高分子油井水泥降失水剂机理
油井水泥降失水剂的作用机理研究
油井水泥降失水剂的作用机理研究刘学鹏;刘仍光【期刊名称】《化学研究与应用》【年(卷),期】2017(029)012【摘要】本文从失水量、滤液粘度和滤饼结构等试验数据出发,阐释了聚乙烯醇降失水剂和AMPS聚合物降失水剂的作用机理.研究结果表明,聚乙烯醇降低失水量的主要原因不是其对水泥浆的增粘作用,而是其对滤饼渗透率的降低,即在滤饼和过滤介质表面形成的一层致密聚合物膜;AMPS聚合物降失水剂是靠改变滤饼电性,增加滤液粘度发挥作用.%Nowadays,most of knowledge about the function mechanisms of fluid loss control agent is a conjecture without the support of laboratory date. In this paper,the function mechanisms of polyvinyl alcohol(PVA)and AMPS polymer fluid loss additive were first systematically discussed by determining the quantity of fluid loss,filtrate viscosity and the electrophoretic mobility of filter cake fines. The results show that main factors in FL reduction by PVA is not viscosifying effect but reduction in filter cake permeability:a tough,monolithic and compact polymer film is formed on the filter membrane surface under the filter cake so that the FL is not in-creased notably meanwhile the film formed with PVA starts to destroy and this results in abrupt increase of FL. AMPS polymer to play the role of fluid loss is to change the filter cake electrical properties,increase the filtrate viscosity.【总页数】5页(P1928-1932)【作者】刘学鹏;刘仍光【作者单位】中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101【正文语种】中文【中图分类】O631.21【相关文献】1.一种抗温耐盐油井水泥降失水剂SW-1的研究 [J], 史素青;李明;魏福庆2.抗高温油井水泥降失水剂的合成及性能研究 [J], 詹美玲3.一种新型油井水泥降失水剂的室内研究 [J], 陈小华; 何芬4.新型耐高温油井水泥降失水剂的合成及性能研究 [J], 夏亮亮;倪涛;刘昭洋;王进春5.油井水泥环降脆增韧作用机理研究 [J], 李早元;郭小阳;罗发强;董兆雄;罗平亚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
降失水剂作用机理
(1)高聚物增加水泥浆粘度降失水剂多是天然高聚物改性或人工合成高聚物。
随它们在水泥浆中量的增加，浆液粘度增加，而降失水的作用更为明显。
于是人们曾经普遍认为，水泥浆粘度对控制失水起主要作用。
研究表明，粘度并不能有效地降低滤失，而且增粘会引起流动性能变差，泵压增大，排量减小，不利于紊流注水泥。
在高温深井注水泥时，有可能大分子主链未断开而侧链的取代基已经断键，致使聚合物降失水作用变差。
可以认为，在低温条件下，适当地增加水泥浆粘度有利于降低失水。
(2)聚合物结构与失水的关系作为降失水剂的大分子聚合物通常带有阴离子基团如—C00-和—SO3-或带有孤对电子的原子如氧、氮、硫原子。
它们能通过静电吸引或氢键吸附在水泥颗粒之上，尤其在水化初期。
而另一部分活性基团则能与水形成溶剂化层，从而使水分子同水泥微粒一道得以分散。
一种性能优良的聚合物降失水剂大分子链上应有足够数量的强水化性基团，以增加吸附水层厚度，减少结构内圈闭的自由水分子的数目，使水分子运动阻力增大，水泥浆滤失量降低。
另一方面，大分子链上还应有一定量的能强烈吸附在水泥粒子表面的基团，以产生牢固的液一固吸附。
大分子若不在水泥颗粒上吸附或吸附不牢固，就不能参与组成水泥浆网架结构，只能对溶液起增粘作用，因而水泥浆滤失量较大。
降失水剂吸附基的数量和吸附基在固体表面吸附的牢固程度是影响大分子链在水泥颗粒上的吸附稳定性的两个重要因素。
大分子降失水剂在水泥颗粒表面的吸附作用包括分子间力、氢键、静电力和化学键力。
由化学键力所决定的化学吸附比静电力、氢键力和分子间力更牢固。
当外加剂分子中有两个以上极性基并且这些极性基有络合能力时，则该外加剂的亲固力增强。
降失水剂与水泥微粒形成的网架结构是减小瞬时失水和形成致密滤饼的重要因素。
(3)降失水剂改善泥饼性能流体通过滤饼的流动速度主要受下列因素控制：①滤饼中水泥颗粒的形状和尺寸；②流体的粘度；③水泥颗粒和流动介质各组分所带电荷。
选择适当细度的水泥，调整颗粒级配，加入带有一定量负电荷的降失水剂都能提高滤饼的致密性，增大液体通过滤饼的阻力，可以降低滤失量。
抗高温油井水泥降失水剂的性能研究
溶液性能主要包括聚合物浓度、无机盐、温度、剪切速率等因素对聚合物溶液表观 粘度的影响，结果表明，溶液的表观粘度随聚合物的浓度上升而增加，随无机盐的加入 而下降，聚合物具有较好的抗温和抗剪切性能；应用性能的研究表明，降失水剂可有效 地降低失水量，具有良好的抗高温性能，对水泥浆的游离水无不良影响，具有一定的缓 凝作用，且过渡时间短，可改善水泥浆的流变性，当降失水剂加量郢．５％（ＢＷＯＣ）时， 水泥石强度发展较快；配伍性研究表明，该降失水剂与无机型缓凝剂有良好的配伍性， 在此基础上进行了水泥浆体系配方研究，当配方为：Ｇ级油井水泥＋３５％石英砂＋２％微 硅＋５％硼砂＋Ｏ．５％分散剂＋０．５％降失水剂＋０．５％缓凝剂＋ｏ．１％消泡剂，形成的水泥浆体 系游离水为０，初始稠度１０Ｂｅ，流性指数Ｏ．９３，稠度系数Ｏ．１６，１６０℃时的稠化时间为 ４００ｍｉｎ，失水量５３ｍＬ。
中国石油大学（华东） 硕士学位论文
抗高温油井水泥降失水剂的性能研究 姓名：曾斌
申请学位级别：硕士 专业：石油与天然气工程 指导教师：倪红坚；孙举
201205
摘要
本文结合目前油井水泥降失水剂的研究现状和发展趋势，对中原油田钻井工程技术 研究院油化所合成的抗高温降失水剂进行了系统的性能研究，主要包括溶液性能、应用 性能、以及配伍性三方面的内容，形成了以该降失水剂为主剂的抗温１６０＂Ｃ水泥浆体系 配方。
降失水剂类型及制造原理
降失水剂类型及制造原理良好的降失水剂应符合以下条件：1)对水泥浆的流动性，抗压强度，凝结时间无不良影响；2)能适应不同类型和密度的水泥浆；3)使用方便，成本低(因降失水剂加量较大)。
(1)微粒材料最初用作降滤失的外加剂是膨润土，膨润土以其微小的颗粒进入滤饼并嵌入水泥颗粒之间使滤饼结构致密，降低泥饼的渗透率，从而减少水泥浆的失水。
例如5%~8%的优质粘土就可以使水泥降失水降低到300~400ml/30min。
属于这类材料的还有沥青、CaCO3粉末、微硅、石英粉、火山灰、飞尘、硅藻土、硫酸钡细粉、滑石粉、热塑性树脂等，均可用作降失水剂。
此外，胶乳水泥也有非常好的降滤失性能。
胶乳是乳液聚合物，是由粒径200~500μm的微小聚合物粒子在乳液中形成的悬浮体系。
大多数胶乳体系含有50%(质量分数)左右的固相，就像膨润土那样，胶乳粒子可以在水泥滤饼的微隙中形成架桥颗粒和物理堵塞。
油井水泥最常用的胶乳是聚二氯乙烯和聚醋酸乙烯酯体系，但仅限于50℃以下使用。
苯乙烯-二烯及其衍生物的共聚物胶乳体系已经用于176℃条件下固井作业。
胶乳体系除具有良好的降滤失性能外，还可改善水泥石性能，增强抗震抗腐蚀能力等。
其加量为1%~5%左右。
(2)纤维素衍生物这类型产品品种较多，常用的有HEC(羟乙基纤维素)、CMC、CMHEC，硫酸纤维素，纤维素黄原酸盐以及纤维素的接枝改性产品。
纤维素来自棉花(含90%)、木材(含50%纤维素，20%~30%木素，其余为半纤维素)、麻、稻草、麦草等。
纤维素是含不同聚合度的大分子混合物，经过提纯，分离之后聚合度有很大下降。
如棉纤维和木材纤维的聚合度达1万左右，经蒸煮分离后，聚合度n降至100~2000。
纤维素大分子每个基本环有三个自由羟基，可以进行氧化、酯化、醚化反应，这样就改变了纤维素的性质。
纤维素作为降失水剂，聚合度n=200~800，取代度(DS)在0.5~2.5之间，使用温度在130℃以下，加量0.1%~0.3%。
油井水泥降失水剂的合成及性能评价(油田实验讲义)[1].doc
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AM/SMAM二元共聚物泥浆降失水剂的合成及性能评价一、实验目的掌握共聚物类油田化学处理剂合成的基本方法。
掌握水泥浆失水测定的基本方法。
了解影响水泥浆失水的因素。
了解水泥浆失水对固井质量的影响。
二、实验原理水泥浆自由水在压差作用下通过井壁渗入地层的现象称为水泥浆的失水。
水泥浆的失水会造成水泥浆体系中水溶性外加剂绝对含量的变化，可能造成稠化时间缩短、桥堵、气窜等固井事故。
控制水泥浆的失水是保持水泥浆整体性能在施工过程中稳定的关键。
水泥浆失水的测定原理是在标准规定的条件（温度、压差和时间）下，测定水泥浆通过一定面积的滤网滤失的液相的量。
仪器工作原理见图2-4-1和图2-4-2。
水泥浆常温低压失水的测定是将配制好的水泥浆注入常压稠化仪中，常温(25℃)搅拌20min后倒入失水仪容器中，在700kPa压力下，测定水泥浆1/4min，l/2min，1min，4min，7min以及30min自由水滤失量。
而高温高压失水量则是在指定温度及6900kPa压力下测定的水泥浆失水量。
失水的计算与表述：如果30min前未出现“气穿”现象（即气体以滤网端穿过），记录30min时失水的体积，其体积乘以2即为该水泥浆的失水量。
如果30min 前出现“气穿”现象，记录“气穿”时间和滤失量，其30min失水量按下式计算：式中Q30——失水，ml；Q t——所测定t(min)时间的失水量，ml；t——实测时间，min。
注1：公式中乘以2是因为用面积22.6cm2的滤网，如果用面积45.2cm2的滤网，则不需要乘以2。
注2：实验结果表述时，如果满30min的失水记为“失水”，试验不到30min发生“气穿”的失水应记录为“计算的失水”。
三、实验材料及仪器1．实验材料G级油井水泥；减阻剂SXY；降失水剂（合成）；自来水；丙烯酰胺；甲醛；碳酸氢钠。
2．实验仪器电子秤（精度0.01g），电子天平（精度0.0001g），常压稠化仪，高温高压失水仪。
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。
油井水泥降失水剂AS的合成与性能评价
关 键 词 ： 降 失 水 剂 ； 耐 温 ； 耐 盐 ； 固井 中 图分 类 号 ：ＴＥ ２ ６ ６ ５ ． 文献标识码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ６ ６ ｊｉｓ ． ６ ２ ６ ５ ． ０ ２ ０ ． １ ｏ ： ０ ３ ９ ／．ｓ ｎ １ ７ — ９ ２ ２ １ ． ２ ０ １
能评 价 。评 价 结 果表 明 ： 失 水 荆 Ａ 降 Ｓ具 有 较 好 的 耐 热 性 和 耐 盐 性 ， １０ ℃ 下 ， 失 水 剂 Ａ 在 ５ 降 Ｓ在 饱 和 盐 水 中的 ＡＰ Ｉ 滤失量（ Ｉ 失量 ， ＡＰ 滤 即按 ＡＰ 标 准 测 量 的 失 水 量 ， 称 滤 失 量 ） ９ ； １ ０℃ 下 ， 泥 中单 独 掺 入 质 量 分 数 Ｉ 简 为 ６ｍＬ 在 ２ 水 ３ ～ ８ 的 聚 合 物 可将 滤 失量 控 制 在 ５ ０ｍＬ 以 内 ； 其 它 外 加 剂 的 配 伍 性 好 。 在 合 成 过 程 中采 用 Ｎａ Ｏｓ 节 与 ＨＣ 调 ｐ 值 和排 出 装 置 中 氧 气 ， 需 通 Ｎ Ｈ 无 保 护 ， 简化 合 成 工 艺 。木 质 素 磺 酸 钠 来 源 于造 纸 污 水 ， 可 降低 成 本 又 有 利 可 既
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油井水泥降失水剂SYJ-3简介
油井水泥降失水剂SYJ-3作用机理：SYJ-3为一种专用油井水泥降失水剂，属于阴离子型高分子共聚物，由于引入了磺酸基团，使产品具有较强的那高温和耐盐性能。
水溶性高分子通过亲水基团束缚自由水和增加自由水的流动阻力，水溶性高分子的分散作用使水泥颗粒均匀分散在水泥浆体系中，失水时形成密堆积，达到控制失水的目的。
水溶性高分子在水泥浆体系中形成布满整个体系空间的网状结构，失水时高分子线团可部分进入滤饼孔隙中，降低滤饼渗透率达到控制失水的目的。
现场应用：SYJ-3作为一种新型降失水剂，具有对水泥较好适应性。
具有耐高温耐盐的特点。
目前此产品已经成功应用于胜利油田最深井-胜科一井，循环温度超过200度，井深超过7000米，填补了国内在此井深下降失水剂的空白。
此产品也成功应用于四川、新疆、伊朗等国内外市场，现场使用效果较好。
油井水泥降失水剂SYJ-3生产工艺：将AMPS和AM及附属原料加入水中，待充分溶解后升至预定温度，加入引发剂，在预定温度下反应4-6小时，降温出料。
油井水泥降失水剂SYJ-3所采用主要原料为AMPS和AM，价格如下：
根据近几年原料价格走势，特别是最近国内产品生产厂家的整合，小型企业不断消亡，将会出现集团化生产，其价格将会进一步提高。
油井水泥减阻剂SYJZ-1简介
油井水泥减阻剂SYJZ-1作用机理：SYJZ-1为一种专用油井水减阻剂，属于阴离子型高分子共聚物，由于引入了磺酸基团，使产品具有较强的那高温和耐盐性能。
1、Z-1同时也是表面活性剂，其吸附作用降低了水泥颗粒之间的界面张力，从而水泥颗粒易于分散；2、颗粒之间电荷，使水泥颗粒带上相同电荷，产生斥力，使水泥和水体系处于相对稳定悬浮状态；3、溶剂化作用，吸附于水泥表面的分散剂借助于亲水基团，很容易和水分子以氢键形式缔合起来，加之极性水分子之间的氢键缔合作使水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化膜，使微粒间产生以水为润滑介质的润滑减阻作用。
由于水化膜的存在和水化膜的增厚形成了稳定的保护膜，便水泥微粒分子间距得以增大。
从而减小了水泥强粒之间的分子引力，妨碍了水泥微粒间的接近和凝聚，从而使水泥微粒得以分散。
油井水泥减阻剂SYJZ-1生产工艺：将丙酮和附属原料加入预反应釜中，待充分溶解后滴加至溶解完全亚硫酸钠的反应釜中，在预定温度下反应5-6小时，降温出料。
现场应用：SYJZ-1为一种新型减阻剂，具有对水泥较好适应性。
具有耐高温耐盐的特点。
目前此产品已经成功应用于胜利油田、
四川、新疆、伊朗等区块，改善水泥浆的流动性能，使之处于紊流顶替状态，提高了固井质量。
油井水泥减阻剂S YJZ-1所采用主要原料为丙酮和亚硫酸钠。
近几年受国际石油价格影响，丙酮价格将会继续攀升，而随着硫磺这一资源的需求增加、产能降低，其价格也必将进一步提高。