國內十年來油井水泥外加劑研究與應用情況

1、全國油玨i化學品發(fā)展研討會國內十年來油井水泥外加劑研究與應用情況 楊小華王中華 (中國石化集團葉原石油勘探局鉆井工程技術研究院，河南濮陽457001)摘要： 綜述了近十年來國內油井水泥外加劑研制與應用方面的進展。指出了今后的研發(fā)方向。分6 大類介紹了新研發(fā)的油井水混外加劑，其中一些已經過了現(xiàn)場試驗，有幾種已投入現(xiàn)場推廣應用。降濾 失劑類17種；分散劑18種；緩凝劑6種：防竄外加劑3鐘：膨脹劑1鐘；早強劑4種。參48。關鍵詞：油井水泥外加劑降濾走劑分散劑 緩凝劑 研究與開發(fā) 綜述在油氣井固井作業(yè)過程中，需要使用油井水泥外加劑來控制、改善水泥漿的流變性能， 提高水泥石的綜合性能，保證鉆井、采油等井

2、下作業(yè)順利進行。大量的實踐表明，保證固井 質量的關鍵之一是固井水泥漿的良好性能。麗固井水泥漿的良好性能取決于水泥漿和水泥漿 外加劑的性能。油井水泥外加劑從其作用來說，主要分為降濾失劑、減阻劑、促凝劑、緩凝 荊、消泡劑、防氣竄劑、減輕劑、防漏劑、增強齊j和加重劑等。按其化學組分可歸納為以下幾大類：天然材料及天然改性材料；聚萘磺酸鹽類：磺化酮醛縮聚物：水溶性密胺 樹脂：磺化乙烯基單體聚合物及其衍生物；檸檬酸類：amps(2一丙烯酰胺基一2一甲基 丙磺酸)聚合物類：其他，如糖類等。目前普遍存在水泥漿失水量大，流動性差、摩阻大、 游離水多、水泥環(huán)膠結強度低等問題，所以對油井水泥外加劑的研究越來越受到國

3、內固井工 程界的重視。l降濾失裁圃井施工時，水泥漿在壓力下流經滲透地層時將發(fā)生滲濾，導致水泥漿液相漏入地層， 這個過程通稱為“失水”。如果失水不能控制，那么液相體積的減少將使水泥漿密度增加， 水泥漿的稠化時間、流變性偏離原設計要求，大量的液體流入地層使水泥漿變得難以泵送 甚至不可泵送，并對地層形成不同程度的傷害，嚴重者可使固井作業(yè)失敗，為此通常在水泥漿中加入降濾失劑以改善水泥漿的流變及降低水泥漿的失水，達到安全、高效固井，從而保證固井質量。自80年代以來，為了滿足中深井、膏鹽層、小間隙井段、調整井、高壓氣井等安全固 井以及保護油氣層的需要，我國水泥漿降失水劑發(fā)展速度較快。一般而言，水泥漿降失水

4、 劑有兩大類：其一是特有的超細顆粒材料，包括膨潤土、石灰石粉、瀝青材料、熱塑性樹 臘、聚合物微粒(組成膠乳體系)；其二是水溶性高分予聚合物及其有機材料，包括纖維素全國油田化學品發(fā)展研討會衍生物(cmc、hec、cmhec等)、非離予型合成聚合物(如聚乙烯吡咯烷酮復合體系、聚乙 烯醇)、陰離子型聚合(如部分水解聚丙烯酰胺或丙烯酸的共聚物，n、n一二甲基丙烯酰胺 聚合物，磺化苯乙烯聚合物或其共聚物)、陽離子型聚合物(如聚乙烯胺)。90年代主要發(fā) 展了線性高分子化合物和膠乳性高分子化合物降失水劑?？傊凳G的研究重點在各 種聚合物型降失水劑，如am_m共聚物及其與改性天然高分子材料等組成的復合型

5、降失水 劑，am-ma共聚物、多糖類衍生物加聚電解質等合成的產品。11顆粒材料 許多顆粒材料如膨潤土、瀝青、硅灰、熱塑性樹脂、花生殼、膠乳等，作為油井水泥添加劑均有較好的降濾失性能，可起到降濾失劑作用。12聚合物材料121天然材料改性產物天然材料來源豐富，價格低廉，在石油工業(yè)中有著廣泛的用途。常用的天然產物有纖 維素、木質素、淀粉、褐煤、單寧等。這些天然產物的特點是分子鏈多為大分子剮性鏈，具 有耐溫、耐鹽、抗剪切等特點，而且容易進行各種化學改性，包括接枝改性。天然改性產物 降濾失劑是油井水泥降濾失劑的重要組成部分，這里簡要介紹如下：1211纖維素類改性產品纖維素是地球上最為豐富的天然資源，因其

6、價廉、可生物降解和對環(huán)境無污染等特點 應用廣泛。纖維素改性產品有cmc(羧甲基纖維素)、hec(羧甲基纖維素)、cmhec(羧甲基 羥乙基纖維素)等，但hec、cmhec等生產工藝復雜，價格較高，限制了其應用；而cmc 則價格較低，應用較廣。國內較早使用的降濾失劑如$24、$27、lw一2等的主要成分均為纖 維素衍生物，所有的纖維素衍生物類降濾失劑有一個共同的缺陷，即引起水泥漿增稠，在加 量較高時使水泥漿拌漿困難或難以泵送，需加入較多的分散劑。此外，該類材料有較強的緩 凝作用，在高價鹽離子及高溫環(huán)境時降濾失能力大為減弱。為改善纖維素衍生物類的綜合性 能，通過接技共聚反應在纖維素大分子鏈上接枝乙

7、烯類單體，可改善其分散性、流變性、耐熱性等性能。由于纖維素類處理劑的研制開發(fā)難度大，近年來在纖維素改性方面開展的工作 較少。日前見報道的有選用合適平均分子量的水溶性天然高分子改性產物羥乙基纖維素(hec) 合成一種油井水泥降失水劑sdj2t”，并對添加sdj2的水泥漿的性能進行了室內評價。這些性能包括水泥漿的流變性能、穩(wěn)定性、稠化時間、失水量和水泥石的抗壓強度等，并且將 sdj2與l$tj緩凝劑sdh一2進行了配方試驗。結果表明，sdj2對水泥漿有顯著的降失水作用，154全國油田化學品發(fā)展研討會流變性能和穩(wěn)定性良好，與緩凝劑sdh一2有很好的相容性稠化時間可調，水泥石抗壓強度 符合要求。121

8、2合成聚合物類產品 合成聚合物類降濾失劑品種繁多、性能優(yōu)異，具有一些天然高分子材料無法比擬的特點，因而成為研究人員竟相開發(fā)的重點。國內常見的降濾失劑lw_1、fc一03、s卜1、td_x、 td-s、j一2b、t121、t-osa、w99等均為合成聚合物類，近年來的研究表明，am和amps是合 成聚合物中用得較多的單體21。油井水泥降濾失劑實際應用時往往出現(xiàn)耐溫、耐鹽和抗剪切 性能較差的問題，為改善其性能，可考慮采用如下方法：(1)磺化改性；(2)鏈剛性改性： (3)兩性離子化改性；(4)疏水締合化改性。磺化改性是利用磺酸鹽基(一s魄。)水化能力強、耐溫耐鹽性能好的特點，將一s03一通過 化學

9、方法引入大分子鏈中，是效果明顯、使用較為廣泛的一種重要方法。鏈剛性改性是通過共聚或接枝的化學方法將含有苯環(huán)、環(huán)狀結構的剛性基團引入大分 子鏈中。高分子鏈剛性的大小直接影響其性能，較柔順的大分子鏈在外來機械力的作用下容 易發(fā)生斷鏈。設法降低高分子鏈的柔順性、使大分子鏈適度剛性化，是改善耐溫、耐鹽特別 是抗剪切性能的一條途徑。兩性離子化改性是通過共聚將正負離子基團引入大分子鏈中。疏水締合化改性是在不 改變整體水溶性的同時，將一定數(shù)量的疏水長鏈烷基憎水基團引入親水的大分子鏈中，以改 善耐溫耐鹽性能。近年來，研究人員也進行了大量的研究工作，如馬喜平等將pam與甲醛和亞硫酸氫鈉 在堿性溶液中反應，得到了

10、水泥漿失水荊聚丙烯酰胺磺甲基化產物(spam)“1，利用順一丁 烯酸酐和丙烯酰胺在引發(fā)劑存在下合成了油井水泥降濾失劑hla“，在加量為0812時 就能使水泥漿的失水量大大降低，并且有良好的分散性：曹智等介紹的一種新的共聚物類 油井水泥減阻降失水劑sdl0“3，室內合成及產品物性，以及加有g級水泥漿(包括加重、 減輕水泥)的室內性能評價，sdio水泥漿在四川、塔里木、滇黔桂油氣田4口井固井結果 表明，sdl0是一種綜合性能優(yōu)良的油井水泥降失水劑，sdl0水劑加量在4一7(相當于 干劑1)可使g級油井水泥120c、7mva濾失量降低到200ml，甚至500ml以下，大大地 改善了水泥漿流變性能，一

11、劑雙效而無副作用，能抗鹽、減少游離水、抗壓強度高，與其 它外加劑相容性好，適用溫度范圍寬，sdl0具有優(yōu)良的降失水和減阻性能，加入sdl0的水 泥漿顯示良好的綜合性能王鐵軍等“3利用聚丙烯腈廢粉料磺化后，在引發(fā)劑引發(fā)t1jn,k氧 化鎂，檸檬酸和氯化鋅等合成出水溶性乳白色粘稠液體dwg-i，將分散減阻、調凝、降濾失155全國油田化學品發(fā)展研討會有機的結合在一起。dwg-i水泥中溫降粘降濾失劑目前已在大慶油田進行了10多口井的現(xiàn) 場試驗和應用，均表明，dwg-i水溶性好，配漿簡單，可使水泥漿具有優(yōu)良的流動性能，能 明顯提高固井質量。趙風華等”3研制的高溫油井水泥降濾失劑mtv具有良好的降失水效果

12、， 同時評價了它的流動性、流變性在高溫高壓下的效果。 陸屹等”1選擇了一種交聯(lián)劑與pva反應，可以使pval7-88的加量減少大約55：交聯(lián) 劑的加量為20pva對為最佳加量：加入交聯(lián)劑與不加入交聯(lián)劑的pval788降失水劑 相比，其耐溫和耐鹽能力都有所提高，前者的使用溫度至少超過90 9c，后者接近80。c。 嚴思明等睜1磺化聚笨乙烯(sis)作為油井水泥外加劑具有良好的降失水性能，sps的水泥 漿體系具有良好的流變性能和較好的耐溫性能；在120。c下其水泥漿體系的稠化時間，用 常用的緩凝刑可調整到337min，sps對水泥漿其他性能無不良影響。鄭延斌等“研制的j_2b 防竄降失水劑，經現(xiàn)場

13、7口井試驗，施工順利，固并質量臺格率100，優(yōu)質率429，取 得了良好的經濟效益。易明新1”研究的md-3對泥漿具有顯著的降濾失作用，并與多種油 井水泥和其它外加劑具有很好的相容性，有利于固井質量的提高，具有推廣應用價值。 趙林等“21利用乙烯基單體與其他單體在氧化還原體系存在下共聚合成了一種油井水泥降濾 失劑jz-2，具有優(yōu)良的控制水泥漿濾失的能力，與分散劑、緩蝕劑相容，對水泥漿的選擇 性小，加量為干水泥質量的1218時，可使水泥漿的濾失量由凈漿的1500 nfl2000ml 降低到200nil以下。陳馥等n引合成的丙烯酰胺，烯丙基磺酸鈉二元共聚物(as一1)具有好 的抗性，抗鈣性能，是一種

14、良好的降失水劑。陳禮儀等【“1通過抗溫性較強的丙烯酰胺，丙 烯酸，丙烯腈為基本聚合物，配以幾種高溫降失水劑，稀釋劑進行本體聚合的合成工藝，具 有聚臺能量大，反應速度快，流程簡便易推廣的特點。還進一步探討了pa一6型降失水劑的 降失水機理。吳金城等“53研究的多功能油井永泥外加劑j一2 b具有降低濾失量，防竄， 弱觸變性，徼膨脹等性能，與膨潤土復配使用不可提高水泥漿的觸交性能與硅粉復配使用中 可提高水泥漿的抗高溫性能，使用j一2 b處理劑的水泥漿(需要時間加入膨潤土或硅粉) 在淺層氣井，稠油熱采井，救援井，調整井中的固井應用結果表明，j一2 b能在各種井況 下的固井中提高封固質量。陶世平等16研

15、究的tc,-2是由多溶性高聚物spvt和svt與分散 劑pns按一定比例復配而成的，具有降濾失效果好，改善流變性，降低自由水，對稠化時間 和水泥石強度影響小，并與其它外加劑配伍良好等特點。固井水泥漿中含有可溶性鹽和鈣離子，嚴重影響了固井質量。劉李軍等“71以xs粉劑 油井水泥降濾失劑，研究了一種xsm抗鹽、抗鈣水泥漿體系。該體系具有一定的抗鹽、抗鈣 能力，較好的解決了固井水泥漿中可溶性鹽和鈣離子對水泥漿的影響，降低了水泥降濾失量，156全國油田化學品笈展研討會在配漿用水的鹽、鈣含量高于現(xiàn)場水的情況下，水泥漿各項性能滿足了鉆井施工的要求。 針對江蘇油田老區(qū)調整井，特別是油水同層井的固井難題，徐德

16、安等“83研究開發(fā)出多功能油井水泥外加劑f17c膨脹降濾失劑，具有塑性體膨脹、硬化體膨脹和降濾失雙效作用的 水泥漿體系，有效地解決了固井旌工中的水泥漿脫水失重、收縮失重及硬化體積收縮所造成 的微間隙，因而大幅度提高調整井的固井質量經30余口井的現(xiàn)場實驗證明，該水泥漿體系 流變性好、失水量小、稠化曲線呈直角，早期抗壓強度高，且使水泥漿在塑性狀態(tài)和硬化后均 能膨脹。針對礦渣漿水灰比較大，固相含量相對較少，自由水比較多，失水量太的特點，楊杰 等“”采用礦渣漿將失水劑gjl加入礦渣漿，試驗和現(xiàn)場應用表明，gj_l具有許多優(yōu)點： 用量少，降失水效果顯著；配伍性好；gj_1的加入不影響激活劑、助劑、分散劑

17、以及其它 添加劑的作用效果：耐溫性及耐堿性比較好，具有潤濕、潤滑作用，有利于泵送；有一定的 緩凝作用；提高礦渣石的高溫高壓強度，gj_1加量在06以上時能將礦渣石的高溫高壓強 度提高34pa：增粘不明顯；具有一定的懸浮能力：強化礦渣漿的直角稠化，加入gj-1的礦渣漿可以應用于防竄固井技術，能夠解決長封固段井的固井難題和低密度礦渣漿的沉降穩(wěn) 定性問題，保證施工安全，提高固井質量。張旭等啪3由適當?shù)姆肿恿亢退舛鹊挠袡C聚合物、交聯(lián)劑、交聯(lián)反應激活劑及其它助 劑組成了成膜型降濾失劑zj-2，其加量為14時，可將3種商品g級油井水泥凈漿的濾失 量由1000m降至20-30m(75，69mpa)，使水泥

18、石強度有所增加，對稠化時間的影響 很小，并已用于華北油田5口井的水泥漿作業(yè)中，效果良好。為適合小井眼、小間隙井的固井要求，楊遠光等“”研究了復合塑性降濾失劑pt一2， 具有低失水、低析水、漿體穩(wěn)定性好，并具有較好的觸變性，水泥石具有一定的塑性等特點， 其表征水泥石塑性特性的彈性模量較水泥原漿下降207一38，水泥石抗沖擊韌性提高， 且綜合工程性能良好，具有廣闊的應用前景。馮茜等。21采用丙烯酰胺與2丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸合成t-元共聚物油井水泥抗鹽降失水劑fq，在應用過程中加量小，加量為02時就能使水泥漿api失水量降至100m以內，加量為03時側能將失水量降至50m以內，具有較強的溫度穩(wěn)

19、定性和抗鹽性， 適用于鹽水水泥漿體系，與油田常用分散劑、緩蝕劑配伍性好，溶解性、分散性好，可減少 其它分散劑用量，合成條件易控，原料易得，有一定的經濟效果。陳道元等231研究并開發(fā)了一種聚合物降失水劑i83s。m83s是一種多羥基的化學交聯(lián) 聚合物，由于分子鏈中無離子型官能團，吸附基團問不存在靜電斥力，易形成多點吸附的單157全國油田化學品發(fā)展研討會分子膜，水泥顆粒表面對m83s分子的吸附量非常小，因此起降失水作用的是水泥漿液相中 的聚合物顆粒。該降失水劑在低溫下不溶解，流變性好，易泵送，抗高溫和降失水性能都非 常理想，抗溫在120。c以上，失水量在30ml以下，形成的薄膜具有一定的韌性，有利

20、于水 泥漿在候凝過程中防止油、氣、水竄槽，經在700多井次的各類注水泥作業(yè)中應用，施工順 利，固井質量合格率取得了99：03的好效果。武世新等幽3的研究表明2一丙烯酰胺一2一甲基丙磺酸(amps)、丙烯酸(從)和一種功能型 單體(簡稱為sm)的三元共聚物(hcpl)降失水劑合成條件易于控制，工藝簡單：在150c以 內，hcw一1具有較好的抗溫降失水功能，隨加量的增大，高溫下的失水量也遠小于250d； hcw一1除具有優(yōu)良的降失水效果外，還兼有對水泥漿稠化時間影響小、降低水泥漿自由水含 量、對水泥石抗壓強度影響小等優(yōu)點；可與其它外加劑復配使用。探討了其降失水機理，認 為hcw-1通過吸附基團和水

21、化基團能在水泥顆粒表面形成“水泥顆粒一線性水溶性高分子一 水分子吸附層”結構，阻塞水泥內部空隙束縛住大量自由水從而降低失水量，該三元共聚 物(hcw-1)對水泥漿稠化時間和水泥石抗壓強度無不良影響，是一種良好的降失水劑。馮茜等3合成的丙烯酰胺(am)和2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(amps)二元共聚物(fq) fq加量小，加量為02就能將水泥漿api失水量降至looml以內，加量為03時則能 將失水量降至50ml以內，具有較強的溫度穩(wěn)定性和抗鹽性，適用于鹽水水泥漿體系：與油 田常用分散劑、緩凝劑配伍性好；溶解性、分散性好，可減少其它分散劑用量。王展旭等嘶3的研究表明ampsam共聚物固井降失

22、水劑具有較好的固井降失水效果，抗 鹽、抗高溫能力強，在淡水、鹽水中具有良好的降濾失作用。鄭成勝等馴合成的丙烯酰胺與2一丙烯酰胺基一2一苯基乙磺酸共聚物在95。c、69mpa 壓差條件下當p(amamss)添加量為04o9(bwoc)時，水泥漿api失水量可以控 制在looml以下：當p(amamss)添加量為07(bwoc)、nacl含量達到：12(bwow)時， 水泥漿api失水量仍然低子looml。外加amamss共聚物的水泥漿的稠化時間可用cacl2 調節(jié)。在水泥漿中添加p(amamss)和cacl2可調節(jié)水泥漿的流動度和析水率，改善水泥石 的24h抗壓強度。盧甲晗等嘴1研究開發(fā)出的g3

23、10油井水泥抗高溫抗鹽降失水荊適用溫度范圍寬、抗鹽 性能可達飽和鹽水，降失水效果明顯，稠化時間可調且性能穩(wěn)定。加有g310降失水劑的水 泥漿，失水量隨著溫度的升高或鹽水濃度的增大而有所增大，但在40175c的溫度范圍內， 在鹽水達飽和時，仍可將失水量控制在looml以內；在低溫下該產品有較強的緩凝作用，需 加入促凝劑配伍使用。158全國油田化學品發(fā)展研討會劉秀成等”3研究表明g306油井水泥降失水劑具有與其它外加劑配伍性好、稠化時間 易調、易泵送，適應溫度范圍寬，抗高溫和降失水性能好的優(yōu)點，可將水泥漿失水量降至50m。以下，形成薄膜并具有一定的韌性，利于水泥漿在候凝過程中防止油、氣、水竄槽。

24、現(xiàn)場應用表明，g306降失水劑可大大改善水泥漿的綜合性能，提高水泥漿的抗氣竄、水竄 的能力。該水泥漿作業(yè)施工順利，固井質量合格率達99，優(yōu)良率達88，取得了良好的 效果。李本旭等”3研究表明，加有g302a降失水劑的水泥漿加砂失水量小(由于后期是蒸氣 開采，故需要加砂來保證后期開采強度的需要(tk泥：石英砂=10035)，有很好的流變性 和沉降穩(wěn)定性，游離水少，低溫養(yǎng)護后水泥石早期強度高，還具有一定的微膨脹作用，故有 一定的防氣竄和界面膠結性能。經遼河油田大量實踐應用證明，加有該低溫早強降失水劑的 水泥漿失水量低，在低溫下養(yǎng)護后水泥石有較高的早期強度，解決了高滲透地層及小間隙尾 管固井的難題，

25、具有很好的應用前景。賈曉斌3通過應用發(fā)現(xiàn)dzj_叫三元共聚物降失水劑具有良好的抗鹽能力，在飽和鹽 水條件下能夠較好地控制水泥漿失水。在塔河油田t914井尾管固井取得成功，鹽層段固井 質量為優(yōu)質?，F(xiàn)場應用表明，抗鹽水泥漿體系具有良好的流動性，失水控制良好，稠化時間 可調：水泥石強度普遍較高，有利于提高水泥環(huán)的膠結質量：該水泥漿漿體均很穩(wěn)定，沒有 析水和沉降；api失水量低，且能產生微膨脹，有助于提高固井質量。該抗鹽降失水劑有效 地提高了塔河油田石炭系鹽層并段固井膠結質量。鄒建龍等b羽研究證明油井水泥降失水劑bxf-200l共聚物分子結構中引入了多種官能團， 該降失水荊在高溫、高含鹽的情況下能夠性

26、能穩(wěn)定：具有一定的分散性能，加量增大不會增 加水泥漿的稠度在很寬的溫度范圍內具有優(yōu)良的降失水性能。以bxf-200l為主劑的抗鹽 耐溫水泥漿體系具有失水量低、抗鹽能力強、水泥漿體穩(wěn)定、抗壓強度高、膠凝強度過渡時 間短、防氣竄等特點，其有很好的綜合性能?，F(xiàn)場應用效果較好。任紹梅等捌合成了2-n烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(a肝s)丙烯酰胺(am)丙烯酸(aa) 三元共聚物型油井水泥降失水劑，分析表明單體配比和反應溫度是影響聚合物降失水性能的 主要因素，并得到了最佳的合成方案：a姻s：am：aa=50：4 28，反應溫度70。c，引發(fā)劑 用量2，鏈轉移劑用量6。張競等枷以2-丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸

27、(amps)與丙烯酰胺(am)為單體，采用水 溶液自由基共聚法進行二元共聚，合成出了油井水泥降濾失劑ff一1。性能評價結果表明： 當單體質量分數(shù)為8，單體質量比為1：7，引發(fā)劑質量分數(shù)為03，引發(fā)劑摩爾比為1：159全國油田化學品發(fā)展研討會1，反應溫度50。c左右，反應時間6h左右時，ff一1降濾失性能優(yōu)異，與凈漿濾失量相比降低了985；40一100都能將濾失量控制在30ml以下。且對飽和鹽水水泥漿同樣有效。從近年來的研究看出，國產油井水泥降失水劑已達到或接近國內外同類產品的水平， 具有良好的控制失水性能，基本滿足了國內高、中、低溫固井的需要。今后油井水泥降濾失 劑應朝如下方面發(fā)展：對價廉的水

28、溶性天然產物進行改性：合成具有磺酸鹽基團或剛性基團 的水溶性聚合物；對現(xiàn)有降濾失劑進行合理復配或適度改性；進一步研究解決降失水劑的緩 凝、增稠問題，并重點加強抗鹽降失水劑的研究與開發(fā)。2分散荊一次注水泥必須有好的頂替效果，才能達到封割地層之目的。人們經過長期探索與實踐， 認識到在大多數(shù)情況下采用紊流注水泥的方法有利于獲得較高的頂替效率。油井水泥分散劑 能降低水灰比，改善水泥漿的流變和施工性能，并可在較低的排量、泵壓下實現(xiàn)紊流。因此， 油井水泥分散劑的研究與應用得到了不斷的發(fā)展，成為目前國內外使用最普遍、消耗量最大 的油井水泥外加劑之一。21磺化醛酮縮聚物磺化醛酮縮聚物類分散劑是20世紀80年代

29、末期王中華等21研制成功的新型分散荊產 品。在磺化丙酮一甲醛縮聚物saf等研究的基礎上，西南石油學院研制的sx一”1，己在許多 油田應用。這類分散劑的特點是：原材料來源比較廣泛，價格適當，不具有萘系分散劑的 毒性；抗溫能力較萘系產品有所提高；同樣適用于多種油井水泥。與多數(shù)外加劑有好的相容性。與saf、sxy相類似的產品還有usz，在現(xiàn)場應用中也見到了較好的效果。 何英等”1用正交優(yōu)化實驗對磺化醛酮縮聚物的合成工藝進行了最佳配比的優(yōu)化選擇實驗，確定出了最佳合成條件，研制出了磺化醛酮縮聚物作為油井水泥分散劑sdjz一1，并對 其進行了系統(tǒng)評價。評價結果表明，磺化醛酮縮聚物對水泥漿的流變性能具有較強

30、的調控能 力，分數(shù)效果顯著，磺化醛酮縮聚物固相加量為0，408時，水泥漿的初始稠度低， 流性指數(shù)可由原漿的03升高到08，甚至達到10；具有良好的抗溫性、抗鹽性，與降失水劑、緩凝劑等有良好的相容性。現(xiàn)場應用表明，水泥漿流動性能良好，流性指數(shù)根據需 要可以調節(jié)；稠化性能穩(wěn)定，高溫下沒有閃凝現(xiàn)象；體系沉降穩(wěn)定性能良好：同時水泥漿抗 壓強度發(fā)展迅速，高溫條件下水泥石性能穩(wěn)定，符合深井固井的要求。22乙烯基單體聚合物及其衍生物 乙烯基單體聚合物及其衍生物作為油井水泥分散劑，其特點是穩(wěn)定性好、耐高溫、不引氣、減阻效果好，還特別耐鹽。缺點是成本價格相對較高。如磺化苯乙烯馬來酸酐共聚物160全國油田化學品發(fā)

31、展研討會(ssma)37-38是一種性能優(yōu)良的分散荊，應用于mtc水泥漿效果很好。中原油田和北京 石油勘探科學研究院油田化學研究所共同研制的dc-08，分散能力強，耐鹽可達到飽和。油 井水泥分散劑dis一3139m1量為04一06(基于千水泥質量)時，可使水泥漿的流變性得 到明顯的改善，且與其它油井水泥外如劑(如降濾失劑和緩凝劑)的配伍性良好，加有dis-3 的水泥漿的各項指標均能滿足現(xiàn)場固井施工要求。另外，還報道了dts-3在江漢油田3口井固井中的使用效果。3緩凝劑固井質量的好壞除與水泥漿的失水、水泥漿的流態(tài)有關外，還與水泥漿的凝結時間有關， 為了滿足固井施工時的時限要求，往往要在水泥漿中添

32、加延長稠化時間的外加劑一緩凝劑， 它能增加稠化時間、降低水泥漿粘度、延長水泥漿的可泵送時間、改善流動性能等，已成為深井和超深井固井水泥漿必不可少的成分，受到普遍的重視和迅速發(fā)展。目前已有大量市售 水泥緩凝劑產品，主要類型包括木質素磺酸鹽及其衍生物、纖維素衍生物、單寧衍生物、褐 煤制劑、糖類化合物，硼酸及其鹽類、有機磷化合物、有機酸、合成有機聚合物等等。最常用的是木質素磺酸鹽類產品，而90年代重點開發(fā)的則是合成聚合物類產品，反映出高溫緩 凝劑已成研究重點，天然聚合物及其改性產品因其原料差異而導致性能不穩(wěn)定，而且重復生 產的產品能一直保持理想的性能。近年來，也進行了一些研究工作，研究人員以葡萄糖，

33、一氯乙酸和磺化劑為原料研制了 油井水泥分散緩凝劑ga-it*o】，結果表明，gal加量少，耐溫性好，具有較好分散性，且緩 凝效果顯著。合成了一種新的油井水泥緩凝劑jzr-ii4u，jzr-ii對g級油井水泥具有優(yōu)良 的緩凝性能，與分散劑，降濾失劑相容性好，對油井水泥的選擇性小，適用于井溫75。c一180(2 的油氣并固井作業(yè)。李長安等圳合成了一種有機磷酸油井水泥緩凝劑ctll3，在50170溫度范圍內 具有優(yōu)良的緩凝效果，稠化時間可調，稠化曲線理想，與常用其它油井水泥外加劑具有良好 的相容性，能滿足不同井溫固井施工要求。將淀粉深度氧化得到油井水泥緩凝劑ch20lh”，該劑可以有效控制水泥漿的凝

34、固時間， 能滿足蚰180(2條件下固井作業(yè)安全的需要，水泥漿稠化試驗結果表明，ch20l穩(wěn)定性好， 無早凝，過度緩凝現(xiàn)象發(fā)生，加量與稠化時間呈線性關系。陳大鈞等“1對南充地區(qū)曲酒廠 釀酒廢料進行了化學分析，發(fā)現(xiàn)酒糟本身具有一定的緩凝效果：在70時，以淀粉：h2s04：hn03(質量比)=l：2：14的比例對酒糟進行水解、氧化、提純等化學改性，得到產品 pni，它具有良好的緩凝效果，對g級水泥，在85。c、加量o13時凝結時間大于8h，稠】61全國油田化學品發(fā)展研討會化時間可達288rain。加量范圍為o080，17。而且pnl水泥漿的流變性比凈漿好，趨近 于牛頓流體。謝應權等”5 3將木質素磺

35、酸鹽再次深度磺化改性合成了緩凝劑pq，實驗結果表 明po能有效控制水泥漿凝固時問，無早凝、過緩凝現(xiàn)象能經受200。c的高溫，能滿足深井 長井段條件下的固井作業(yè)安全要求。齊志剛等“研制出了一種高溫耐鹽緩凝劑sdh-2。該緩凝劑由堿、醛、亞磷酸制各而 成，具有工藝簡單、成本低的特點。sdh一2在40170。c的范圍內具有優(yōu)良的緩凝效果，緩 凝時間可調性好，稠化曲線理想，抗鹽性良好，與降失水劑、減阻劑有良好的相容性，對油 井水泥選擇性小，水泥石抗壓強度高。sdh一2在現(xiàn)場應用了6口井，結果表明：該緩凝劑解 決了深井固井中水泥漿稠化性能不穩(wěn)定，稠化時間難以控制的問題，水泥漿具有良好的流動 性能，滿足不

36、同井眼條件下固井對水泥漿流動性能的要求：同時水泥漿抗壓強度發(fā)展迅速， 高溫條件下水泥石性能穩(wěn)定，符合深井固井的要求。蘇如軍等 3研制開發(fā)的gh一9油井水泥抗高溫緩凝劑是用一種不飽和二元有機酸衣康 酸(又稱亞甲基丁二酸)和另外一種帶有磺酸基團的乙烯單體amps(又稱2一丙烯酰胺一2一甲基 丙磺酸在引發(fā)條件下聚合反應制成，該產品有很好的高溫緩凝作用，與大多數(shù)的分散劑、 降失水劑有良好的相容性，配制的水泥漿具有高溫直角稠化的特點。應用證明，該油井水泥 抗高溫緩凝劑能夠滿足高溫固井需要，并適合在嚴寒的條件下施工，具有一定的推廣應用價 值。4防竄外加劑調整井固井作業(yè)中的流體竄流問題一直是國內外尚未解決的

37、技術難題之一。油田主力油 層溶解氣油比有時很高，固井水泥漿膠凝強度不能阻擋這樣高的溶解氣侵入水泥環(huán)，造成固 井質量問題，為此常采用防竄外加荊來提高固井質量，針對現(xiàn)場實際問題研究人員提出了“低 濾失、高壓聚阻力、短過濾、高早強、微膨脹”的防竄思路，我國在防氣竄外加劑和水泥漿 體系的研究方面也作了一些工作，但成效不大，今后應通過氣竄發(fā)生與預防機理的研究而加 大產品開發(fā)力度。這方面的研究有：和傳鍵等刪針對大慶龍虎油田溶解氣油比高(375866m3t)等實 際問題，采用dsk鎖水抗竄劑，加入鎖水抗竄劑的水泥具有速凝、早強的特性，經在大慶 龍虎泡油田現(xiàn)場應用22口并表明，固井質量好，滿足了油田開發(fā)對固井

38、的要求。杜偉程等”3 研制出了新型固井防竄外加齊j j-2b，現(xiàn)場應用表明，j一2b是一種性能優(yōu)良、有效地低溫淺 層調整井固井防竄外加劑產品，已固井200余口，優(yōu)質率達90。程艷等刪發(fā)明了一種抗 竄水泥外加劑，即(按重量份)氧化鈣o510，氧化鐵2535干混于水泥中，液體氯化162全國油田化學品發(fā)展研討會鈣3545，密胺樹脂0-305。磷酸三丁酯005o2混于固井水中，將上述混合于一體配 制成水泥漿，具有速凝早強，防水抗?jié)B，體積膨脹，膠凝強度發(fā)展迅速，抗竄能力強及密度 高的特點，解決和改善了高壓固井后水竄問題，固井優(yōu)質率達90以上，明顯提高了固井 質量。程雁等m1研制了油井水泥降失水防竄劑dw

39、ai，研究表明在3550。c內，dwa-i加量 為4時，水泥漿失水量小于50ml；水泥石滲透率比凈漿降低了90以上：16h的水泥石 膨脹率達1138；初始稠度為8bc，2080bc過渡時閉為3min，呈直角稠化。該劑 自1999年起分別在大慶、吉林油田不同區(qū)塊的調整井應用了98口井。固井質量分析表明， 應用dwa-i水泥漿固井，在固井施工順利的同時，無環(huán)空竄槽現(xiàn)象發(fā)生，固井合格率為100，固并優(yōu)質率為872。該劑能有效地控制地層油、氣、水竄，滿足調整井固井施工和提高固井質量的要求。姚曉等523針對國內外石油工程界尚未很好解決的固井技術難題，提出了新的防竄作用 機制，并研制開發(fā)出了f17c油井水

40、泥雙膨脹降濾失劑，研究表明：fitc不僅可使油井水泥 漿產生足夠的塑性膨脹和后期膨脹，而且還能有效地控制水泥漿的失水量。摻入該材料后， 水泥漿的其它工程性能也滿足api規(guī)范和現(xiàn)場施工的技術要求。100多口井的固井實踐證明； fitc可大幅度提高調整井的固水優(yōu)質率，是一種值得推廣的新型油井水泥多功能防竄劑。5膨脹荊油井水泥固有的收縮性是誘發(fā)油氣井氣竄和造成水泥環(huán)膠質量差的主要原因，我國在“七 五”期間曾研制出少數(shù)幾種適用于油井水泥的膨脹劑，如sepl，l迫及kq-b、dg-29、 qj-625、zq-3以及早強膨脹劑t89、t90、$604等。近年來這方面的研究不多，但新產品 的探索仍在進行，如

41、姚曉等研制了一種新型油井水泥膨脹劑db“，當摻量為水泥的3一8時，可使水泥漿產生足夠大的塑性膨脹及后期體積膨脹，并且其塑性強度發(fā)展高于凈漿。 膨脹量隨養(yǎng)護溫度的升高和養(yǎng)護齡期的延長而增大，在受限狀態(tài)下能顯著改善水泥石的抗壓 強度和膠結強度。db膨脹劑與降失水劑及分散劑的配伍性好，對水泥漿的其他工程性能無 明顯影響。6早強荊在油氣井固井作業(yè)中常要用到早強荊，而最常甩的水泥漿促凝劑主要是氯化鈣，它的促 凝效果好，價格低，使用方便，但高溫下后期強度衰減快，對管材有腐蝕性，加量超過3 時易出現(xiàn)閃凝并會堵塞儲層油氣通道，因此研究人員在早強促凝劑方面也進行了些研究。 顧軍“1將油井水泥早強劑st600。應

42、用于巴喀油田12井次防氣竄固井中的應用效果顯163全國油田化學品發(fā)展研討會著，防氣竄作用明顯，與其它外加劑配伍性好。廖久明等娜1由wg(含活行硅的物質)、tea (由二乙醇胺、甲醛等制得的低分子有機化合物)、sjx(丙烯酸丙烯酰胺乙酸乙烯酯共聚 物)等復配組成的新型早強促凝劑dzeos，在大港油田應用了4口井，具有良好的促凝效果。 韓衛(wèi)華等”63開發(fā)出以硅藻土，微硅為復合減輕劑，sy為高溫穩(wěn)定早強劑的ldhs水泥漿體 系。該體系具有密度低、強度高、流變性好、與外加劑配伍好、地面與井下密度一致、施工 簡便等優(yōu)點。在塔河油田s70井進行現(xiàn)場應用，固井質量達到了優(yōu)良標準，實現(xiàn)了低密度水泥 漿在塔河油

43、田固井質量的突破。李澤林等”7 3針對低溫條件下，水泥漿因侯凝時間長，極易造成油、氣、水侵，導致固 井后水泥環(huán)不致密，固井質量差這一現(xiàn)象，研制了一種新型低溫復合早強促凝劑cn-2，并 完善了與之配套的水泥漿體系，從而滿足各類低溫條件下的固井施工，為低溫淺層油氣井固 井質量的提高提供了可靠的保證。韓衛(wèi)華等嘞1針對水泥石低溫情況下強度發(fā)展緩慢，影響鉆井周期的具體情況，研制開發(fā) 了早強劑ozzdz_z由多種無機化臺物和有機化合物按一定的比例復合而成，具有雙重早強 作用，它能明顯地提高低溫下水泥石的早期強度，并能改善水泥石結構，使之致密、滲透率降低早強劑dzz加量為052096，適用溫度為050c，8

44、 h水泥石抗壓強度大于35 mpa， 隨著加量的增加，水泥石強度也迅速增長同時，早強劑dzz基本不影響漿體的流變性能，還 可以根據現(xiàn)場施工所需時間的長短，用緩凝荊調節(jié)水泥漿稠化時間，但仍能使8 h抗壓強度大 于35,lpa現(xiàn)場應用表明，低溫早強劑dzz在低溫條件下明顯縮短了固井候凝時間，節(jié)約了 鉆井作業(yè)成本。7增韌劑在油氣井長期生產過程中，水泥環(huán)破裂會引起油氣井產量大幅度降低，地下流體對套 管和水泥環(huán)的腐蝕加劇，套損率上升。為了提高油井水泥石的韌性及抗壓強度，滿足油田開 發(fā)過程中井下水泥環(huán)層間分隔性能長期穩(wěn)定的技術要求，油田化學工作者也開展了許多工 作。如華蘇東等研制的油井水泥復合增韌劑fd由

45、直徑1012 u m、長47mm的無機纖 維f和粒徑150230 u m的細切合成纖維d按13：2的質量比復合而成。f在一定摻量下可 提高水泥石的抗折強度、抗沖擊功(摻量052o，bwoc)和抗壓強度(摻量10)，d在摻量005o3時可提高水泥石抗沖擊功，使抗壓強度下降，不影響抗折 強度。摻入15fd使3個簡單配方水泥石抗折、抗壓強度和抗沖擊功分別增長1730、1119、3345，彈性模量降低7418：3個配方水泥漿的濾失量、析 水率、稠化時間、流動性均滿足固井施工要求：當配方中摻有降濾失劑和減阻劑時，稠化曲164全國油田化學品發(fā)展研討會線規(guī)范?；谒嗍瘮嗝骐婄R照片和文獻資料討論了fd這一纖

46、維微粒復合物增韌水泥石 的機理。用壓汞法測定，摻fd水泥石的孔隙率由335降至30o，直徑)100lm 的有害孔比例由224降至195，這是fd增強水泥石的機理。孫德字601研制的zzc一1增強增韌型水泥添加劑與常用的油井水泥外加劑具有良好的配 伍性，可顯著提高普通油井水泥的抗折強度、抗沖擊韌性、膠結強度和抗壓強度，提高固井 質量。原因在于該水泥添加劑中的改性纖維限制了水泥基體中微裂紋的生成和發(fā)展，同時其 中所含有的活性微粒和與之相匹配的激活劑，在增加水泥顆粒之間膠結強度的同時，又具有 微粒填充作用，有利于載荷的傳遞，宏觀上表現(xiàn)為水泥石宏觀物理力學性能改善。著者文 摘馮茜等“1采用具有不同長度

47、分布和合適長徑比的混合短纖維(纖維長度均小于4mm)、 粒徑為0180o280mm(6080目)的橡膠粉、活性微粒和與之相匹配的激活劑制得了早 強增韌劑zs3。實驗發(fā)現(xiàn)，zsj抗鹽性能優(yōu)良，與其它外加劑有良好的配伍性，增韌劑zsj 的加入對水泥漿的施工性能基本無影響，但能大大改善水泥石的力學性能，水泥石抗壓強度、 抗折強度和抗沖擊韌性均有不同程度的增長。實彈射孔實驗證明zsj水泥石能夠抵抗射孔等 后續(xù)施工的沖擊，可有效提高水泥環(huán)封固質量，防止地層流體竄層，延長油：66-69井壽命。姚曉等623針對國內油氣田復雜地層固井時的水泥漿低返及射孔和后續(xù)增產措施造成的 水泥環(huán)脆裂(即二次竄流)問題，研制

48、開發(fā)了f27a型油井水泥防漏增韌劑，室內研究和現(xiàn)場 試驗證明：f27a油井水泥防漏增韌劑具有優(yōu)異的防漏堵漏、增韌和抗沖擊作用其綜合工 程性能柑滿足易漏地層固井施工的技術要求。張峰等剮研究了以混合短纖維為主要成分的油井水泥增韌劑bf，并對加有bf增韌劑 水泥漿的力學性能進行了系統(tǒng)評價，同時還考察了bf增韌劑與油井水泥降失水劑f17b及油 井水泥減阻劑usz的配伍性能，室內實驗表明，bf增韌荊能使水泥漿的流動度減小，凝結 時問延長，析水率和失水量減小，且bf增韌劑與外加劑usz和f17b的配伍性良好：bf增 韌劑能夠顯著提高水泥石試樣的韌性，使水泥石韌性增長20，有效降低射孔對水泥環(huán)的 破壞，改善

49、水泥石的力學性能，抗折強度增長幅度為16一29，抗沖擊功增量為17一64，而且水泥石抗壓強度均大于14mpa；bf增韌劑摻量小(26)，其增韌效果優(yōu)于中國 現(xiàn)有的油井水泥增塑劑s(摻量為4)。8結束語近10年來我國在水泥外加劑研究與應用方面取得了較大的進展，基本可以滿足復雜條件下固井的需要，但隨著深井和特殊井數(shù)量的增加，特別是高含硫地區(qū)的開發(fā)，給固井提出165全國油田化學品發(fā)展研討會了更高的要求，結合當前固井的實際情況，未來油井水泥外加劑開發(fā)應圍繞如下方面： (1)開發(fā)耐高溫的緩凝劑，以聚臺物材料為基礎，研究與其他外加劑配伍好、不發(fā)生過度緩凝和起泡的抗高溫分散劑，成本低廉的木質素改性產品，水泥

50、漿游離水控制劑，以及 固體懸浮劑、降濾失劑和防氣竄劑等。(2)固井防防氣竄劑，改善2界面膠結強度的外加劑，高含硫化氫地層固井外加劑(包 括防腐劑)。(3)以木質素磺酸鹽為基礎進行分子修飾制備分散劑和緩凝劑。 (4)合成聚合物高溫緩凝劑的開發(fā)(amps聚合物)。 (5)有利于減少水泥漿析水的合成聚合物降濾失劑(重點是amps、nvp聚合物)。 (6)高效的消泡劑。參考文獻；l賴金榮、邦成勝、孫在毒等sdj2油井水泥降失水劑的室內研究j山東化工，2005，34(3)1l一142王中華油田化學品m北京：中國石化出版社，2001：230-2503 馬喜平、王家宇spam水泥降失水劑的室內研究j鉆采工藝

51、，1999，22(3)：78804 馬喜平姒油井水泥降濾失劑的合成研究j鉆采工藝，1996，19(2)：76-795曹智、李美平新型油井水泥減阻降濾失劑sdio丁油田化學，2000，17(2)：1171206 王鐵軍、羅云、鮑春雷水泥中溫降粘降濾失劑d一l的研究j油田化學，2000，17(3)：197-2007趙風華，孫國杰，馮艾麓等高溫油井水泥降濾失劑一加的研制j內蒙古石油化工，2002，28(3)：243-2448陸屹、胡星琪、劉勇一種新型油井水泥降失水劑的室內評價j鉆井液與完井液，2005，2(6)：192l9嚴思明、谷升高、莫軍等油井水泥降失水劑sps的制備和性能研究j西南石油學院學報

52、，2006，10鄭延斌、李元卜2b防竄降失水劑的研究與應用j石油鉆采工藝1997，19(2)：46-4911易明新一3油井水泥降濾失劑的研究j石油與天然氣化工，1997， 26(3)：196-19812趙林、沈凡丁、劉天生油井水泥降濾失劑jz一2j油田化學，1997，14(4)：307309，30313陳馥、竭繼忠油井本泥抗鹽降失水劑(as一1)的合成及性能評價j西南石油學院學報，1998，20166全匿油田化學品發(fā)展研討會14陳禮儀、費立pa一6型油井水泥降失水劑的研制j成都理工學院學報，1998，25(3)：46747215吳金城、尹宗目多功能油井水泥外加劑卜2b的研究與應用ej鉆井液與完

53、井液1998，15(6)343616陶世平、段洋溢tg一2油井水泥降濾失劑的研究與應用j石油與天然氣化工，1999，28(4)：30130317劉李軍、張玉紅xsm抗鹽抗鈣水泥降體系研究j鉆井液與完井液，1999，10(5)：252718撩德安、吳葉成、周興友等f17c油井水泥膨脹降濾失雙效劑的應用研究j鉆采工藝，2001，2419楊杰、朱金南、覃永等礦渣漿降失水劑gj一1的應用j鉆井液與完井液，2002，9(4)：1314，1720張旭、王小梅、鄧艷率等zj-2油井水泥降濾失劑研究與應用j油田化學，2003，20(4)：299301，29821楊遠光、謝應權、曾志軍油井水泥復合塑性降濾失劑p

54、t-2的室內研究ej天然氣工業(yè)2003，2322馮茜、彭志剛、陳大鈞等油井水泥降失水劑岡的室內合成與性能評價j鉆井液與完井液，200423陳道元、李韶利、楊昌勇等m83s油井水泥降失水劑的性能評價j鉆井液與完井液2004， 2124武世新、向興金、楊紅麗等油井水泥降失水劑(hcw-1)的合成及性能評價j化學與生物工程25馮茜、彭志剛、陳大鈞等油井水泥抗鹽降失水劑f口的室內合成與性能評價j鉆井液與完井液28王展旭、孫偉、張科a狂)s共聚物固井降失水劑的合成及性能研究j青島科技大學學報，2004，25(4、：30831027鄭成勝、郭宏偉、孫在春油井水泥降失永劑丙烯酰胺2一丙烯酰胺基一2一苯基乙磺酸共聚物的合成及 性能評價e精細石油化工，2004，(5)：卜528盧甲晗、袁永濤、李國旗等油井水泥抗高溫抗鹽降失水劑的室內研究j鉆井液與完井液，200529劉秀成、李韶利、張志遠6306降失水劑在中原油田固井中的應用j鉆井液與完井液，2005，22167全國油田化學品發(fā)展研討會30李本旭、蘇如軍、任曙云等，低溫早強降失水劑g302a的研究與應用j_鉆井液與完井液，2005，2231賈曉斌三元共聚物抗鹽降失水劑在塔