国内外高温水泥降失水剂的研究进展

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1、国内外高温水泥降失水剂的研究进展国内外高温水泥降失水剂的研究进展杨勇摘要：:综述了国内外油井水泥降失水剂的研究进展，主要包括胶乳、水溶性改性天然高分子产物和水溶性合成高分子降失水剂。胶乳方面主要介绍了丁苯胶乳体系研究成果；改性天然高分子产物方面主要介绍了纤维素等材料的化学改性研究成果；合成高分子方面分别介绍了非离子型、阴离子型和阳离子型共聚物研究成果。通过分析国内外降失水剂研究发展现状，探讨了国内今后的发展方向。关键词：油井水泥，降失水剂，胶乳，改性天然产物，合成高分子降失水剂是高温深井固井中的一种中重要的油井水泥外加剂，

2、目前国外公司已开发了成熟的降失水剂系列产品，并且不断有新的研究成果。国内也开发了多种类型的降失水剂，但尚缺少应用温度范围广、性能稳定的高温降失水剂。本文综述了国内外十余年来降失水剂的研究进展情况，探讨了国内高温降失水剂的发展方向。1降失水剂的作用机理关于降失水剂的作用机理，目前主要有以下两种理论：（1）改善水泥滤饼的结构，形成致密、渗透率低的滤饼，减少水泥滤饼的渗透性，从而降低失水。超细颗粒材料能够嵌入水泥颗粒之间，阻塞滤饼空隙，使滤饼结构致密。水溶性高分子及一些有机物通过吸附基团和水化基团能在水泥颗粒表面形成“水泥颗粒—

3、线性高分子或有机物—水分子吸附层”这一结构，阻塞水泥内部空隙，束缚住大量自由水。（2）常用的水溶性高分子类降失水剂还可增大水泥浆液相粘度，增加液相向地层滤失的阻力，降低水泥浆失水。根据这些理论，可作油井水泥降失水剂的只有两种物质：固体颗粒材料和水溶性高分子聚合物。2固体颗粒材料许多颗粒材料如膨润土、沥青、硅灰、热塑性树脂、胶乳等，有较好的降滤失性能，这里主要研究适合于高温固井应用的固体材料——胶乳。胶乳具有良好的降滤失和防气窜性能，在国外应用较广，目前在国内的应用也越来越多。胶乳是粒径为0.05～0.5μm的微小聚合物粒子

4、在水相中的乳液，多数胶乳体系含有50%左右的固相。早期应用于油井水泥的胶乳是聚偏二氯乙烯、聚醋酸乙烯酯体系，效果较好，但限于50℃以下使用。目前国内外研究、应用较多的胶乳产品是丁苯胶乳，其耐温性能好，可用于高温深井固井。合成丁苯胶乳共聚物的单体中除了苯乙烯、丁二烯外,通常还有少量第三共聚单体。为防止胶乳在水泥浆中絮凝，通常需要加入胶乳稳定剂，主要是各种表面活性剂。丁苯胶乳必须借助于稳定剂才可以在高温下使用。为提高丁苯胶乳自身的耐温性能，通过提高丁苯胶乳中苯乙烯的含量，并加入少量第三功能单体，使丁苯胶乳在不加入稳定剂的条件下

5、，在193℃的水泥浆中保持性能稳定。国内近年来也从胶乳的作用机理、研制、开发及应用等方面加大了丁苯胶乳水泥浆体系的研究。据报道，由于丁苯胶乳作为降失水剂的优越性，可深入探讨固井施工中需解决的问题与胶乳粒子设计的内在关联参数，及胶乳粒子的结构形态，从而预测固井用丁苯胶乳的市场应用前景。室内研究结果为：丁苯胶乳掺量5%～13%，适用温度52～140℃，滤失量小于100mL，流变、稠化、强度达到施工要求。高温条件下，丁苯胶乳掺量10%以上时可较好地控制水泥浆失水，配合降失水剂可将失水量控制在50mL以下，胶乳对水泥浆流变性能影响

6、不大，可改善水泥石的力学性能。DHL丁苯胶乳高温防窜水泥浆具有抗高温（循环温度达170℃）、低滤失（可控制在50mL以下）、直角胶凝、防油气水窜和流变性能良好等特点，胶乳掺量5%～20%，该体系已在大庆油田卫25井、升深7井和达深1井应用，效果良好。BCT2800L丁苯胶乳以及配套的稳定剂、降失水剂、分散剂、消泡剂等，使用温度达150℃以上，胶乳掺量5%～20%，滤失量可控制在50mL以下，该水泥浆体系已在大港、渤海、吉林等油田的侧钻井、分支井、深层气井固井20余井次，效果良好。3水溶性天然改性高分子产物水溶性天然高分子产

7、物来源丰富，价格低廉，易生物降解，符合环保要求，在石油工业中有着广泛的用途。常用的水溶性天然产物有纤维素、木质素、褐煤、单宁等。3.1纤维素类纤维素类产品主要是指纤维素分子链中的羟基与有机化合物发生酯化或醚化反应的产物，包括纤维素醚类、纤维素酯类及酯醚混合衍生类，其中纤维素醚是最主要的品种。可用作降失水剂的纤维素醚有CMC（羧甲基纤维素）、HEC（羟乙基纤维素）、CMHEC（羧甲基羟乙基纤维素）等。CMC价格较低，货源广泛，但容易使水泥浆发生絮凝，且缓凝性强，现已很少使用。HEC价格较高，综合性能较好，有一定应用范围。CM

8、HEC在国外使用较多，国内很少生产，未见应用报道。纤维素醚降失水剂共同的缺点是水溶性差、黏度高、会延迟水泥强度发展。此外，由于分子环状链单元中醚键在高温下的氧化分解，纤维素醚单独使用温度一般不超过110℃。为拓宽其应用温度，一般与其他降失水剂复配使用。通过对纤维素醚进行接枝共聚改性，可以在纤维素醚固有优