新型油井水泥减阻降滤失剂SD10
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加有 SD10 的不同配方油井水 泥浆* 不同温度下的滤失量
外加剂加量 / % SD 10 4 4 5 4 7 6 4 4 4 4 S D52 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 1 2. 5 2. 0 0. 2 0. 3 0. 3 0. 1 0. 1 0. 1 0. 2 0. 1 SD 27 膨润土 H 1 温度 # 压力 / # M Pa 60 # 7 90 # 100 # 90 # 125 # 120 # 90 # 90 # 120 # 7 7 7 7 7 7 7 7 滤失量 / mL 55 68 100 30 35 50 40 65 98 168
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第 17 卷第 2 期
曹智 , 李美平 : 新型油井水泥减阻降滤失剂 SD10
119
情况加入膨润土、 微硅及盐调节。
表4
配方 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 加重减轻料 名称 加量 / %
加有 SD10 的油井 水泥浆 90
密度 / g cm - 3 1. 89 1. 85 1. 85 1. 89 1. 85 1. 89 2. 25 2. 25 2. 20 1. 30 1. 30 1. 81 1. 89 1. 89 SD 10 SD52
度、 反应时间得到一系列产物, 经大量性能评价, 筛 选出油井水 泥减阻 降滤失剂 SD10 并 定型。 SD10 产品为黑红色略呈凝胶状液体, 大分子带支链并弱 交联 , 能快速完全溶于水 , SD10 有效含量 19% ( 理 论计算 ) , 干燥物则不溶于水。 SD10 已由广汉圣油科技开发公司批量生产 , 使 用于四川、 塔里木、 滇黔贵等油气田。 1. 2 其它实验材料与仪器 嘉华、 夹江 G 级水泥, 缓凝剂 H 1( 天津红卫化 工厂产 ) , 高温缓凝剂 SD27( 广汉圣油科技开发公司 产) , 消泡剂 SD52( 广汉圣油科技开发公司产 ) 或其 它油田用消泡剂, 硅粉 ( 乐山嘉华水泥厂生产 , 平均 粒径 35 m) , 油田用钛铁矿粉 ( 250 目) , 漂珠 ( 江油 德胜材料厂产, 过 60 目筛) , SD32 高温减阻剂( 广汉 圣油科技开发公司产) , 水泥浆性能用美国 Chandler 公司水泥浆性能测试仪测定。 1. 3 实验方法 SD10 混入配浆水中 , 其它外加剂根据要求干混 或加入配浆水中。性能测定按 AP I 规范 10! 油井水 泥材料和试验规范∀ 的规定进行。
0Hale Waihona Puke / Pa 73 29 4 6 4 110 29
钛铁矿粉
100
0. 1
钛铁矿粉 100 2. 20 4. 0 0. 05 0. 1 90 0. 812 1. 52 重晶石粉 100 2. 20 4. 0 0. 05 0. 1 90 0. 92 0. 78 硅粉 35 1. 87 4. 0 0. 05 2. 5 90 0. 95 0. 26 * 水泥浆用嘉华 G 级水泥配制 , 流变参数用 Chandler 公司 Chan 3500 型十二速旋转粘度计在 0. 1 M Pa 压力下测定。
加有 SD10 的不同配方油 井水泥浆的流变性能 *
外加剂加量 / % SD 10 SD 52 H 1 SD27 测试温度 / 90 90 4. 0 3. 0 4. 0 4. 0 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 90 90 30 90 n 0. 43 0. 62 1. 18 0. 97 0. 99 0. 65 K / Pa∃ sn 0. 83 0. 79 0. 072 0. 27 0. 01 6. 08 / mPa∃ s 48 37 18 21 13 40 37
使用 SD10 基本上不影响稠化时间和强度。SD10 油 井水泥浆配方易调配 , 浅井、 深井都适用。这从表 5 、 表 6 实验结果得到证实。
加有 SD10 的嘉华 G 级油井水泥浆的稠化时间和抗压强度 *
外加剂加量 / % SD 52 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 H 1 0. 05 0. 05 0. 05 2. 5 0. 10 KCl SD 27 温度 # 压力 / # M Pa 56 # 35 90 # 40 75 # 40 95 # 45 120 # 50 100 # 50 初始稠度 / BC 6. 0 4. 5 7. 0 15. 0 5. 6 5. 0 稠化时间 / min 125 185 89 210 240 210 抗压强度 M Pa 17. 0 23. 8 27. 0 18. 0 21. 0 36. 0
摘要 : 介绍了一种新的共聚物类油井水泥减阻降 滤失剂 SD10。 简 要介绍 了 SD10 的 合成及 产品物 性 , 详 尽报道 了 加有 SD10 的 G 级水泥浆 ( 包括加重 、 减轻水泥浆 ) 的室内性能测试结果 , 报道了 SD10 水泥浆在四 川 、 塔 里木 、 滇黔 桂油气田 4 口井固井中 的应用情况 。SD10 具有优良 的降滤 失和减 阻性能 , 一剂 双效 , 加入 SD10 的水泥 浆显示 良 好的 综合性能 。 加入 SD10 水剂 4% 7% ( 相当于 干剂约 1% ) 可 使 G 级油 井水泥 浆 120 、 7 M P a 滤失 量降低 到 200 mL 甚至 50 mL 以下 , 其流型接近牛顿型 。 关键词 : 减阻降滤失剂 ; 水泥外加剂 ; 油井水泥 ; 产品研究与开发 ; 固 井 中图分类号 : T E256+. 6 文献标识码 : A
2. 4 SD10 对水泥浆沉降稳定性的影响 油井水泥浆沉降稳定性即游离水大小是衡量油 井水泥浆性能好坏的重要指标。如果水泥浆体系不 稳定 , 滤失量和流变参数指标将失去实际指导意义。 表 4 结果说 明加入 SD10 的 油井 水泥浆 流动性 变 好, 游离水大幅降低。特别是稳定性差的加重水泥
浆和低密度的漂珠水泥浆加入 SD10 后, 在流动性 增加的同时游离水降为零。这对在水平井应用有积 极意义。SD10 有较强减阻作用, 单独在净水泥浆中 使用、 当密 度 低于 1. 89 g/ cm 时 , 加 量 不宜 超过 5. 5% , 否则将过度分散水泥浆中颗粒, 破坏水泥浆 体系稳定性, 引起颗粒聚沉。在配方设计中可根据
外掺加重减轻料 名称 加量 / %
硅粉 硅粉 钛铁矿粉 漂珠 漂珠 硅粉
35 35 100 35 35 35
3. 5
110 # 7
* 嘉华 G 级油井水泥 , 外加剂膨润土经预水化 30 m in。
表3
配方 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 外掺加重料 名称 加量 / % 密度 / g cm - 3 1. 89 1. 85 1. 89 1. 85 1. 85 2. 25
1
实验部分
1. 1 油井水泥减阻降滤失剂 SD10 SD10 为磺化乙烯基、 乙烯基、 羰基单体在有催 化剂的 水溶 液中 共聚、 缩 合的 产 物, 含有 、 - OH 基团。改变单体配料比、 催化剂用量、 反应温
SO3
收稿日期 : 1998 04 22; 修改日期 : 2000 03 02。 作者简介 : 曹智 ( 1967- ) , 男 , 1989 年毕业于西南石油学院应用化学专业 , 获学士学位 , 现为四川石 油管理局井下作 业处工程师 , 通讯 地 址 : 618300 四川省广汉市郑州路东段 71 号广汉圣油科技开发公司固井试验室。
第 17 卷第 2 期 2000 年 6 月 25 日
油 田 化 学 Oilfield Chemistry
Vol. 17
No. 2
25 June, 2000
文章编号 : 1000 4092( 2000) 02 0117 04
新型油井水泥减阻降滤失剂 SD10
曹 智, 李美平
( 四川石油管理局井下作业处 , 四川 广汉 618300)
*
滤失量/ mL 嘉华 G 级 夹江 G 级 99 50 40 32 120 72 42 38
* 滤失量在 90 、 7 MP a 下测定。
表2
配方 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 水灰比 0. 44 0. 44 0. 44 0. 50 0. 46 0. 44 0. 32 0. 50 0. 50 0. 44
在固井作业中使用降滤失剂控制油井水泥浆滤 失量来保护油气层产能, 减少固井事故 , 提高固井质 量, 是固井工作中通用的有效方法。近年来国内研 制了大量的不同品种的油井水泥降滤失剂, 但其中 大多数性能不够理想 , 有降低强度、 增稠、 影响水泥 浆沉降稳定性、 增大游离水、 水泥浆综合性能难调等 缺点。我们研制的油井水泥减阻降滤失剂 SD10 一 剂双效, 水剂加量在干水泥质量的 4% 7% , 可将 G 级水泥浆滤失量控制在 200 mL 以内 , 流 变性能 接近牛顿体, 不降低水泥石强度, 能改善水泥浆沉降 稳定性, 降低游离水, 不影响水泥浆稠化时间, 有相 当好的抗盐性, 适宜高矿化度水质, 配方易调, 综合 性能良好。该降滤失剂在四川、 塔里木、 滇黔贵油气 田浅井、 深井、 复杂井现场应用效果理想。
3. 0 4. 0 4. 0 4. 0 4. 0 4. 5 4. 5 4. 0 4. 0 5. 5 7. 0
0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05
钛铁矿粉 钛铁矿粉 钛铁矿粉 漂珠 漂珠
100 100 50 35 35
时的流动度和游离水测定结果
外加剂加量 / % H 1 SD27 硫酸铝 微硅 流动度 / cm 24 27 29 29 0. 1 0. 1 0. 6 0. 8 2. 0 0. 1 0. 25 30 30 17 24 24 26 24 > 30 2. 0 > 30 28 游离水 /% 1. 4 6. 0 1. 5 0. 5 0. 95 0. 5 3. 0 0 0 0 0 分层 分层 0
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油
田
化
学
2000 年
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结果与讨论
出随 SD10 用量增大, 水泥浆的滤失量大幅降低 , 甚 至少于 50 mL 。 2. 2 温度对加入 SD10 水泥浆滤失量的影响 从表 2 结果可见, 温度升高则滤失量增加, 但通 常在 200 mL 以内 , 在 125 时 , 通过调节配方仍能 把滤失量控制在很低范围 , 说明 SD10 具有很好的 抗温能力。 2. 3 SD10 油井水泥浆的流变性能 从表 3 结果看出使用 SD10 的油井水泥浆流变 性能得到极大改善, 流型指数接近 1, 稠度系数、 塑 性粘度、 屈服值明显降低。 SD10 油井水泥浆即使在 高密度固井时也可在不使用减阻剂的情况下 , 在低 泵压下实现低速紊流。 SD10 起到了一剂两用效果, 可简化水泥浆设计 , 节省水泥浆外加剂费用。
2. 1 SD10 加量对水泥浆滤失量的影响 表 1 列出加入不同量 SD10 的 2 种 G 级油井水 泥浆 90 、 7 M Pa、 30 min 滤失量测定结果。可以看
表 1 2 种 G 级水泥浆 ( 密度 1. 89 g/ cm3 ) 的 滤失量随 SD10 加量的变化
加量 /% 0 2. 0 3. 0 3. 5 滤失量/ m L 嘉华 G 级 夹江 G 级 1 250 450 180 135 1 450 580 198 170 加量 /% 4. 0 4. 5 5. 0 6. 0
13 14 * 用嘉华 G 级油井水泥配制。
2. 5 SD10 对油井水泥浆稠化时间和抗压强度影响 在固井施工中, 油井水泥浆的可泵时间和早期 强度是施工人员十分关注的问题。加有 SD10 的油 井水泥浆初始稠度低 , 配浆容易 , 早期强度高, 单独
表5
配方 序号 1 2 3 4 5 6 钛铁矿粉 硅粉 100 35 外掺加重料 名称 加量 / % 密度 / g cm - 3 1. 89 1. 85 1. 87 2. 30 1. 87 1. 89 SD 10 4. 0 4. 0 4. 5 4. 0 4. 0 4. 5
外加剂加量 / % SD 10 4 4 5 4 7 6 4 4 4 4 S D52 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 1 2. 5 2. 0 0. 2 0. 3 0. 3 0. 1 0. 1 0. 1 0. 2 0. 1 SD 27 膨润土 H 1 温度 # 压力 / # M Pa 60 # 7 90 # 100 # 90 # 125 # 120 # 90 # 90 # 120 # 7 7 7 7 7 7 7 7 滤失量 / mL 55 68 100 30 35 50 40 65 98 168
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第 17 卷第 2 期
曹智 , 李美平 : 新型油井水泥减阻降滤失剂 SD10
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情况加入膨润土、 微硅及盐调节。
表4
配方 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 加重减轻料 名称 加量 / %
加有 SD10 的油井 水泥浆 90
密度 / g cm - 3 1. 89 1. 85 1. 85 1. 89 1. 85 1. 89 2. 25 2. 25 2. 20 1. 30 1. 30 1. 81 1. 89 1. 89 SD 10 SD52
度、 反应时间得到一系列产物, 经大量性能评价, 筛 选出油井水 泥减阻 降滤失剂 SD10 并 定型。 SD10 产品为黑红色略呈凝胶状液体, 大分子带支链并弱 交联 , 能快速完全溶于水 , SD10 有效含量 19% ( 理 论计算 ) , 干燥物则不溶于水。 SD10 已由广汉圣油科技开发公司批量生产 , 使 用于四川、 塔里木、 滇黔贵等油气田。 1. 2 其它实验材料与仪器 嘉华、 夹江 G 级水泥, 缓凝剂 H 1( 天津红卫化 工厂产 ) , 高温缓凝剂 SD27( 广汉圣油科技开发公司 产) , 消泡剂 SD52( 广汉圣油科技开发公司产 ) 或其 它油田用消泡剂, 硅粉 ( 乐山嘉华水泥厂生产 , 平均 粒径 35 m) , 油田用钛铁矿粉 ( 250 目) , 漂珠 ( 江油 德胜材料厂产, 过 60 目筛) , SD32 高温减阻剂( 广汉 圣油科技开发公司产) , 水泥浆性能用美国 Chandler 公司水泥浆性能测试仪测定。 1. 3 实验方法 SD10 混入配浆水中 , 其它外加剂根据要求干混 或加入配浆水中。性能测定按 AP I 规范 10! 油井水 泥材料和试验规范∀ 的规定进行。
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钛铁矿粉
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钛铁矿粉 100 2. 20 4. 0 0. 05 0. 1 90 0. 812 1. 52 重晶石粉 100 2. 20 4. 0 0. 05 0. 1 90 0. 92 0. 78 硅粉 35 1. 87 4. 0 0. 05 2. 5 90 0. 95 0. 26 * 水泥浆用嘉华 G 级水泥配制 , 流变参数用 Chandler 公司 Chan 3500 型十二速旋转粘度计在 0. 1 M Pa 压力下测定。
加有 SD10 的不同配方油 井水泥浆的流变性能 *
外加剂加量 / % SD 10 SD 52 H 1 SD27 测试温度 / 90 90 4. 0 3. 0 4. 0 4. 0 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 90 90 30 90 n 0. 43 0. 62 1. 18 0. 97 0. 99 0. 65 K / Pa∃ sn 0. 83 0. 79 0. 072 0. 27 0. 01 6. 08 / mPa∃ s 48 37 18 21 13 40 37
使用 SD10 基本上不影响稠化时间和强度。SD10 油 井水泥浆配方易调配 , 浅井、 深井都适用。这从表 5 、 表 6 实验结果得到证实。
加有 SD10 的嘉华 G 级油井水泥浆的稠化时间和抗压强度 *
外加剂加量 / % SD 52 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 H 1 0. 05 0. 05 0. 05 2. 5 0. 10 KCl SD 27 温度 # 压力 / # M Pa 56 # 35 90 # 40 75 # 40 95 # 45 120 # 50 100 # 50 初始稠度 / BC 6. 0 4. 5 7. 0 15. 0 5. 6 5. 0 稠化时间 / min 125 185 89 210 240 210 抗压强度 M Pa 17. 0 23. 8 27. 0 18. 0 21. 0 36. 0
摘要 : 介绍了一种新的共聚物类油井水泥减阻降 滤失剂 SD10。 简 要介绍 了 SD10 的 合成及 产品物 性 , 详 尽报道 了 加有 SD10 的 G 级水泥浆 ( 包括加重 、 减轻水泥浆 ) 的室内性能测试结果 , 报道了 SD10 水泥浆在四 川 、 塔 里木 、 滇黔 桂油气田 4 口井固井中 的应用情况 。SD10 具有优良 的降滤 失和减 阻性能 , 一剂 双效 , 加入 SD10 的水泥 浆显示 良 好的 综合性能 。 加入 SD10 水剂 4% 7% ( 相当于 干剂约 1% ) 可 使 G 级油 井水泥 浆 120 、 7 M P a 滤失 量降低 到 200 mL 甚至 50 mL 以下 , 其流型接近牛顿型 。 关键词 : 减阻降滤失剂 ; 水泥外加剂 ; 油井水泥 ; 产品研究与开发 ; 固 井 中图分类号 : T E256+. 6 文献标识码 : A
2. 4 SD10 对水泥浆沉降稳定性的影响 油井水泥浆沉降稳定性即游离水大小是衡量油 井水泥浆性能好坏的重要指标。如果水泥浆体系不 稳定 , 滤失量和流变参数指标将失去实际指导意义。 表 4 结果说 明加入 SD10 的 油井 水泥浆 流动性 变 好, 游离水大幅降低。特别是稳定性差的加重水泥
浆和低密度的漂珠水泥浆加入 SD10 后, 在流动性 增加的同时游离水降为零。这对在水平井应用有积 极意义。SD10 有较强减阻作用, 单独在净水泥浆中 使用、 当密 度 低于 1. 89 g/ cm 时 , 加 量 不宜 超过 5. 5% , 否则将过度分散水泥浆中颗粒, 破坏水泥浆 体系稳定性, 引起颗粒聚沉。在配方设计中可根据
外掺加重减轻料 名称 加量 / %
硅粉 硅粉 钛铁矿粉 漂珠 漂珠 硅粉
35 35 100 35 35 35
3. 5
110 # 7
* 嘉华 G 级油井水泥 , 外加剂膨润土经预水化 30 m in。
表3
配方 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 外掺加重料 名称 加量 / % 密度 / g cm - 3 1. 89 1. 85 1. 89 1. 85 1. 85 2. 25
1
实验部分
1. 1 油井水泥减阻降滤失剂 SD10 SD10 为磺化乙烯基、 乙烯基、 羰基单体在有催 化剂的 水溶 液中 共聚、 缩 合的 产 物, 含有 、 - OH 基团。改变单体配料比、 催化剂用量、 反应温
SO3
收稿日期 : 1998 04 22; 修改日期 : 2000 03 02。 作者简介 : 曹智 ( 1967- ) , 男 , 1989 年毕业于西南石油学院应用化学专业 , 获学士学位 , 现为四川石 油管理局井下作 业处工程师 , 通讯 地 址 : 618300 四川省广汉市郑州路东段 71 号广汉圣油科技开发公司固井试验室。
第 17 卷第 2 期 2000 年 6 月 25 日
油 田 化 学 Oilfield Chemistry
Vol. 17
No. 2
25 June, 2000
文章编号 : 1000 4092( 2000) 02 0117 04
新型油井水泥减阻降滤失剂 SD10
曹 智, 李美平
( 四川石油管理局井下作业处 , 四川 广汉 618300)
*
滤失量/ mL 嘉华 G 级 夹江 G 级 99 50 40 32 120 72 42 38
* 滤失量在 90 、 7 MP a 下测定。
表2
配方 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 水灰比 0. 44 0. 44 0. 44 0. 50 0. 46 0. 44 0. 32 0. 50 0. 50 0. 44
在固井作业中使用降滤失剂控制油井水泥浆滤 失量来保护油气层产能, 减少固井事故 , 提高固井质 量, 是固井工作中通用的有效方法。近年来国内研 制了大量的不同品种的油井水泥降滤失剂, 但其中 大多数性能不够理想 , 有降低强度、 增稠、 影响水泥 浆沉降稳定性、 增大游离水、 水泥浆综合性能难调等 缺点。我们研制的油井水泥减阻降滤失剂 SD10 一 剂双效, 水剂加量在干水泥质量的 4% 7% , 可将 G 级水泥浆滤失量控制在 200 mL 以内 , 流 变性能 接近牛顿体, 不降低水泥石强度, 能改善水泥浆沉降 稳定性, 降低游离水, 不影响水泥浆稠化时间, 有相 当好的抗盐性, 适宜高矿化度水质, 配方易调, 综合 性能良好。该降滤失剂在四川、 塔里木、 滇黔贵油气 田浅井、 深井、 复杂井现场应用效果理想。
3. 0 4. 0 4. 0 4. 0 4. 0 4. 5 4. 5 4. 0 4. 0 5. 5 7. 0
0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05 0. 05
钛铁矿粉 钛铁矿粉 钛铁矿粉 漂珠 漂珠
100 100 50 35 35
时的流动度和游离水测定结果
外加剂加量 / % H 1 SD27 硫酸铝 微硅 流动度 / cm 24 27 29 29 0. 1 0. 1 0. 6 0. 8 2. 0 0. 1 0. 25 30 30 17 24 24 26 24 > 30 2. 0 > 30 28 游离水 /% 1. 4 6. 0 1. 5 0. 5 0. 95 0. 5 3. 0 0 0 0 0 分层 分层 0
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结果与讨论
出随 SD10 用量增大, 水泥浆的滤失量大幅降低 , 甚 至少于 50 mL 。 2. 2 温度对加入 SD10 水泥浆滤失量的影响 从表 2 结果可见, 温度升高则滤失量增加, 但通 常在 200 mL 以内 , 在 125 时 , 通过调节配方仍能 把滤失量控制在很低范围 , 说明 SD10 具有很好的 抗温能力。 2. 3 SD10 油井水泥浆的流变性能 从表 3 结果看出使用 SD10 的油井水泥浆流变 性能得到极大改善, 流型指数接近 1, 稠度系数、 塑 性粘度、 屈服值明显降低。 SD10 油井水泥浆即使在 高密度固井时也可在不使用减阻剂的情况下 , 在低 泵压下实现低速紊流。 SD10 起到了一剂两用效果, 可简化水泥浆设计 , 节省水泥浆外加剂费用。
2. 1 SD10 加量对水泥浆滤失量的影响 表 1 列出加入不同量 SD10 的 2 种 G 级油井水 泥浆 90 、 7 M Pa、 30 min 滤失量测定结果。可以看
表 1 2 种 G 级水泥浆 ( 密度 1. 89 g/ cm3 ) 的 滤失量随 SD10 加量的变化
加量 /% 0 2. 0 3. 0 3. 5 滤失量/ m L 嘉华 G 级 夹江 G 级 1 250 450 180 135 1 450 580 198 170 加量 /% 4. 0 4. 5 5. 0 6. 0
13 14 * 用嘉华 G 级油井水泥配制。
2. 5 SD10 对油井水泥浆稠化时间和抗压强度影响 在固井施工中, 油井水泥浆的可泵时间和早期 强度是施工人员十分关注的问题。加有 SD10 的油 井水泥浆初始稠度低 , 配浆容易 , 早期强度高, 单独
表5
配方 序号 1 2 3 4 5 6 钛铁矿粉 硅粉 100 35 外掺加重料 名称 加量 / % 密度 / g cm - 3 1. 89 1. 85 1. 87 2. 30 1. 87 1. 89 SD 10 4. 0 4. 0 4. 5 4. 0 4. 0 4. 5