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1、油井水泥外加剂及水泥浆体系油井水泥外加剂及作用机理常用的十大水泥浆体系选择水泥外加剂和设计水泥浆体系应注意的几个问题May.2004油井水泥外加剂及作用机理1.油井水泥早强剂油井水泥早强剂主要是指能显著缩短水泥浆稠化时间，加速水泥熟料矿物的凝结与硬化，提高水泥石早期抗压强度的外加剂。主要用途：缩短凝结时间，表层套管注水泥、打水泥塞、堵漏等。May.20041.1油井水泥早强剂作用机理研究发现，不同类型的早强剂对水泥浆具有不同的早强作用机理，通常常用的几类早强剂，其促凝早强的作用机理为：氯盐类早强剂：氯盐促进水
2、泥浆硬化和早强的机理，主要有两个方面的原因。一是增加水泥颗粒的分散度，从而加速水泥水化和硬化的速度；二是与水泥熟料矿物产生化合作用，与C3A化合生成水化氯铝酸钙，从而使胶体膨胀，水泥石孔隙减少，密实性增大，从而提高了水泥石的强度。硫酸盐类早强剂：硫酸盐对水泥的促硬、早强作用，主要是因为它能与水泥熟料矿物水解析出的氢氧化钙发生置换反应，从而能加速与水泥熟料中的C3A反应生成更多的硫铝酸钙，提高水泥水化液相中的固相比例，加快水泥凝结硬化的速度和早期强度的提高；有机早强剂：如三乙醇胺，它能起到促凝早强作用是由于三乙
3、醇胺能促进水泥石形成更多的钙矾石，能有效地吸附在水泥熟料矿物表面，加快C3A与石膏之间的反应，但三乙醇胺可能减缓C3S的水化速度。通常，它与其它促凝早强剂复合使用，可发挥更好的早强作用。May.2004常用的油井水泥促凝早强剂可分为无机盐类早强剂、有机化合物类早强剂和由多种不同类型早强剂复合而成的复合早强剂。一、无机盐类主要包括：氯化钙：如BJ公司的：A-7,道威尔的：SI液体氯化钙：如BJ公司的：A-7L,道威尔的：D77硅酸盐：如BJ公司的：A-2,道威尔的：D29,DiacelA,HALLIBURTON
4、:Econolite硫酸盐：如BJ公司的：A-10,道威尔的：D53,HALLIBURTON:EA-2氯化钠：如BJ公司的：A-9,道威尔的：M117等其它无机盐类促凝剂还包括：铝酸盐、硝酸盐、碳酸盐、硫代硫酸盐以及钠、钾、铵的氢氧化物等；1.2油井水泥早强剂的主要类型May.2004油井水泥早强剂的主要类型二、有机化合物促凝剂主要包括：甲酸钙[Ca(HCOO)2]、甲酰铵（CHONH2)、草酸（H2C2O4)和三乙醇胺[（N(C2H4OH)3]等。三、复合促凝剂研究表明，由多种无机盐促凝剂和有机化合物促凝剂
5、复合的早强剂，往往可得到比单一类型促凝剂促凝效果更好的外加剂。我国目前油田常用的早强剂通常为复合型的促凝早强剂，往往很少单独使用一种早强剂如：：CA-2,CA903S,T90S,S601,S603,SA-1,SS-1等。通过物理化学作用，能显著延缓水泥浆稠化时间，防止油井水泥凝结过快的外加剂可称作为油井水泥缓凝剂。有些缓凝剂同时还具有减阻和降失水的作用。主要用途：增加水泥浆稠化时间，降低水泥浆粘度。2.油井水泥缓凝剂May.20042.1缓凝剂作用机理缓凝剂的作用机理主要是指缓凝剂的化学性质和缓凝剂与水泥相（
6、硅酸盐或铝酸盐）的作用过程，由于不同的缓凝剂有不同的化学性质和作用过程，所以，目前所提出的所有理论都还不能全面的解释缓凝剂本身参与水泥的水化过程的情况，本项工作需进一步的研究。目前，所提出的缓凝剂的主要机理有：吸附理论：缓凝作用的产生是因为缓凝剂吸附在水化物表面上抑制了与水的接触。沉淀理论：缓凝剂与水相中的钙离子或氢氧根离子反应，在水泥颗粒周围形成一种不溶解的非渗透层。成核理论：缓凝剂吸附在水化物的晶核上，抑制了它的进一步增长。络合理论：缓凝剂螯合钙离子，因而防止了晶核的形成。注：在某种程度上，上述四种机理有
7、可能在缓凝过程中都发生，或其中的一种或两种机理在缓凝过程中同时发生。May.20042.2油井水泥缓凝剂的主要类型木质素磺酸盐类：如BJ公司的：R-1，R-12,道威尔的：D13,D81,D800，D801,HALLIBURTON:HR-4,HR-7等，羟基羧酸类：如葡萄糖酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、苹果酸、乳酸、葡庚糖酸及它们的盐；如BJ公司的：CR-5,道威尔公司的D110：我院的;H88,H98等；糖类化合物：如蔗糖、棉子糖、可溶性淀粉等；如HALLIBUTION公司的：HR-13L,我院的：S12，等
8、纤维素衍生物：如BJ公司的R-6或DIACEL-LWL,道威尔公司的D8,HALLIBUTION公司的：DiacelLWL：有机磷酸盐类：如HEDP,AMDP等，如：J－RL,H-1合成高温缓凝剂AMPS共聚物体系无机化合物类：如铝、锌、硼的化合物；如：HR-A，LW-1,LW-2等，目前，用作油井水泥缓凝剂的化合物主要有以下的类型，它们可能是这几类化合物的改性合成化合物，或是几种化合物的复合物。M
