缓凝剂的种类

发布：本站来源：济南多吉利

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缓凝剂的种类

(1) 木质素磺酸盐及其衍生物

这类分散剂也常作缓凝剂使用，用于4000m 以上井深，井底温度在150 ℃以内。既可单独使用，也可以与硼酸、硼砂或密胺树脂复配使用。磺烷基木质素是高效缓凝剂，通过与酒石酸、葡萄酸、硼酸或它们的盐复配可望用于200 ℃高温，特别适用于 C 3 A 含量低的水泥。

硝基木质素是俄罗斯广泛使用的缓凝剂。硝基木素的制造原理就是木素的苯基丙烷结构单元既能与亲核试剂生成木素磺酸盐，也能与亲电试剂反应生成卤化木素或硝化木素。也可用木素磺酸盐改性制得硝基木素。

(2) 磺化丹宁、磺化栲胶、丹宁酸钠

这是一大类由植物的根、茎经磺甲基化( 用甲醛加亚硫酸钠进行磺甲基反应) 后与碱液作用而制成的钻井泥浆稀释剂和水泥浆的缓凝剂。磺化丹宁只能用于高温条件，否则对水泥石强度有明显影响。

(3) 纤维素衍生物

这类缓凝剂是由大量葡萄糖基构成的链状大分子，经改性制得( 改性方法详见降失水剂部分) 。这也是一类常用的降失水剂。羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC) 在美国应用很广泛，适用于135 ℃以下，加量一般为0.05%~0.2% 。若需要更大加量须用较高浓度的分散剂降粘。

羧甲基纤维素(CMC) 加量不大于0.3% ，较多反而有促凝增粘作用。根据聚合度不同，CMC 可分为高粘、中粘和低粘CMC 。聚合度低，溶解性能好，粘度较低。例如2% 的CMC 水溶液的粘度，高粘为1000~2000mPa · s ，中粘为500~1000mPa · s ，低粘50~100mPa · s 。低粘CMC 代号为SY-8 ，是常用的油井水泥缓凝剂，具有加量少(0.05%~0.15%) 而增粘不明显的特点，羧甲基纤维素抗盐性较差。

(4) 羟基羧酸及其盐类

①酒石酸及其盐

属高温有机缓凝剂，一般用于150~200 ℃井温，有强烈的缓凝能力，又能改善水泥浆流动性能。我国四川和新疆所完成的三口六七千米超深井施工，就是使用含有酒石酸的缓凝剂。酒石酸加量需要严格控制，相差万分之几就会延长一倍凝结时间，这会给施工带来困难，故多用复配产品，其中酒石酸含量占0.3 %~0.4%( 指占水泥量) 。酒石酸有析水作用，且价格昂贵，这影响到它的使用。与酒石酸类似还有乳酸、柠檬酸等羧酸。

②糖类缓凝剂

这类型缓凝剂包括葡萄糖、葡萄糖酸、葡萄糖酸钠( 或钙盐) 等，葡萄糖酸钠或果糖酸( 盐) 是其中有代表性的缓凝剂。由于有多个羟基活性基团，葡钠具有极强烈的缓凝作用，可使用到200 ℃井温，

加量少(0.0l%~0.1%) ，对水泥无副作用，这就优于酒石酸。葡酸的效果优于葡糖，这是因为羧酸基团的存在，增加了它对Ca 2+ 的络合作用。葡钠对Ca 2+ 络合的稳定常数是葡糖的十多倍。

葡糖类的缓凝机理可用成核、结晶理论来阐述。葡酸具有五个羟基，一个羧基将与水化铝酸钙六角水化物层间氢键结合更为牢固，延长了诱导期。多数观点认为，葡酸还对Ca(OH) 2 的结晶和晶核生长有强烈的抑制作用。经电镜扫描图象分析，葡酸与Ca 2+ 生成络合物，降低了[Ca 2+ ] 浓度，推迟了晶核生成。而且生成的Ca(OH) 2 的晶核中，八面体晶体的比例减少，而无定形Ca(OH) 2 增多，阻碍了晶体的发育。

③有机膦

在研究缓凝剂作用机理时，人们希望知道有机缓凝剂究竟是哪些基团起活性作用，因为这可以指导我们选择或合成缓凝剂。有观点认为，羟基是活性基团，诸如酒石酸，葡酸都有多个羟基，然而，乙醇具有羟基却没有缓凝作用，过氧化氢(HO — OH) 具有两个羟基反而促凝。后来经过多次比较试验，尤其对官能团比例和在分子中排列位置的比较，确认了羟基活性。也就是说，如果羟基的数量和排列的位置达到一个最佳点，那么，这个有机物就会很好地被水泥吸附，成为良好的缓凝剂，以磷酸为例说明。

磷酸具有三个羟基，有缓凝作用。磷酸盐，二聚磷酸盐，三聚磷酸盐，四聚磷酸盐都有缓凝作用。为了使磷酸成为更好的缓凝剂，国外对磷酸进行改性得到一系列有机膦缓凝剂，如烷基膦缓凝剂。我国多数油田中使用的有机多磷酸H-1 高效缓凝剂。

H-1 缓凝剂(1- 羟基乙叉-1,1- 二磷酸)

合成产品的产率达90% 。产品H-l 与多磷酸比较，羟基排列不同，而且引入碳链加强了对Ca 2+ 的螫合作用使缓凝效果增强。H-1 使用温度在90 ℃以下，如果和其它高温缓凝剂复配可提高使用温度。H-l 具有加量少(0.009%~0.1%) ，使用性能稳定，安全性好等优点。

(4) 无机合物

许多无机化合物可使油井水泥缓凝。此类缓凝剂常用的有以下几类：

①硼酸、磷酸、氢氟酸和铬酸以及它们盐类；

②锌和铅的氧化物。

氧化锌，由于它不影响水泥浆的流变性，故有时用它作为触变水泥的缓凝剂。此缓凝剂对 C 3 A —石膏体系的水化无影响。

氧化锌的缓凝机理是：氢氧化锌沉淀在水泥颗粒表面，形成一个低溶解度(K 0 ＝1.8 × 10 -14 ) 、低渗透率的薄膜，抑制了水泥的进一步水化。当胶态的氢氧化锌Zn(OH) 2 转变成结晶态的氢氧化锌钙后，缓凝作用结束，其反应如下：

2Zn(OH) 2 + 2OH - + Ca 2+ + 2H 2 O →CaZn 2 (OH) 6 ·2H 2 O 硼酸钠也是常用的缓凝剂。体系中掺入此种缓凝剂可使大多数木质素磺酸盐的有效温度范围提高到315 ℃。但是要注意，与纤维素和聚胺类降失水剂配伍使用时，有可能使降失水效果下降。

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