiO242.3%，AL2O323.2%，F(xiàn)e2O314.7%，MgO0.96%，CaO2 .8%，其它K，Na，S氧化物及雜質(zhì)約為16

50、%。粉煤灰粒度約1-50m，有較高的比表面和反應(yīng)活性。用粉煤灰配制水泥漿密度至1.6-1.7g/cm3，具有優(yōu)秀的抗腐蝕能力，其水泥石抗壓強(qiáng)度也明顯高于膨潤土水泥體系。,（5）粉煤灰,瀝青密度0.9-1.1g/cm3。可配制出低密度、高強(qiáng)度的水泥漿體系。硬瀝青常與高保水材料復(fù)合使用，加量2.5%-50%，可使密度降低至1.70-1.37g/cm3，當(dāng)加量較高時(shí)，拌灰困難，故常與膨潤土等復(fù)合使用，適應(yīng)溫度為150以下。,1、減輕劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（6）微珠,空心玻璃微珠,主要化學(xué)成分為SiO2（60-65%）、AL2O3（27-33%）和鈉、鉀氧化物（0.5-4%）。密度為0.7g

51、/cm3，視密度0.4g/cm3，粒度為50-300目，直徑為45-300m，其中150-300m占20%左右，75-150m占50%左右；45-75m占25%左右，45m以下占5%左右。 空心玻璃微珠是惰性材料，對水泥漿稠化時(shí)間及其性能無不利影響，具有本身密度小、吸水性弱、水灰比較低、水泥石強(qiáng)度高等特點(diǎn)。溫度高于110的高溫低密度體系，應(yīng)該在微珠水泥體系中添加硅粉或微硅以提高水泥的抗高溫性能。 空心玻璃微珠用于配制超低密度、高強(qiáng)度水泥漿體系已在美國、中東、俄羅斯等廣泛應(yīng)用。,1、減輕劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（6）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

52、劑氯化胺在高度分散條件下制成的。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%，水泥漿密度即由1.8g/cm3降至1.2g/cm3。這是因?yàn)槟蛉┛招奈⒅樽陨砻芏确浅５?，在加?%時(shí)能使水泥體積增大三倍，同時(shí)配漿所在地需水灰比增加至0.84，所以使該體系在較小微珠加量下，就可獲得低密度水泥漿。在壓力條件下，尿醛微珠內(nèi)氣體被壓縮可使水泥強(qiáng)度增大，滲透率下降，同時(shí)由于微珠在外力下可形變，所以水泥石彈性好。此體系可用于淺井和中深井固井。,1、減輕劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（7）氮?dú)?泡沫水泥漿是利用氮?dú)庾鳛槊芏冉档蛣┲苯踊烊胨酀{而配制的一種低密

53、度水泥漿體系，或者是利用化學(xué)方法在水泥漿中產(chǎn)生氮?dú)庖越档退酀{密度。利用氮?dú)饪膳渲瞥雒芏葹?.72g/cm3的致密水泥漿體系。 特點(diǎn)： 泡沫水泥具有相當(dāng)高的抗壓強(qiáng)度；對水敏性地層傷害?。豢蓽p小環(huán)空氣竄的危險(xiǎn)；減小水泥漿漏失；對水泥漿的性能影響??；易通過改變充氣量來調(diào)節(jié)水泥漿密度；水泥漿對地層污染小，提高油井產(chǎn)油能力。,2、加重劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（1）加重劑滿足條件,材料的顆粒粒度分布要與水泥相容。顆粒粒度太大容易從水泥漿中沉淀出來，太小又易增加水泥漿粘度。 用水量要小。 在水泥水化的過程中呈惰性，與其它添加劑有很好的相容性。,2、加重劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（2）重晶石（

54、BaSO4）,重晶石密度為4.34.6 g/cm3，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，削弱了它對水泥漿加重的作用，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2.2 g/cm3左右，重晶石雖然使用較為普遍，但從其綜合性能來看不如鈦鐵礦和赤鐵礦。,2、加重劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（3）鈦鐵礦（FeTiO3）,鈦鐵礦是黑色顆粒材料，密度為4.45 g/cm3，粒度為200目左右，鈦鐵礦的粒度不可過粗以免水泥漿膠體安定性變差。鈦鐵礦能使水泥漿密度調(diào)到2.4g/cm3，對稠化時(shí)間和抗壓強(qiáng)度均無影響。,（4）

55、赤鐵礦,赤鐵礦為具有金屬光澤的黑色粉末，有天然磁性。密度為5.0-5.3 g/cm3，細(xì)度為200目左右。赤鐵礦自身密度大，可使水泥漿密度升高到2.4 g/cm3左右，制備超高密度水泥漿。當(dāng)與分散劑、降失水劑等復(fù)合使用時(shí)，可使水泥漿密度提高2.6 g/cm3。,2、加重劑,八、油井水泥減輕劑和膨脹劑,（5）氧化錳加材料,氧化錳是錳鐵合金生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，含氧化錳96%-98%，密度為4.9 g/cm3，與赤鐵礦相似。粒徑小于10m，粒徑分布為0.1-10m，大部分粒子的粒徑集中在0.5-1.0m范圍。比表面為3.0m2/g，10倍于水泥顆粒表面。因此在水泥漿中懸浮性能好，漿體穩(wěn)定。水泥漿密度可調(diào)

56、整到2.5 g/cm3，此體系的水泥漿綜合性能良好。,1、堵漏劑,九、其它外加劑,（1）堵漏材料,這些材料化學(xué)性質(zhì)呈惰性，如硬瀝青和顆粒煤，是優(yōu)良的堵漏材料，其它顆粒材料如磨碎的核桃殼或山核桃、粗粒般土、玉米芯子、騫璐玢片，膨潤土，膠乳，石膏、某些可溶性硫酸鹽、膨潤土以及一些聚合物。,（2）觸變性水泥,當(dāng)堵漏材料對大孔洞或溶洞無效時(shí)，觸變性水泥往往奏效，水泥漿進(jìn)入地層后，由于不再受剪切的作用，形成自身支承的凝膠，從而起到堵塞漏失層的目的。,2、消泡劑,九、其它外加劑,消泡劑能夠改變表面張力或改變固相的分散能力，破壞泡沫的生成，故而起到消泡的作用。常有用的消泡劑主要有聚乙二醇、硅氧烷和磷酸三丁酯，一般只需加很量就能有效抑制泡沫的生成，加量為0.1%。,3、增強(qiáng)劑,纖維材料加量在0.15-0.5%（BWOC）時(shí)，可增強(qiáng)水