常用固井外加剂及作用机理

关于常用固井外加剂及作用机理1第1页，课件共49页，创作于2023年2月促凝剂一、促凝剂种类（1）无机盐类：氯盐：CaCl2、NaCl、NH4CL、FeCl3、AlCl3等硫酸盐及其它盐：Na2SO4、K2SO4、Na2SiO4等碱：NaOH、KOH、Al(OH)3等（2）有机化合物：主要包括甲酸钙、草酸、三乙醇胺、三乙渣、三聚氰胺甲醛树脂等。（3）复合促凝早强体系：如CaCl2+Na2SO4、CaSO4+NaNO2+三乙醇胺、三乙醇胺+NaCl、三异丙醇胺+亚硝酸钠、Na2SO4+NaNO2、甲酸钙+NaNO2等。第2页，课件共49页，创作于2023年2月促凝剂二、促凝剂主要作用机理

（1）同离子效应与盐效应。改变胶凝材料的溶解度，加快水化进程。（2）生成复盐、络合物或难溶化合物。与水泥胶体矿物发生化学作用，生成溶度积比相应单盐更小的复盐、络合物或难溶化合物，加快水化反应进程。（3）形成结晶中心加速水泥的凝结与硬化。第3页，课件共49页，创作于2023年2月4促凝剂三、海上常用油井水泥促凝剂

系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-A90SCA904/3S2.150～501-6用于表层，提高早期强度和触变性PC-A90LCA901L1.30-1.350～601-3PC-A91SCA931S2.10～60<4用于表层，缩短稠化时间，提高早期强度PC-A93LCA904L/G209L1.3528-1101.5-4PC-A94LCA908S1.270～700.5-3油层专用早强剂PC-A95SCA950S2.520-1602-4用于PC-HAD®

体系，提高早期和最终强度第4页，课件共49页，创作于2023年2月5分散剂一、分散剂种类木质素磺酸盐及衍生物：要包括木质素磺酸钙（钠）、铁铬盐。环芳基磺酸盐甲醛缩合物：即由煤焦油或其它含芳香族化合物化工副产物经深加工得到的产品水溶性密胺树脂：即磺化三聚氰胺甲醛树脂，它是由三聚氰胺、甲醛和焦亚硫酸钠为原料经加成、磺化、缩合后制成的一种高分子聚合物。磺化醛酮缩合物：即用甲醛、丙酮和焦亚硫酸钠在一定条件下反应制得，其成本低、无缓凝、无起泡副作用，可用于高温高压井段的固井。磺化乙烯基类聚合物及衍生物：主要包括磺化聚苯乙烯或与其它单体，如马来酸酐、丙烯酸、丙烯酰胺等的共聚物。具有稳定性好、耐高温、不起泡、不缓凝和减阻效果明显等特点，在盐水浓度从5%到37.5%的水泥浆中有明显的分散减阻效果，但成本高。第5页，课件共49页，创作于2023年2月6分散剂二、分散剂的主要作用机理

吸附—分散和释放游离水机理形成扩散双电层润湿、润滑作用微气泡润滑作用四、海上常用分散剂系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-F41SCF450S1.230-1800.2-1.5用于PC-HAD®

体系，降低流动阻力和触变性PC-F41LCF401/4L1.2-1.220～1500.3-2.0PC-F44LCF401S1.08-1.1030-1200.5-3.0分散水泥浆，降低流动阻力和触变性第6页，课件共49页，创作于2023年2月7降失水剂

一、降失水剂种类

颗粒材料：膨润土、石灰石粉、沥青质、热塑性树脂、乳胶（粒径为200~500纳米的聚合和乳液体系）、聚醋酸乙烯酯（使用温度小于50℃）、丁苯乳胶（苯乙烯-丁二烯）（使用温度达176℃）和聚乙烯醇乳胶、苯乙烯-甲基苯乙烯甲脂、苯乙烯-丁二烯-丙烯酸乙酯等。纤维素衍生物：包括羟乙基纤维素（HEC）、改性羟乙基纤维素（HMHEC）、羟丙基纤维素（HPC）、羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）等。木质素改性产物：磺化或磺甲基化木质素与甲醛、多胺反应得到胺基化产物。丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物（AM/AA）：AM/AA-Na；丙烯酰胺-乙烯基咪唑（VI）二元共聚物和丙酰胺-AMPS-咪唑三元共聚物；N,N-二甲基丙烯酰胺-AMPS共聚物（NNDMA/AMPS）、AA/AMPS共聚物和CMHEC高温耐盐降失水剂体系；第7页，课件共49页，创作于2023年2月8降失水剂

一、降失水剂种类

乙烯基吡咯烷酮类共聚物：乙烯基吡咯烷酮-丙烯酰胺三嵌段共聚物（AM-VP-AM）；AMPS-VP-AM-AA四元共聚物。磺化苯乙烯类共聚体系：磺化苯乙烯/马来酸酐共聚物和磺化芳烃聚合物的混合体系；苯乙烯/AMPS共聚物（ST/AMPS）。聚乙烯多胺类降失水剂体系：聚乙烯多胺（或亚胺）与磺化苯乙烯反应的产物；聚胺低温降失水剂。第8页，课件共49页，创作于2023年2月9降失水剂

二、降失水剂主要作用机理

减少滤饼渗透性，改善水泥滤饼

（1改善水泥颗粒分布，阻塞滤饼空隙形成致密滤饼以降低失水。（2在滤饼和地层交界面形成一层非渗透性膜，如水溶性聚合物降失水剂可通过高分子链吸附到水泥颗粒表面（离子型聚合物发生静电吸附；非离子型通过氢键或诱导作用吸附在水化层上），使水泥颗粒相互发生桥接，形成网状结构，束缚更多的游离液，达到降失水的目的；线性高分子链的柔顺性，还使滤饼具有高弹性和粘弹性，并在水泥浆体中形成结构松散的胶凝聚集态稳定地楔入滤饼，使滤饼更致密。增大液相粘度即增大向地层的滤失阻力来降低水泥浆失水，但专靠高分子聚合物来提高粘度，抑制游离的流动来减小滤失量不是最佳途径，它会引起水泥浆流动性变差。第9页，课件共49页，创作于2023年2月10降失水剂

三、海上常用降失水剂

系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-G34SCG304S1.2640-1200.8-2.0纤维素类降失水剂，轻微增加水泥浆触变性PC-G71SCG701S/711S1.8-1.925-1201.0-2.0用于PC-LET®

，干混，降低水泥浆失水PC-G70LCG701L1.02-1.0440-1154.5-5.5中低温降失水剂，水混PC-G71LCG71L/704L1.0-1.140-934.0-7.0预交联型中低温降失水剂PC-G72LCG729L1.0230-1203.5-7.0抗污染型中低温降失水剂PC-G73LCG712L1.05-1.130-933.0-9.0防冻型中低温降失水剂PC-G80LCG609L1.0830-1203.0-8.0多功能降失水剂，降低水泥浆失水PC-G81LCG608L1.0520-1802.5-6.0抗盐型多功能降失水剂，兼有分散作用第10页，课件共49页，创作于2023年2月11降失水剂

三、海上常用降失水剂系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-G82L1.2820-1802.5-6.0抗盐型多功能温度普适性降失水剂PC-G50SCG350S2.530-901.5-2.5用于PC-HAD®

体系，中低温降失水剂PC-G51SCG750S1.550-1801.0-2.0用于PC-HAD®

体系，中高温降失水剂PC-GR5PCR168L1.140-1204.0-8.0用于PC-RUB®

体系，中低温降失水剂PC-GR6PCR169L1.1100-1807.0-13.0用于PC-RUB®

体系，中高温降失水剂PC-GR1CR505L1.0230-1505.0-15.0用于PC-RUB®

体系，温度普适性降失水剂PC-GS1GASEAL12.530-701.5-3中低温防气窜剂，防止环空气体运移PC-GS2GASEAL22.560-1801.5-3中高温防气窜剂，防止环空气体运移第11页，课件共49页，创作于2023年2月12缓凝剂一、缓凝剂种类木质素磺酸盐及其衍生物：此类缓凝剂主要用于122℃以下条件，其中起缓凝作用的是糖类。木质素磺酸盐衍生物主要包括铁铬木质素磺酸盐和改性木质素磺酸盐。羟基羧酸盐：主要包括苹果酸、柠檬酸、葡萄糖酸、葡萄糖二酸、葡庚糖酸、酒石酸及其钠钾钙盐。它们的羟基和羧基官能团起良好的缓凝作用。糖类化合物：如蔗糖、棉子糖。通过碱性水解，生成含有α羟基的化合物（HO-C-C=O）或糖酸，强烈吸附在C-S-H凝胶上，阻止水泥水化的进行。改性淀粉：天然高分子材料，可在酸、氰化物等条件下水解为葡庚糖酸盐。改性淀粉有显著的缓凝效果，但对水泥强度有影响。第12页，课件共49页，创作于2023年2月13缓凝剂一、缓凝剂种类

纤维素衍生物：纤维素是β-葡萄糖甙基组成的高分子，处理后的衍生物可用为高温抗盐缓凝剂及降失水剂。主要包括CMC、HEC、CMHEC等。作用是吸附在水泥颗粒上，减慢水渗入水泥颗粒的速度达到缓凝,但有增稠作用。有机磷酸及其盐：耐温达204℃。对水泥组成细微变化不敏感，且有助于降低高密度水泥浆的粘度。作用机理是磷酸基吸附在水泥颗粒表面延缓水泥浆的水化。无机化合物：无机盐和盐，即硼酸、硼酸盐、磷酸、磷酸盐、氢氟酸、氢氟酸盐、铬酸、铬酸盐；氯化钠，NaCl浓度大于20%（BWOC）时；氧化物，即氧化锌和氧化铅。ZnO的缓凝作用是由于Zn(OH)2的溶解度很小，具有很低的渗透率，沉积到水泥颗粒表面，从而延缓了水泥水化。不同无机物缓凝机理不同。第13页，课件共49页，创作于2023年2月14缓凝剂一、缓凝剂种类

合成高温缓凝剂AMPS体系

a.AMPS/AA共聚物：在低于93℃范围（加量为0.5~0.8%），随温度升高水泥浆的稠化时间变化很小；在93~120℃范围，稠化时间与温度AMPS/AA加量是线性关系。与HEC降失水剂反应，可形成触变水泥。与羧酸缓凝剂配伍产生叠加作用，在140~180℃，获得合理的稠化时间和良好的水泥强度发展。与NaCl叠加，也可强化缓凝效果。与硼酸盐复配可用于190℃以上高温。AMPS共聚物体系的缓凝机理与木质素磺酸盐相似，为络合作用和成核机制的协同作用机理。b.AMPS-衣康酸共聚物：AMPS与衣康酸（甲叉基丁二酸）的摩尔比为73/27时有非常优越的缓凝作用，上限温度260℃。其缓凝作用是通过与铝酸三钙、硅酸三钙的反应而完成的。AMPS/衣康酸共聚物优先吸附于C3A上，阻碍了水分子的攻击，减缓其水化速度。第14页，课件共49页，创作于2023年2月15缓凝剂二、缓凝剂的主要作用机理目前对缓凝作用机理有四种基本理论：（1）吸附理论。缓凝剂通过吸附在水泥颗粒表面阻止水泥颗粒与水接触，达到缓凝目的。（2）沉积理论。缓凝剂与液相中Ca2+或OH-离子反应，在水泥颗粒表面形成不溶性非渗透层，延缓水泥水化。（3）晶核理论。缓凝剂吸附到水泥水化物的微晶核上，阻碍晶体增长。（4）络合理论。缓凝剂与液相中的Ca2+络合以阻止晶核的形成。缓凝剂对水泥浆的缓凝作用可包括以上四种机理，也可是其中的一种、两种或三种。第15页，课件共49页，创作于2023年2月16缓凝剂二、缓凝剂的主要作用机理缓凝剂的缓凝作用还可从其本身性质、其与水泥相的作用来讨论：（1）有机表面活性剂类缓凝剂可通过吸附、分散、润湿作用，在水泥水化初期，通过扩散双电层，分散水泥颗粒，并在水泥颗粒表面形成溶剂化膜，延缓水泥的水化反应速度，起到缓凝的作用。（2）含有-OH、-C=O、-COO-、-SO3、-O-CH3等活性基团的缓凝剂，可与水泥颗粒表面Ca2+形成难溶化合物，以延缓水泥水化。（3）具有适当结构及组成的阴离子或分子可通过氢键吸附到固体表面的O2-离子上，控制水泥颗粒的水化，推迟C-S-H、Ca(OH)2的成核、结晶，从而延缓水泥水化。（4）无机盐缓凝剂则主要是通过电性作用改变水泥浆的ζ电位，通过同离子效应、形成复盐、络盐等来阻止水泥水化。第16页，课件共49页，创作于2023年2月17缓凝剂三、海上常用缓凝剂系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-H20LCH21L1.150～1201.0-3.0中低温缓凝剂，与PC-G3/6系列降失水剂配套使用PC-H21L209/CH211L/2501.230-1200.1-2.0中低温缓凝剂，与PC-G7系列降失水剂配套使用PC-H23LCH28/3011.293-1651.2-3.0

PC-H24SCH204S1.9540-1000.05-1.2

PC-H24LCH218L1.0335-930.3-2.0

PC-H32LGH9L1.0560-1700.3-2.5中高温缓凝剂，与PC-G7/8系列降失水剂配套使用PC-H33LCH311L1.1105-1901.0-5.0

PC-H34SCH314S1.25110-1700.5-1.8

PC-H34L318L/HX-MH02L1.2110-1602-6

第17页，课件共49页，创作于2023年2月18减轻剂一、减轻剂种类（1）膨润土膨润土是现场常用的减轻材料，主要组分为蒙脱石。其掺量一般是2%~20%（BWOC），每增加1%膨润土含量，需额外补充5.3%（BWOC）的水。对于指定水泥应该进行最佳需水量的试验，把失水和自由水降到最低。如果掺量在6%以上，就需加分散剂来改善流变参数和降低胶凝强度。（2）液体硅酸钠液体硅酸钠也称水玻璃或泡花碱，是硅酸钠的40%水溶液。一般在配浆时先加到水中。若所设计的水泥浆体系中含有氯化钙的话，必须在加入水玻璃之前加到水中，以获得理想的填充效果，其它材料可相继加入。其加量一般是17.8~53.3L/t。第18页，课件共49页，创作于2023年2月19减轻剂一、减轻剂种类（3）硅藻土硅藻土是由海水或淡水沉积下来的硅藻残骸形成的硅质生物沉积岩，它的主要成分是含10%水的不定形水合二氧化硅蛋白。将其研磨到接近水泥的细度，其比面积可以很大，是很好的吸水性填充剂。（4）粉煤灰粉煤灰是从以煤为燃料的发电厂锅炉烟气中收集的灰渣，一般呈不规则球状熔融颗粒。其化学成分以Al2O3和SiO2为主。粉煤灰具有一定的活性，其活性取决于非晶态的玻璃体成分、结构和性质，而与结晶矿物无关。玻璃体含量越多，粉煤灰化学活性越高。粉煤灰密度一般为1.8~2.6g/cm3，颗粒直径为0.5μm~300μm。作为油井水泥填充剂，应选用Al2O3和SiO2含量高而烧失量较小，玻璃体和微珠含量较高而颗粒较细的粉煤灰为宜。第19页，课件共49页，创作于2023年2月20减轻剂一、减轻剂种类（5）微硅微硅也称硅石、超细硅粉或微硅石，是生产硅、硅铁或其它硅合金的副产品——硅石蒸汽冷凝物。每个颗粒都是不定形玻璃微珠，平均粒度0.1~0.2μm之间，比面积特别大，在15000~25000m２/kg之间。具有很好的反应活性，一般加量是15%~28%（BWOC）。（6）膨胀珍珠岩由酸性玻璃质熔岩（如珠光岩、松脂岩和黑曜石等）碾碎到一定大小，经高温焙烧至软化状态，其内部的结合水变成高压水汽，力图外逸，而使粘稠的玻璃质颗粒不断膨胀，再迅速冷却，即形成多孔结构的产品——膨胀珍珠岩。膨胀珍珠岩的密度是2.4g/cm3，容重为0.1~0.2kg/m3，空隙间可以吸存比自身质量重五六倍的水分。为防珍珠岩漂浮，可掺2%~4%的膨润土。加入量为2%~4%（BWOC）可使水泥浆有1.7~1.20kg/m3的密度范围。一般水灰比控制在0.89以上，不得超过1.07。第20页，课件共49页，创作于2023年2月21减轻剂一、减轻剂种类（7）空心微珠空心微珠有空心玻璃微珠和尿醛树脂空心微珠两类。其密度小于0.7g/cm3，用于超低密度高强水泥浆体系，解决易漏地层和地热井、热采井固井施工问题。1）空心玻璃微珠空心玻璃微珠主要化学成分为二氧化硅、氧化铝。粒度50~300目，直径为45~300μm。空心微珠具有以下优点：易润湿、易混合、拌灰容易；可作为超低密度水泥浆减轻剂，其水泥石强度较高；该水泥体系（密度小于1.0）的动切力较高、水泥石渗透率低；与其它水泥外加剂相容性好。第21页，课件共49页，创作于2023年2月22减轻剂一、减轻剂种类（7）空心微珠空心微珠降低水泥浆密度的原因是微珠内封闭了一些气体使微珠本身密度小，这些封闭的气体在降低水泥浆密度中起了主要作用。空心微珠在大气压力下平均密度为0.63g/cm3，有40MPa下密度为1g/cm3。此外，微珠较其它减轻材料的吸水性低，因此，可以适当降低水灰比而有利于提高水泥石的抗压强度。调整空心微珠的加量，所配制的水泥浆密度可变化在1.0~1.7g/cm3范围。商品名称CP61国产漂珠Spherelite(哈里伯顿产品)化学组分及含量%SiO255～5955Al2O335～3629Fe2O33～55CaO1.5～3.61.5MgO0.8～4—漂珠的特性粒径，μm40～25040～250壁厚（为粒径的%）5～30—密度，g/cm30.5～0.70.685视密度，g/cm30.310～0.3950.370注：视密度与单个漂珠的密度不同，它表示一定质量漂珠放置在容器中所占单位体积的质量第22页，课件共49页，创作于2023年2月23减轻剂一、减轻剂种类2）尿醛树脂空心微珠尿醛树脂空心微珠是前苏联以一种尿醛树脂溶液加固化剂氯化铵在高度分散条件下而制成的。微珠的视密度很小，只有0.05g/cm3，因此加入少量微珠即可使水泥密度大幅度降低。尿醛微珠加量5%（质量分数），水泥浆密度即由1.80g/cm3降到1.2g/cm3。这是因为尿醛空心微珠自身密度非常低，在加入量5%（质量分数）时使水泥体积增加三倍，同时配浆所需水灰比增加到0.84，所以使该体系在小微珠加量下，就可获得低密度水泥浆。第23页，课件共49页，创作于2023年2月24减轻剂二、作用机理减轻剂依据其作用原理不同可分为三类：一类是膨润土类材料，其吸附能力强，造浆率高，即通过水泥浆高的水灰比来降低水泥浆的密度；第二类是低密度的材料，因其自身的密度比水泥轻，故加入水泥浆后可使水泥浆密度降低，如漂珠、玻璃微珠等；第三类是泡沫水泥，以向水泥浆中充气或发气的办法，形成泡沫水泥使之形成超低密度。第24页，课件共49页，创作于2023年2月25减轻剂三、海上常用减轻剂系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-P50CP502.650-2600.5-3用于表层/技术套管，通常预水化使用PC-P61CP61/CP640.65-0.70～2000～100用于PC-LET®

，填充且提高水泥强度PC-P70LCP100L1.360～1201.0-10.0通常用于LAS，降低水泥浆密度控制自由水第25页，课件共49页，创作于2023年2月26加重剂一、加重剂种类（1）重晶石（BaSO4）重晶石为最常用的水泥加重材料。密度为4.3~4.6g/cm3。使用时要磨细，其粒度要求300目。粒度较细的重晶石粉在水泥浆中分散较好，对保持胶体安定性有利。其不利的一面是粒度太细，使水灰比增大，不但削弱了它对水泥浆加重的作用，同时又使水泥石强度下降。用重晶石配制的水泥浆密度可达到2.2g/cm3左右。重晶石虽然使使用较普遍，但从综合性能来看不如铁矿和赤铁矿。（2）钛铁矿钛铁矿是经机械加工研磨成适宜细度的黑色颗粒粉状材料，其主要化学成分为TiO2·Fe3O4。密度为4.45g/cm3，粒度为200目左右。可使水泥浆密度调整到2.4g/cm3左右，对水泥浆的稠化时间和强度影响很小。第26页，课件共49页，创作于2023年2月27加重剂一、加重剂种类（3）赤铁矿赤铁矿是具有天然磁性的金属光泽的暗红色粉未，主要成分Fe2O3，密度5.0~5.3g/cm3以上，细度过40~200目筛。对缓凝剂有吸附作用。可使水泥浆密度加重到2.4g/cm3左右，与分散剂、降失水剂等复配应用时，可使水泥浆密度提高到2.6g/cm3.（4）氧化锰加重材料此加重材料是锰铁合金生产中的副产品，含氧化锰96%~98%（质量分数），密度4.9g/cm3，与赤铁矿相似。粒径小于10um。比表面为3.0m2/g，10倍于水泥颗粒表面。因此在水泥浆中悬浮性能好，浆体稳定，可使水泥浆密度增加到2.5g/cm3。第27页，课件共49页，创作于2023年2月28加重剂二、常用加重剂系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-D10CD105.0-5.0520-30030-300赤铁矿，应干混，提高水泥浆密度PC-D20CD205.0-5.0520-30030-300赤铁矿，应干混，提高水泥浆密度PC-D30CD-X4.9-5.020-30030-300冲洗、隔离液专用的锰铁矿粉第28页，课件共49页，创作于2023年2月29固结增强剂一、固结增强剂种类（1）微膨胀材料此类材料主要用于防止水泥石的收缩，有效封闭环空微隙，改善水泥环与套管、地层的界面胶结状况。a．SEP型油井水泥膨胀剂。此膨胀剂主要成分为活性CaO，Al2O3以及CaSO4或少量MgO等。掺有SEP型水泥膨胀剂的水泥在水化时，通过膨胀组分的反应促进钙矾石的早期形成，并随着水化进程，钙矾石晶体不断长大，使水泥浆硬化时体积膨胀。在井下有限空间和高压条件下时，由于膨胀率为0.2%左右。其微小膨胀补偿了水泥浆硬化过程中产生的体积收缩。同时，由于膨胀过程化学预应力作用增强水泥环与套管、地层的界面胶结强度。实验证明加入1%~2%SEP型膨胀剂，可使界面胶结强度提高30%~40%。第29页，课件共49页，创作于2023年2月30固结增强剂一、固结增强剂种类b.硫铝酸盐与石膏体系。此膨胀体系由含有稳定的硫铝酸钙的熟料和石膏，经分别磨细混拌而成，比表面积要求大于4600cm2/g。此类膨胀剂体系较少的加量就可达到良好的膨胀效果。c.燃烧氧化镁类。加有燃烧氧化镁的水泥浆在水化过程中，其中的氧化镁水化生成氢氧化镁，体积大于初始体积，从而使水泥浆发生膨胀。氧化镁必须经过1100~1300℃煅烧，在288℃也有良好的膨胀性能，其加量为0.25%~1.0%。d.氧化钙复合体系。以活性CaO粒子为核心，表面被Ca(OH)2或CaCO3（或两者并存）的外壳所包裹而构成。其中的CaO遇水迅速水化，体积增大，可达100%，从而达到膨胀的效果。e．发气类膨胀剂。此类材料利用某些化学反应生成气体（如氢气、氮气等）的方法来达到使水泥浆膨胀的目的。控制化学反应速度就可以控制发气量。例如铝粉可以和水泥浆中的碱性材料Ca(OH)2反应生成氢气微小气泡，使水泥浆充气膨胀。第30页，课件共49页，创作于2023年2月31固结增强剂一、固结增强剂种类（2）水泥增强材料此类材料专门利用颗粒堆积原理来提高低密度水泥石的早期强度，如工程院的CRET低密度油井水泥增强材料。CRET是由多种活性的超细胶凝材料组成的。它是以线性堆积模型和固体悬浮模型为基础，根据紧密堆积理论而优化设计的。利用合理的物料颗粒级配以及改善物料的表面性质，减少物料颗粒间的充填水和表面的润滑水提高单位体积水泥浆中固相，形成更加致密的水泥石；通过超细矿物材料之间的物理化学作用等手段，提高低密度水泥浆的力学性能。它可与各级别油井水泥、漂珠等一起使用配制出密度为1.2~1.80g/cm3的高性能低密度水泥浆，水泥浆的性能可与正常密度水泥浆相媲美。在漂珠低密度水泥浆中掺入CRET，可显著提高水泥浆的体积稳定性和沉降稳定性，减少游离液含量，降低水泥浆失水量，缩短过渡时间，提高水泥浆防窜能力，提高水泥石强度，形成稳定均匀的水泥石。掺加CRET配制的高强度低密度水泥浆适合于低压易漏井、长封固段井、水平井、热采井及常规生产井的固井作业。第31页，课件共49页，创作于2023年2月32固结增强剂一、固结增强剂种类（3）防H2S和CO2材料在封隔含H2S和CO2的地层时，需要考虑水泥石的防腐蚀问题。防腐蚀外加剂主要通过与H2S或CO2反应在水泥石表面生成一层致密的薄膜阻止水泥石进一步被腐蚀。为适应高温高压油气田固井中的气窜和水泥石的腐蚀问题，我公司与科研院所和外加剂生产厂合作开发了一些具有防窜防腐作用的外加剂，例如高效缓蚀剂CRC。CRC是一种含羟基羰基的高分子聚合物，与PCR168L（胶乳类）所配制的水泥浆具有良好的流变性和及其优越的凝结性能。最适宜较深充气地层高温超压井的固井及抗二氧化碳对水泥石的腐蚀作用。CRC高效缓蚀剂主要起抗二氧化碳侵蚀作用。PCR168L（胶乳类）本身就有抗二氧化碳侵蚀作用，与CRC缓蚀剂配伍后，更增加了水泥石的密度，使水泥石的粒子有一层高分子聚合物保护膜，大大的增加了水泥石的使用寿命。第32页，课件共49页，创作于2023年2月33固结增强剂二、海上常用固结增强剂系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-B10EXP-12.28-2.340-1100.5-1.0减少水泥石收缩，提高早期强度PC-B20CJ129S-C1.7830-1200.5-1.5微膨胀补偿水泥石收缩，提高界面胶结强度PC-B401.8620-1300.2-1.0产生惰性气体补偿水泥浆失重，提高胶结强度PC-B50HSDA2.590-1800.5-1.5双作用微膨胀剂，提高胶结强度PC-B60CB1000.9320-1800.1-0.3增加水泥石韧性，兼有堵漏功能PC-B80CRC1-1.0540-1202.0-8.0防止CO2气体对水泥石的腐蚀PC-BT1CRET12.80～18010-100用于PC-LET®

提高水泥石强度，不含降失水剂PC-BT2CRET22.80～18010-100用于PC-LET®

提高水泥石强度，兼有降失水功能第33页，课件共49页，创作于2023年2月34稳定剂一、稳定剂种类（1）稳定交联剂此类稳定剂一般是与特定外加剂配伍使用。比如CJ103S，与PC-G6系列降失水剂配伍使用提高水泥浆的稳定性。CJ103S是由多价金属离子无机盐及含氮化合物相配而成，利用多价离子使聚合物交联，形成聚合物集链束堵塞水泥固相滤饼的空隙，达到减少滤饼渗透，降低失水的目的。CJ129L交联剂是多种有机物和无机物组成的混合物，与CG729L一起使用，具有降低失水量和减少自由水等功能，早期强度发展快，防冻性能好。

第34页，课件共49页，创作于2023年2月35稳定剂一、稳定剂种类（2）CT103L调节剂此调节剂是专用于CG703L降失水剂水泥浆的外加剂，是以无机盐为主体的混合液体。它通过提供氢离子，使CG703L降失水剂水泥浆的混合水呈弱酸性、抗胶凝、控制交联，达到稳定水泥浆体系的目的。（3）防沉降稳定剂此稳定剂主要是在特定的水泥浆体系中通过增强水泥浆的悬浮性而防止水泥浆沉降。一般能明显改善水泥浆的流动性。主要是由有机物、易水化天然矿粉、气相二氧化硅等混合配制而成。如西石友联的STAB系列，三元的CG600S等第35页，课件共49页，创作于2023年2月36稳定剂二、海上常用稳定剂系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-J10SCJ103S1.330-1200.05-0.3与PC-G6系列降失水剂配套使用，提高水泥浆稳定性PC-J12LCJ129S/L1.2530-1200.5-1.5与PC-G72降失水剂配套使用，提高水泥浆稳定性PC-J12S1.0530-1200.5-1.5PC-J20LCS9081.220-1100.5-2.5与PC-G8系列降失水剂配套使用，提高水泥浆稳定性PC-J45SSTAB-A2.520-1202-8用于PC-HAD®

体系，在中低温范围提高水泥浆稳定性PC-J46SSTAB-B2.580-2002-8用于PC-HAD®

体系，在中高温范围提高水泥浆稳定性PC-J50SCG600S1.22-1.2838-1300.3-1.0用于PC-RUB®体系，提高乳胶水泥浆体系的稳定性第36页，课件共49页，创作于2023年2月37抗高温材料热稳定剂主要是石英砂，一般二氧化硅含量可达96%~99%。分粗细两种，通过70~200目方孔筛者为硅砂，通过325目为硅粉。主要用于防止高温条件下的水泥石强度衰退。研究表明，使用硅粉的最低温度为110℃，在此温度下，纯水泥浆会发生强度衰退。井底静止温度在110℃~204℃条件下，硅粉掺量一般为35%~40%。对于蒸汽注入井或蒸汽采油井，硅粉掺量通常在60%以上。密度低于1.92g/cm3的水泥浆通常采用细硅粉；对于密度1.92~2.30g/cm3的高密度水泥浆最好采用粗硅粉；有时在特殊条件下，细硅粉和粗硅粉要联合使用。第37页，课件共49页，创作于2023年2月38抗高温材料海上常用抗高温材料系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-C81C882.63110-35030-100细硅粉，提高水泥石在高温条件下的温度性PC-C82C982.63110-35030-100粗硅粉，提高水泥石在高温条件下的温度性第38页，课件共49页，创作于2023年2月39消泡剂一、消泡剂种类（1）醇类醇类包括醇、醚和酯，因其廉价而使用广泛。一般在配浆前加入混和水中。甘油聚醚。甘油聚醚是由甘油和环氧丙烷共聚而成，其结构式为[C3H5(OH)3]m(C3H6O)n。是一种无色或微黄色粘稠状透明液体，难溶于水，能溶于苯和乙醇等。多用作钻井液和水泥浆的消泡剂。斯盘－80（SpaN-80）。其主要成分为山梨醇酐油酯，是一种非离子型表面活性剂。通常为琥珀色粘性油状液体，具有脂肪气味，难溶于水，亲油性强。主要用作油包水型钻井液的乳化剂，也可作油井水泥浆的消泡剂。磷酸三丁酯。又称磷酸正丁酯，是无色无臭的液体，微溶于水，能与多种有机溶剂混合。主要用作消化纤维素及醋酸纤维素的溶剂和抗泡剂等，可用作油井水泥浆的消泡剂。第39页，课件共49页，创作于2023年2月40消泡剂一、消泡剂种类（2）有机硅类有机硅是一类高效消泡剂，它与醇类所不同的是在水泥浆中起到破坏泡沫生成的作用。硅醚油。硅醚油是由二甲基二氯硅烷(CH3)2SiCl2水解成硅醇(CH3)2Si(OH)2，再经缩聚而成的多甲基聚硅醚类缩聚物。硅醚油是无色透明，无毒无味，中性油状液体。凝固点低，化学稳定，难溶于水。由于表面张力低，表面活性高，可作消泡剂，一般十万分之一的用量，即可保证使用效果。硅氧烷。硅氧烷是将研磨极细的硅粉，分散到聚二甲基硅氧烷或类似的硅氧烷中，而制成的悬浮体系。也可制成10%~30%有效浓度的水包油体系的乳状液。第40页，课件共49页，创作于2023年2月41消泡剂二、消泡剂作用机理消泡剂的主要作用原理是在气泡膜上形成像凸透镜那样的、有扩张能力的单分子膜，把吸附在气泡膜界面上的起泡分子推开，进而破坏气泡。抑泡剂是把气泡消灭在起泡之前，目前作用机理不详。第41页，课件共49页，创作于2023年2月42消泡剂三、海上常用消泡剂系统名称曾用名称密度g/cm3适用温度℃加量范围%备注PC-X60LCX601L0.95-1.000～1800.1-0.3抑泡剂，防止混合水产生大量泡沫PC-X61LCX603L0.95-0.980～1800.05-0.2抑泡剂，防止混合水产生大量泡沫PC-X62LCX88L0.95-1.000～1800.05-0.3消泡剂,防止和消除混合水、水泥浆产生的大量泡沫PC-X66LCX606L0.92-0.980～1800.2消泡剂,防止和消除乳胶水泥浆产生的泡沫第42页，课件共49页，创作于2023年2月43隔离液隔离液主要用于隔离钻井液和水泥浆，防止其相互接触污染。同时还应有悬浮固相颗粒，防止井塌，抑制井漏等多方面作用。隔离液在顶替中，有紊流顶替和塞流顶替两种方式，不同的方式要求隔离液有不同的性能。（1）紊流隔离液使用适宜于紊流顶替，它有较低的粘度和较低的紊流临界返速。在较低的返速下实现紊流顶替，可相应延长紊流接触时间，要求紊流接触时间为10min，至少应有7min。（2）粘性隔离液使用于塞流顶替，隔离液应有一定的粘度和较大的切力。一般塑性粘度应在40~180mPa·s。动切力τ0应大于钻井液10Pa左右。塞流顶替临界返速很低，由于“U”型管效应等原因，一般较难控制。粘性隔离液由于有一定的粘度和较大的动切力，对“U”型管效应能有所控制，因而适于塞流顶替。第43页，课件共49页，创作于2023年2月44隔离液（3）隔离液的密度在较大的范围内可以调节，一般要求介于钻井液和水泥浆之间。特别是在套管不居中的井眼内，用粘性隔离液进行塞流顶替时，使隔离液与钻井液保持一定的密度差，切力差。充分发挥隔离液对钻井液的浮力效应，尤为重要。（4）对隔离液，特别是加重隔离液，要求有悬浮加重剂和固相颗粒的能力，这不仅有利于固井施工的安全，而且有利于隔离液的配制存放。（5