油田化学-赵雄虎 第五章第三节

第三节 缓凝剂

一、作用及用途

防止水泥过快凝结。延长水泥浆稠化时间。 主要用于深井及高温井中。

常用的油井水泥缓凝剂有木质素磺酸钙(D13,150C,0.1-1.5%)，CMHEC,高浓度的NaCl（可至饱和），纤维素(D8,0.05-0.5%)，羟基有机酸（D30,0.2%）,等。

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二、作用机理：

目前认为缓凝剂以以下四种理论起作用： 〈1〉吸附理论：

缓凝剂分子吸附在水化产物表面，形成单分子或多分子吸附层，带有同号电荷。阻止水与水泥颗粒的进一步接触。有机电解质类缓凝剂常以这种机理起作用。

例如：络合羟基化羧酸钠盐或木质素磺酸钠盐。 〈2〉沉淀理论：

缓凝剂与水化液相中的钙离子或氢氧根离子反应，在水泥颗粒表面生成不溶性、非渗透性沉淀层，阻止了水分子渗透水化。

普通的糖属于这一类。如它与石灰溶液化合生成葡萄糖酸钙沉淀。 〈3〉晶核延缓结晶理论：

缓凝剂分子吸附在水化产物晶体表面上，毒化了晶体生成晶核过程，从而阻止了晶体的生长。以延缓水泥水化。 〈4〉络合理论：

缓凝剂分子与水化液相中的钙离子发生络合作用，阻止了晶核的生成，从而阻碍了水化的进行。

缓凝剂的作用机理仍然在讨论中，具体到某种缓凝剂以何种机理起作用，要进行具体分析。

三．常用的几种缓凝剂：

1． 无机物类：主要以表面沉淀机理起作用。

饱和盐水、硼酸及其盐，磷酸及其盐（230F-260F），氧化锌和氧化铝等。 饱和盐水适用于井深10000-12000英尺或3000-3600米

氧化锌和氧化铝用于触变水泥，溶解度很小的氢氧化锌、氢氧化铝凝胶沉淀在水泥颗粒上，形成一层渗透性极低的保护层。在一定条件下，这种沉淀最终转变为水化锌酸钙晶体，失去缓凝作用。

Zn（OH）2+2OH+Ca+2H2O=CaZn（OH）6.2 H2O

2． 有机物类：主要是LS类（LS -Na、LS -Ca、FCLS）、糖类、羟基羧酸盐、有机磷酸盐、

纤维素类等。

〈1〉 木质素磺酸盐：LS –Na、LS –Ca和FCLS。

加量为干水泥重量的0.1-1.0%,用于4000米以内井深，井底温度150C以内。

其作用机理可用吸附理论及延缓结晶理论来解释：

A：-SO3和OH-可吸附在C-S-H凝胶层上，LS参与水化产物结构形成，使渗透性降低，阻止进一步水化。

B：缓凝剂分子通过静电作用与Ca??结合，阻止Ca(OH)2晶体的生成并使晶体尺寸和晶形发生改变，延缓水泥水化。

〈2〉 羟基羧酸盐：葡萄糖酸及其盐、柠檬酸、酒石酸、水扬酸、苹果酸、乳酸等。这些

缓凝剂分子结构中同时含有羟基和羧基。

加量0?3-0?4%，具有高效缓凝能力，可用于150?C-200?C，深井。 吸附：OH， 沉淀：－COOH＋Ca, 络合：OH+Al <3>纤维素类

CMC：主要用低粘

CMHEC：135C以下，加量0。2-0。5%，兼有降失水的作用。吸附在水化的水泥颗粒表面，增大水泥浆粘度，使水的渗透减慢。

〈3〉 有机磷酸盐：高效，0.001-0.1%，耐温可达204C。 需补充分子式

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