油井水泥外加剂
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨油井水泥外加剂是指在油井水泥浆中添加的一种特殊化学品，用于改善水泥浆的流动性、降低水泥浆的密度、提高水泥浆的抗压强度等作用。
水泥外加剂的作用机理与应用在油田工程中有着重要的意义。
一、水泥外加剂的作用机理：1. 流动性调节：水泥外加剂能够减少水泥浆的黏度，改善其流动性能。
水泥浆与岩石接触时，水泥浆会流失一部分水分，因此加入外加剂可以保持水泥浆的流动性，有利于泥浆在油井中的布料。
2. 密度调节：油井需要使用具有特定密度的水泥浆进行固井作业，以保证井眼的稳定。
水泥外加剂可以调节水泥浆的密度，使其满足工程需要。
3. 抗压强度：水泥外加剂可以显著提高水泥浆的抗压强度，尤其在高温、高压情况下。
外加剂能够改善水泥的晶体结构，增强其抗压性能，提高固井质量。
4. 提高稳定性：水泥浆添加外加剂能够减少水泥与水的分离，提高水泥浆的稳定性。
外加剂可以与水泥进行物理或化学反应，形成一种稳定的结构，防止水泥在固井过程中产生脱粘现象。
二、水泥外加剂的应用：1. 常用外加剂：包括减水剂、密度调节剂、提高抗压剂等。
减水剂能够减少水泥浆的黏度，提高流动性；密度调节剂可以调节水泥浆的密度，满足工程需要；提高抗压剂可以提高水泥浆的抗压强度。
2. 高温高压环境下的应用：在高温高压环境下，水泥浆的固化性能会受到限制。
水泥外加剂在这种情况下具有特殊的意义。
常用的高温高压外加剂包括萘酐树脂、酚醛树脂等，它们可以提高水泥浆的稳定性和抗压强度。
3. 深井固井中的应用：在深井固井过程中，水泥浆需要承受极高的压力，因此需要添加外加剂来提高水泥浆的抗压强度。
常用的外加剂有缓凝剂、聚合物等，它们可以有效地提高水泥浆的抗压性能，保证固井的质量。
4. 粘土胶结水泥外加剂：在含有粘土的地层中进行固井时，常常出现粘土离土现象，导致固井质量下降。
可以添加粘土胶结水泥外加剂来提高水泥浆的胶结性能，防止粘土离土现象的发生。
水泥外加剂在油田工程中起着至关重要的作用，它可以改善水泥浆的流动性、调节密度、提高抗压强度等。
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨油井水泥外加剂是在水泥基础上添加一些化学品，以提高水泥的性能。
它们可以被广泛应用于油井水泥和封堵。
本文将探讨常用的油井水泥外加剂的作用机理以及应用范围。
1. 倍特糖倍特糖是一种聚羧酸缩合物。
它的添加可以加快水泥的凝结反应，从而能够更快地凝固。
它的主要作用是制备速度快，使用方便，且具有良好的相容性。
与传统的凝结剂相比，倍特糖可以改进水泥的性能和加速水泥的反应，杠杆作用既可以在时间上，还可以在速度上实现。
2. 改性高分子改性高分子可以用于改善水泥的性能，例如流动性、抗裂性和耐磨性等。
它们通常是聚丙烯酸酯或聚乙烯酸酯高分子，它们具有优异的高吸水性和粘附性能。
通过将其中的一部分化学结构改变为亲水基团和疏水基团，可以实现水泥和环境的化学反应。
在加入改性高分子后，水泥的流动性和粘度可以得到显著提高，从而可以实现更优异的压实效果。
3. 润滑剂石油灰斑土是石油开采过程中特殊的固体残留物，被认为是最难堵塞的固体颗粒。
在油井水泥过程中，石油灰斑土能够使水泥粉末黏稠地与其他文件粉末混合在一起，从而达到更好的压实效果。
在凝固过程中，石油灰斑土可以形成更大的红铁矿物，从而更好地粘结水泥和其他颗粒。
4. 抗裂剂抗裂剂是一种特殊的化学剂，可以帮助材料抵抗表面损伤，从而减少水泥在向深部钻探时发生的裂纹。
常见抗裂剂如聚酯和聚氨酯涂层中的硼系物质和德氏合金。
这种抗裂剂的作用机制是通过增强水泥和其他材料之间的化学键，从而防止破坏。
总之，油井水泥外加剂在油井水泥和封堵中广泛应用。
这些外加剂的作用机理和应用范围不同，但可以统一改善水泥的性能，使其具有更好的抗裂性、流动性、压实性和耐久性。
这将有助于确保油井的安全和生产效率。
油井水泥外加剂及外掺料
油井水泥外加剂及外掺料在油气井固井施工中用来调节水泥浆性能的材料称为油井水泥外加剂及外掺料。
一般认为，主要目的用来调节水泥浆性能的材料称为外加剂（一般加量在10%以内）；主要目的是用来节约水泥或调整水泥浆密度而混入的材料称为外掺料（一般加量大于10%）。
适合使用外加剂或外掺料的水泥一般是G级和H级水泥，这两种水泥属于基本油井水泥。
1.促凝剂促凝剂是用来缩短水泥浆稠化时间的化学剂。
多在浅井或表层套管固井施工中使用，虽然水泥浆性能满足了泵送的要求，但往往存在稠化时间长、强度发展慢的问题，严重影响钻井进尺和固井质量；另外，水泥浆中因加入其它外加剂，如分散剂、降失水剂等会引起过缓凝。
此时，加入促凝剂可以加速水泥水化反应和提高水泥早期强度。
促凝剂主要适用于漏失井固井、气井固井、浅井固井、钻井工程堵漏等要求水泥浆快速凝固的工程施工。
分类：包含氯化物促凝剂和无氯促凝剂常见促凝剂按阳离子或阴离子促凝强弱排列出下列顺序：(1)氯化物促凝剂①氯化钙：氯化钙是一种极强的吸水材料，可以是片状或粉末状，常规纯度的含量是77%；无水级是粒状或片状，含量为96%。
对大多数需要情况，常规纯度的加量为2%，而无水级的加量为1.6%就有最佳促凝效果。
②氯化钠：一般来说，氯化钠对水泥质量分数在10%以下时为促凝剂，含量在10%-18%范围内既不促凝也不缓凝，其稠化时间与新鲜水配浆时相似；而当氯化钠对水泥质量分数提高到18%以上时表现出缓凝作用。
显然，氯化钠不是一种很好的促凝剂，只有在现场上氯化钙缺货或特殊情况下才使用它。
③氯化钾：氯化钾能促进水泥浆凝固，对其流动性略有影响，与氯化钙复合使用效果更好。
在泥岩、页岩、夹缝砂岩、石灰岩等注水泥时，若在水泥浆、隔离液或冲洗液中加入0.3%-1%的氯化钾，可以抑制粘土膨胀，防止造浆作用，以免影响胶结强度。
④氯化钙复合物：氯化钙与氯化钠或氯化铵等混合使用效果更好。
1%氯化钙与2%氯化铵的混合物，或者2%氯化钙与2%氯化钠的混合物都是良好的复合促凝剂。
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨随着石油开发水平的不断提高，油井水泥工程在石油工业中的地位日益重要。
油井水泥外加剂作为油井水泥工程的重要组成部分，具有一系列重要的功能和应用。
本文将对常用的油井水泥外加剂的作用机理和应用进行探讨。
常用的油井水泥外加剂主要包括增稠剂、防湿剂、增强剂、减水剂和防渗剂等。
这些外加剂通过改变水泥胶体的物理性质和化学性质，从而改变水泥胶体的流变性能、降低水泥胶体的渗透性和提高水泥胶体的强度。
下面将对这几种常用外加剂的作用机理和应用进行详细讨论。
增稠剂是一种可以增加水泥胶体黏度的外加剂。
它可以增加水泥胶体的内摩擦力，改善水泥胶体的流变性能，在沉降过程中减少水泥颗粒的沉降速度，从而提高水泥的可泵性。
增稠剂常用的主要有甲基纤维素和羰基化聚合物等。
增稠剂广泛应用于深部井和长水平段井的水泥注入作业中，可以提高水泥浆的持续性能和稳定性能，保证井壁固结质量。
防湿剂是一种可降低水泥浆中液体含量的外加剂。
防湿剂可以吸收水泥浆中的超分子水分子，改变水泥浆的胶结水含量，使水泥浆的胶层更加紧密。
防湿剂可以提高水泥浆的初始强度和最终强度，减少水泥浆的净搬运速度和减少水泥浆的净搬运。
增强剂是一种可以增加水泥胶体强度的外加剂。
增强剂可以改变水泥胶体内部的化学成分和微观结构，提高水泥胶体的强度和稳定性。
增强剂常用的主要有硅酸盐胶结材料、硅酸盐颗粒增强剂和胶凝材料等。
增强剂广泛应用于高井深、高温、高压和含盐度高的井中，可以提高水泥胶体的抗渗透性、抗压强度和抗裂性能，提高水泥胶固结质量和井壁固结质量。
防渗剂是一种可以降低水泥胶体渗透性的外加剂。
防渗剂可以改变水泥胶体中的孔隙结构和孔隙连通性，降低水泥胶体的渗透速度和渗透量，从而提高水泥胶固结质量和井壁固结质量。
防渗剂常用的主要有聚合物酯防渗剂和聚合物胶凝材料等。
防渗剂广泛应用于石油工业中的高渗透性油层中，可以降低水泥胶体的渗透性、提高水泥胶体的封堵效果和防止油层水平渗漏的发生。
油井水泥几种主要外加剂
一、促凝早强剂定义：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。
作用机理：①氯盐类早强剂：氯盐促进水泥浆硬化和早强的机理，主要有两个面的原因。
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，水泥隙减少，密实性增大，从而提高了水泥的强度。
②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。
③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醇胺能促进水泥形成更多的钙矾，能有效地吸附在水泥熟料矿物表面，加快C3A与膏之间的反应，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。
主要类型：①无机盐类氯化钙，液体氯化钙，硅酸盐，硫酸盐，氯化钠，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。
②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。
③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二、缓凝剂定义：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。
主要作用：延长水泥浆稠化时间，保持水泥浆在注入和顶替期间保持良好的可流动性。
作用机理：主要是指缓凝剂的化学性质和缓凝剂与水泥相（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。
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
油井水泥外加剂是在油井固井过程中添加到水泥浆中的化学物质。
它们可以改善水泥
浆的性能，提高固井质量，保证油井的安全和可靠性。
常用的油井水泥外加剂包括增稠剂、降粘剂、减水剂、防水剂等。
增稠剂主要作用是增加水泥浆的黏度和稠度，提高其悬浮体系和防沉降能力。
常见的
增稠剂有天然高分子聚合物、人工高分子聚合物等。
增稠剂能够有效地改善水泥浆的稳定
性和抗击流能力，防止浆体流失，提高固井质量。
降粘剂是指在水泥浆中添加的化学物质，能够降低浆体的黏度和粘度，提高流动性。
常见的降粘剂有磨井膏、嗡状降粘剂等。
降粘剂的作用机理是通过改变水泥浆中粒子的相
互作用力，降低浆体的表观黏度，提高流动性。
减水剂是一种能够在水泥浆中减少水分含量的化学物质。
它能够降低水灰比，提高浆
体的流动性和可泵性。
常见的减水剂有有机酸盐类、聚羧酸盐类等。
减水剂的作用机理是
通过表面活性剂的作用降低水泥颗粒之间的吸附力，减少水分的吸附，从而达到减少水灰
比的效果。
防水剂是一种能够改善水泥浆抗水侵蚀性能的化学物质。
它能够在水泥浆中形成一层
保护膜，防止水分渗透。
常见的防水剂有聚合物、硅酸盐等。
防水剂的作用机理是通过改
变水泥浆中水分分子与水泥颗粒之间的相互作用力，阻止水分的渗透和扩散。
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨油井水泥外加剂是在油井水泥配方中添加的化学物质，可以改变水泥的性能和特性，提高油井水泥固化质量和强度。
常用的油井水泥外加剂主要有减水剂、加速剂、调整剂和抗温剂。
本文将对常用油井水泥外加剂的作用机理和应用进行探讨。
首先是减水剂，减水剂是一种能够改善油井水泥流动性的外加剂。
它的作用机理主要是通过吸附水泥颗粒表面的水分子，减少水泥颗粒间的黏着力，从而降低水泥浆体的流动阻力。
减水剂还可以通过改变水泥中的颗粒分布，使水泥浆体流动更加均匀，从而提高油井水泥固化的均匀性和强度。
其次是加速剂，加速剂是一种能够提高油井水泥固化速度的外加剂。
它的作用机理主要是通过与水泥中的胶凝体反应，加速胶凝反应的进行。
加速剂可以与水泥中的C3A（三钙硅酸盐）反应生成硫酸钙和钇酸盐，进而促进水泥胶凝体的形成。
加速剂还可以通过改变水泥中胶凝液的结构和形态，提高其活性，加快水泥的固化过程。
再次是调整剂，调整剂是一种能够调整油井水泥性能的外加剂。
调整剂可以改变水泥的流变性质，提高水泥浆体的稠度和粘度，从而改善水泥的泵送性能和排泥性能。
调整剂还可以调整水泥浆体的凝结时间和胶凝时间，使其更加适应油井施工的要求。
调整剂还可以改变水泥浆体的流变性质和固化特性，提高水泥固化的强度和可靠性。
最后是抗温剂，抗温剂是一种能够提高油井水泥抗高温性能的外加剂。
抗温剂的作用机理主要是通过改变水泥中的结构和形态，提高其抗高温的稳定性。
抗温剂可以与水泥中的氢氧化物反应，生成稳定的化合物，抵抗高温的侵蚀和破坏。
抗温剂还可以改变水泥中的结晶结构，提高其抗高温的稳定性和强度。
在实际应用中，油井水泥外加剂的选择和使用要根据具体的施工条件和要求进行合理搭配。
不同的外加剂可以有协同效应，提高油井水泥性能的还可以降低施工成本和时间。
合理使用常用的油井水泥外加剂，可以有效提高油井水泥固化质量和强度，提高油井施工的效率和可靠性。
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
作用机理：
1. 提高水泥浆的流动性：油井水泥外加剂可以通过改变水泥颗粒之间的相互作用力，提高水泥浆的流动性，降低浆体黏度，从而使水泥浆更易于注入油井井孔，并且能够在井
孔中均匀分布。
2. 阻隔泥浆与地层之间的间隙：油井水泥外加剂能够填充泥浆与地层之间的间隙，
形成一层坚固的水泥环，阻止油井井孔中的水、油或气体向外渗漏，从而保护地下水资源
和防止油气井的外泄。
3. 提高水泥强度：油井水泥外加剂可以通过改善水泥浆结构，增加水泥颗粒的亲和
力和结合力，提高水泥的强度和稳定性，并能够延长水泥的硬化时间，保证水泥在油井环
境中具有良好的强度。
4. 耐高温性能：油井水泥外加剂能够增加水泥的耐高温性能，使水泥在高温环境下
仍能保持较好的强度和稳定性，适应油田的高温作业环境。
应用探讨：
1. 水泥固井：油井水泥外加剂广泛应用于油井固井中，能够提高固井效果，防止油
井井孔的漏失，保持地下水的安全和井下环境的稳定，确保油井的正常生产。
2. 气油井水驱封堵：油井水泥外加剂可以用于气油井的水驱封堵作业中，能够在井
孔中形成致密的水泥环，堵塞地下水和井孔中的气体和油，防止井孔的压力下降和井漏的
发生，提高气油井的采集效率。
3. 水泥回收利用：油井水泥外加剂还可以用于水泥回收利用中，能够改善废弃水泥
的性能，增加其再利用价值，减少对原材料的需求，降低油井施工的成本。
油井水泥外加剂的作用机理主要有提高水泥浆流动性、阻隔泥浆与地层间隙、增加水
泥强度和稳定性、提高耐高温性能等。
其应用范围广泛，包括固井、水驱封堵和水泥回收
利用等，对于保障油井的安全和正常生产具有重要作用。
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨油井水泥是其它油井施工中应用最为广泛的一种材料，其作用是保证油井的安全、稳定地运行。
作为构成油井水泥的重要成分，外加剂在水泥制备和使用过程中起着非常重要的作用。
本文将对常用的油井水泥外加剂的作用机理和应用进行探讨。
1. 水化抑制剂水泥行业中，水化抑制剂是最为常见的外加剂之一。
在油井水泥中，水化抑制剂的作用是抑制水泥的快速硬化过程，从而增加水泥的可调性，保证施工过程的顺利进行。
水化抑制剂可以有效地控制水泥的水化速率，减弱钙质的水化反应过程，提高水泥的延迟时间。
水化抑制剂的主要成分包括羟基苯磺酸盐、多磺酸盐、丙烯酸盐类等。
其中，羟基苯磺酸盐是应用最为广泛的一种水化抑制剂。
它的作用机理是通过吸附在水泥颗粒表面，抑制水化过程中钙质的共振、松驰，从而延缓水泥颗粒的水合反应，减慢水泥的硬化速度。
2. 增稠剂增稠剂是油井水泥中常用的外加剂之一，其主要作用是增加水泥的黏度和压实性。
增稠剂可以提高水泥的粘度，增加水泥与油井壁之间的粘附力，从而提高固井质量和固井效果。
增稠剂使用也有助于减少水泥的流失和浸润，增加钻井液和水泥的分离效果。
增稠剂的成分种类较多，包括天然高分子化合物、合成高分子化合物以及纳米颗粒材料等。
其中，聚丙烯酰胺是增稠剂的一种重要成分。
它的作用机理是通过与水泥发生氢键、水素键、静电相互作用等作用形成三维网状结构，增加水泥粘度和适应性，提高液态油井水泥的流动性和浸透性。
3. 延迟剂延迟剂在油井水泥中的应用较为常见，它的作用是延缓水泥的硬化速度，从而提高水泥的可操作性和可调性。
延迟剂被广泛应用于水泥配制、泥浆调制和油井固井等领域。
延迟剂的主要成分包括葡萄糖酸钠和磷酸盐类等。
延迟剂的作用机理是与水泥颗粒表面反应生成阴离子化合物，阻止水泥表面钠离子与水份分解生成钠羟基盐，并破坏水泥颗粒钙离子的共振松驰，引起水泥颗粒的水合反应延迟。
4. 抗渗剂抗渗剂是一种常用的油井水泥外加剂，其作用是提高油井水泥的抗渗性能，防止水泥的流失和浸润。
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨
常用油井水泥外加剂作用机理与应用探讨引言水泥是油井固井作业中不可或缺的材料，它在固井作业中扮演着至关重要的角色。
在水泥浆配制过程中，常常需要添加各种外加剂，以改善水泥浆的性能，提高固井质量。
本文将深入探讨常用油井水泥外加剂的作用机理与应用，希望能为油田工程技术人员提供一些参考和借鉴。
一、常用的水泥外加剂类型1.减水剂减水剂是一类常用的水泥外加剂，它能够有效地降低水泥浆的黏度，提高流动性，使水泥浆更易于泵送和灌注。
减水剂分为有机减水剂和无机减水剂两种类型，常用的有机减水剂有脱氧型和缩微型两种。
有机减水剂的主要作用机理是通过吸附在水泥颗粒表面，改善水泥颗粒之间的黏附力，从而减少水泥浆的内摩擦力，提高流动性。
2.加速剂加速剂是一种能够加快水泥硬化速度的外加剂，它在水泥浆中起到促进水泥水化反应的作用，加速水泥浆的初凝和终凝时间。
加速剂常常用于需要快速固化的场合，如井下迅速恢复井筒压力、临时封堵漏失等。
3.减缩剂减缩剂是一种能够减缩水泥浆的收缩率和固化收缩的外加剂，它能够有效地降低水泥浆在固化过程中的收缩变化，减少裂缝和收缩孔洞的产生，提高固井质量。
4.防水剂防水剂是一种能够提高水泥浆密实性和抗渗透性的外加剂，它可以有效地减少水泥浆中的微孔隙而提高抗压强度和耐磨性，提高水泥浆的抗渗透性和防水性能。
1.减水剂的作用机理减水剂能够在水泥颗粒表面吸附并形成一层膜，改善水泥颗粒之间的黏附力，降低水泥浆的内摩擦力，在一定程度上减少水泥颗粒的粘结力和发生剪切应力时的阻力，从而提高水泥浆的流动性。
2.加速剂的作用机理加速剂可以促进水泥颗粒与水分之间的反应速率，加快水泥硬化速度，提高水泥浆的初凝和终凝时间，从而实现快速固化的效果。
1.减水剂的应用在油井固井作业中，常常需要使用减水剂来改善水泥浆的流动性，使其更易于泵送和灌注。
合适的减水剂可以降低水泥浆的粘度，提高流动性，减少脱水和泥化现象，对提高固井质量具有显著的作用。
结论油井水泥外加剂在固井作业中起着至关重要的作用，通过合理选用外加剂可以有效地提高水泥浆的性能，改善固井质量，降低固井隐患。
《油井水泥外加剂》课件
油井水泥外加剂
汇报人：
目录
PART One
添加目录标题
PART Three
油井水泥外加剂的作 用和原理
PART Two
油井水泥外加剂的定 义和分类
P景
PART Five
油井水泥外加剂的选 用原则和注意事项
PART Six
油井水泥外加剂的发 展趋势和未来展望
单击添加章节标题
油井水泥外加剂的 定义和分类
定义
油井水泥外加剂：一种用于改 善油井水泥性能的化学物质
作用：提高水泥的强度、耐久 性、抗腐蚀性等
分类：根据功能不同，可分为 减水剂、缓凝剂、早强剂等
应用：广泛应用于石油钻井、 固井、完井等工程中
分类
按照化学成分分类：有机外加剂、无机外加剂、复合外加剂
按照功能分类：减水剂、缓凝剂、早强剂、引气剂、防冻剂、速凝剂、膨胀剂、防水剂、阻 锈剂等
按照应用领域分类：油井水泥外加剂、建筑水泥外加剂、道路水泥外加剂等
按照使用方式分类：干粉外加剂、液体外加剂、膏状外加剂等
油井水泥外加剂的 作用和原理
作用
提高水泥的强度和稳定性 改善水泥的流动性和可塑性 降低水泥的收缩率和水化热 提高水泥的耐久性和抗腐蚀性
未来展望
技术进步：研发新 型油井水泥外加剂， 提高性能和稳定性
市场需求：随着石 油开采需求的增加， 油井水泥外加剂市 场将持续扩大
环保要求：研发环 保型油井水泥外加 剂，降低对环境的 影响
国际合作：加强国 际合作，共同研发 和推广油井水泥外 加剂技术
THANK YOU
汇报人：
考虑油井水泥外加剂的适用范 围和适用条件
考虑油井水泥外加剂的稳定性 和耐久性
油井水泥外加剂及外掺料
木质素类水泥外加剂的来源主要是从木材等植物中把纤维素分离后将剩下 的亚硫酸纸浆废液浓缩、干燥而成。以亚硫酸盐作为磺化剂，对木素的磺化 反应可在酸性，中性和碱性中进行。如：
|
HC-R5
|
HC-R4
|
HC-OR
|
高温蒸煮
pH 1~ 2
OCH3 脱除- OR
| HC-R5 | HC-R4 | HC+ |
O
R1
CH
OCH3 OH(R)
R'
C
H R2
C=0
C
OCH3 OH(R)
H
1501900 C Na2SO3
H
18 22MP a
R'-CH2OH
OCH3
或 (R1' CHOH) | R2'
C
OH(R)
H
R'-CH2SO3-
(或 R1' C SO-3) |
根据特劳贝定则，烷基的引入增加该剂的表面活 性，获得了更高效的缓凝剂和分散剂。
分散剂能降低气——液界面张力，因此，在搅拌水泥浆时可能引入 空气形成气泡，气泡具有分散和润滑作用。但也有副作用，它能 影响水泥石的强度和防腐、防渗性能。
分散剂对水泥浆流变性能的影响
注水泥过程中，水泥浆的流动性能影响到水泥对环形空间顶替 效率、环形空间的摩阻压力降以及注水泥浆所用的泵的功率。
水泥浆是非牛顿流体，粘度是剪切速度的函数。
自50年代以来，随着钻井技术的不断进步，完井技 术的发展，特别是钻遇深井、超深井、特殊井、复杂 井愈来愈多，因此对水泥浆体系除了应满足固井施工 要求外，还应着重考虑水泥石的性能，特别强调的是 钻井、完井和后续的采油、强化采油对固井质量、油 井寿命的要求。因此，提高和改善水泥石的抗压强度、 界面胶结强度、弹塑形、耐腐蚀，渗透率等综合性能， 对水泥浆外加剂和外掺料提出了更高的要求。
油井水泥外加剂以及外掺料功能定位及长效性评价
胶乳系乳液聚合的高分子材料，长期 在高温环境下必然老化降解，固井作 业后在一定时间内失去其功效，故其 定位于常规外加剂。
胶乳控制失水的能力比较差，只能适 当控制滤失量而不可能达到降滤失剂 的效果（可以称之为降滤失助剂）。
常规外加剂
• 保障水泥浆 工程性能
油井水泥外加剂的功能定位
水泥浆体
高滤失 高收缩 高脆性
功能外加剂
• 保障井下水 泥环力学性能 稳定和环空密 封性能
水泥石
降滤 水泥石弹 失剂 性改善剂
胶结 助剂
胶乳
基体 增密剂
防窜剂
防腐 蚀剂
功能定位不明确
当液态胶乳掺量达到水泥干灰质量的 15%以上、混合水电解质浓度和地层 温度不高时，它的基体增密作用（防 腐蚀）、防窜作用和改善水泥石弹性 的作用才能发挥出来，但不能改善水 泥石抗冲击韧性。
40
合格
固井后第450天测井
幅值 %
质量
1
优质
1
优质
CBL变化值
增大25% 增大5% 增大40% 增大10% 增大45% 增大45%
CBL变化值
降低4% 降低39%
姚晓
典型的功能外掺料如硅灰、矿渣和Micromax（紧密堆积 加重材料）等。
典型功能外掺料
硅灰
矿渣系 碱激发 材料
Micromax
粉煤灰
增强材料
界面胶结材料
降低水泥石的孔 降低水泥石渗透
隙率，降低水泥
率、提高抗压强
浆析水率、大幅
度，改善水泥环
度降低水泥石渗
的界面胶结强度
第2章 油井水泥及其外加剂(2004级严思明)
2.2 波特兰水泥 3.4 冷却
冷却孰料和水泥的质量在很大程度上取决于冷却速 度，水泥孰料的冷却是先将其缓慢冷却到1250℃， 然后，以18～20℃/min的速度迅速冷却，可获得较 好的孰料。 急冷的目的： （1）以便保持孰料的高温结晶态，防止β－C2S向 γ－C2S转化。 （2）保持C3A呈玻璃态，避免结晶。 （3）使孰料处于热力学介稳状态，从而保持水泥的 水化活性，确保水泥的凝结稳定性。 （4）防止方解石晶态的粗大，影响水泥的安定性
设正离子电价为Z+，配位数为CN+，则正离子至每一配位
负离子的静电键强度S=Z+/CN+, 而稳定离子化合物中负离子
2.2 波特兰水泥
2.2 补充材料 如果粘土矿物中SiO2不足时可加入硅石、 火山灰、硅藻土等。粘土和页岩中含铁、 铝不够时，尚须加入一定量的铁矿石和 含铝高的原材料。 2.3煅烧辅材料：在这些原材料中加入少 量的矿化剂(如荧石)可以改善煅烧条件。
2.2 波特兰水泥
3. 水泥的生产 3.1 基本生产过程：两磨一烧
第二章 油井水泥及外加剂
本章的主要内容：
2.1 概述 2.2 波特兰水泥 2.3 API油井水泥分级方法及性能 2.4 油井水泥外加剂及作用原理 2.5 介绍几种特殊水泥体系 2.6 前臵液
第二章 油井水泥及外加剂
2.1 概述
1. 固井 固井是油井建设过程中的主要环节， 固井质量的好坏直接关系到该井的继 续钻进，以及后续完井、采油、修井 等各项作业质量。 1.1固井的的定义：在井眼中下入套管 中，并将胶凝材料（水泥）注入套管 与井壁之间的环空中形成石状体以封 隔地层的全过程。
2CaO SiO + CaO
3CaO SiO2 + QP （放热）
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通过接枝共聚反应在褐煤大分子链上引进乙烯类侧链的方法可用作油井水泥降失 水剂， 如SM-B 单宁类，单宁的主要有效成分是具有多元酚基和羧基的有机物质，经接枝化学 改性后的单宁还可用作油井水泥降失水剂。
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1.1 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臵换反应，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。
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5.2 油井水泥消泡剂的主要类型
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； May.2004
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4.1 油井水泥分散剂的作用机理
分散剂的主要作用机理是分散剂的吸附分散作用，其微观机制，则因分
散剂的分子结构不同而存在一定的差异，其主要的作用机理表现为：
吸附－分散和释放游离水机理 分散剂可吸附于水泥颗粒的表面，形成
吸附双电层，在电性相斥的作用下，使水泥水化初期形成的絮凝结构分散解
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.2004
扩散形成不稳定膜，从而起到消泡作用的外加剂材料可
称作消泡剂。
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5.1 油井水泥消泡剂的作用机理
通常认为作为消泡剂的材料，在消泡过程中的主要原理为：
消泡剂的分子结构通常带有支链并且烃链较短，使消泡剂在气－ 液界面上形成的双吸附层强度差，有利于消泡； 消泡剂亲水基的极性较弱，亲油性较强，对液膜中极性水分子的 吸引力较弱，自由水多，膜中液体的粘度低，容易流动，故液膜容 易破裂而有利于消泡。 消泡剂分子的活性应较高，加入泡沫体系后可顶替泡沫分子，使 泡破裂而有利于消泡。
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4. 油井水泥分散剂 油井水泥分散剂主要用于改善水泥浆的流动性， 降低水泥浆体系的粘度，改善并显著提高水泥浆的
流变性能的外加剂。
使用效果：稀释水泥浆，提高顶替效率，降低水马 力，使水泥浆易于泵送。
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3. 油井水泥降失水剂
固井时水泥浆在压力下流经高渗透地层时，将发生“渗透”，
水泥浆液相漏入地层，通称为失水，故能够降低油井水泥浆失水量 的这种外加剂通称为油井水泥降失水剂，目前主要通过减小滤饼渗 透率或提高水相粘度等手段来达到降低失水的目的。
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1.2 油井水泥早强剂的主要类型
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,Diacel A,HALLIBURTON:Econolite
CA-2,CA903S,T90S,S601,S603,SA-1,SS-1等。
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2. 油井水泥缓凝剂
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。
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4.2 油井水泥分散剂的主要类型
磺酸盐类
1）密胺磺酸盐类（PMS)；如国产的SM 2）聚萘磺酸盐类 如道威尔公司的：D31L, HALLIBURTON: CFR-2 ,
国产的FDN,MF,UNF等，
3）木质素磺酸盐如：HALLIBURTON: CFR-2L, 等， 4）聚苯乙烯磺酸盐
a: 调整水泥浆体系的颗粒分布，使超细颗粒材料能够嵌入水泥颗 粒之间，阻塞滤饼空隙，形成致密结构的滤饼，有助于降低失水。 b: 采用水溶性高分子聚合物，通过其吸附基团和水化基团在水泥 颗粒表 面形成“水泥颗粒—线性高分子—水分子吸附层”的网状结构， 束缚住更多自由水，阻塞水泥内部空隙，从而降低失水。
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2.2 油井水泥缓凝剂的主要类型
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。
木质素磺酸盐类： 如BJ公司的：R-1，R-12,道威尔的：D13,D81,D800，
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2.1 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（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：
水溶性高分子及有机材料 1、水溶性改性天然产物
纤维素类 如：道威尔公司的：D-28, HALLIBURTON: Halad-14,22A 等，国产的BXF1，LW-1，S24等。 聚乙烯醇类 如：CG701S, G60S系列等 淀粉类 经接枝改性的淀粉可用作油井水泥降失水剂，其水溶性好，降滤失性
好，与其它水泥外加剂配伍性好，且具有较好的分散性和流变性。
主要用途：保护产能，用于油层注水泥、挤水泥、尾管注水泥、水 敏地层注水泥、防气窜注水泥
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3.1 降失水剂作用机理
研究降失水剂的作用机理主要应通过研究水泥颗粒的形状和尺寸、流体 的粘度、水泥滤饼的质量等方面来进行，其中以改善滤饼质量为控制失水的 关键，目前，降失水剂的作用机理主要有两种学术观点： 减少水泥滤饼的渗透率，改善水泥滤饼的结构，以形成致密、渗透率低的 滤饼，从而降低失水，可通过：
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：Diacel LWL：
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，
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：：
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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。
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增大水泥浆液相粘度，通过增大液相向地层滤失的阻力，降低水泥浆失水。
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3.2 油井水泥降失水剂的主要类型
降失水剂主要有两种类型：特制的超细研磨材料和水溶性聚合物。 特制的超细研磨材料
如：膨润土、石灰石粉、沥青质、热塑性树脂、胶乳等类的颗粒材料