油井水泥

2024-11-05

油井水泥（精选7篇）

油井水泥篇1

1 挤水泥的概念

所谓挤水泥就是利用液体压力挤压水泥浆, 使之进入地层缝隙, 或多孔地层, 达到在地与套管之间造成密封和固结的一种工艺。

由于挤水泥是在较高的压力下将水泥浆挤入欲注入目的层或部位, 挤入地层中的水泥浆量越多, 则密封固结效果越好, 因此, 这种高压注水泥技术广泛应用于修井挤注水泥施工中。

2 挤水泥的目的

(1) 控制油、气比, 提高采油量。

(2) 防止大量出水和气。

(3) 封堵漏层。

(4) 防止流体向生产层窜流。

(5) 报废井上应用:为了防止报废层或报废井内的流体向其它层位运移或串通, 可以使用挤水泥的方法封堵炮眼或裸眼完成井的枯竭层。

3 挤水泥方法介绍

3.1 低替高挤法施工

第一步:循环洗井:将井内气体及杂质脱离干净, 以保证施工的安全和效果。

第二步:求吸水:用水泥车向目标层持续注水, 当压力稳定后, 记录在稳定压力下注入量和时间, 求的吸水量, 以确定挤水泥的用量。

第三步:配泥浆:根据水泥稠化试验单所给的配方配置水泥浆。

第四步:注水泥浆:正替入设计规定的水泥浆。如果井内压井液为非清水, 则按油管及油套环空容积比在替入水泥浆前后依次替入前隔离液和后隔离液。

第五步:替顶替液, 用与井筒内液体液性相同的液体正替水泥浆至油套平衡。顶替液必须与井筒内液体的液性、密度相一致, 控制顶替排量为300~400L/min

第六步:上提油管:提管脚至井筒内水泥浆面50-100米以上, 换装高压井口。

第七步:反洗井:洗出油管内外壁附着的残余水泥。

第八步:挤水泥:按设计要求反挤水泥。反挤水泥浆量由设计挤入地层的量和考虑井筒液体压缩的附加量两部分组成。

第九步:候凝:常规关井候凝36-48h, 特殊井依据水泥浆性能、添加剂的浓度、水泥浆量可以延长侯凝时间为72-96小时。

第十步:探塞:探塞前必须计算预计塞面深度, 探塞加压10-20KN。

3.2 水泥承留器挤法施工

第一步:通井:下￠115m m通井规通井, 保证后面下水泥承留器能顺利下如

第二步:刮削、洗井:下G X-T140刮削器刮削套管, 对套管内壁的赃物及毛刺能清理干净, 并且在射孔段和, 承留器坐封位置。

第三步:试压:在下刮削时带￠73mm单流, 对油管试压30Mpa, 确保油管无漏失。

第四步:下水泥承留器, 坐封, 丢手。

第五步:下封隔器验封:下封隔器对水泥承留器验封, 验证水泥承留器是否坐封合格。

第六步:下插管:下插管, 但不要插入插管。

第七步:循环洗井:将井内气体及杂质脱离干净, 以保证施工的安全和效果。

第八步:对上层求吸水:关闭套管闸门, 用水泥车向目标层持续注水, 当压力稳定后, 记录在稳定压力下注入量和时间, 求得吸水量。

第九步:下放管柱插入插管, 加压10吨以上, 防止挤封过程中压力过大将插管上顶。

第十步:找窜:打开套管, 持续正注入洗井液, 观察套管有无返液, 若不返液证明上下层之间不窜, 可立即求吸水, 确定挤水泥的量;若套管返液, 则用2倍套管容积的液量大排量冲洗窜槽。

第十一步:配泥浆:根据水泥稠化试验单所给的配方和求吸水的结果配制水泥浆。

第十二步:注水泥浆:正替入设计规定的水泥浆。如果井内压井液为非清水, 则按油管及油套环空容积比在替入水泥浆前后依次替入前隔离液和后隔离液。

第十三步:替顶:

若窜:用与井筒内液体液性相同的液体正替水泥浆至水泥承留器以上有50m的预留水泥浆。

若不窜:则正挤水泥浆至水泥承留器以上有50m的水泥浆, 注意控制压力不超过水泥承留器压力和地层破裂压力。

第十四步:保持管柱压力上提管柱拔出插管。

第十五步:反循环大排量洗井, 井内多余的水泥浆清洗干净。

第十六步:若窜:则上提管柱至层段以上100m, 关井侯凝48小时, 后对上部层段求吸水判断污染程度, 决定是否需要补孔。

若不窜:则无需侯凝直接求吸水, 观察上部层段受污染情况。

第十七步:起出插管。

综上所述, 挤水泥施工的风险相比其他常规修井施工风险高出很多, 因此在挤水泥施工当中要对井下情况了解清楚, 施工涉及的水泥浆密度、用量、添加剂、挤入量等计算和控制要务必精准, 施工时工程车辆的摆放要合理, 人员配合要默契, 操作时动作要迅速、准确, 以提高挤水泥施工的成功率, 并保证施工质量。

油井水泥篇2

油井水泥作为深井和超深井井下作业的关键固井材料,要求具有合适的密度和凝结时间,较低的稠度,用其配制的预拌油井混凝土要具有良好的抗沉降性和可泵性。为满足固井施工的时限要求,往往需要在水泥浆中添加延长稠化时间的外加剂缓凝剂,以增加水泥浆的稠化时间、降低粘度、延长可泵送时间、改善流变性能等[5,6],目前,虽然天然石膏仍是油井水泥缓凝剂的不二之选,但是,天然石膏作为水泥缓凝剂已不能满足生产的需要,因此,对磷石膏替代天然石膏做油井水泥缓凝剂进行了初步研究,研究了不同熟料细度及不同磷石膏掺量对G级高抗油井水泥石的两大主要性能--强度和抗硫酸盐侵蚀的影响,为磷石膏在油井水泥中的综合利用提供技术依据。

1 试验原料

试验所用水泥熟料为四川攀枝花嘉华水泥厂的G级高抗硫酸盐型油井水泥熟料,其化学成分和矿物含量如表1所示。本试验中,磷石膏产自四川德阳,以无水硫酸钙(CaSO4)为主,含有少部分的二水硫酸钙(CaSO4·2H2O),天然石膏产自四川大邑县,主要成分为无水硫酸钙,其化学成分分析见表2所示。

2 试验方法

试验主要探究油井水泥熟料细度和磷石膏掺量对油井水泥石强度的影响。因此,设计了5个熟料细度及5个石膏掺量,通过正交试验进行各因素对水泥石强度的影响比对。熟料细度由比表面积控制,分别取250±10 m2/kg、300±10 m2/kg、360±10 m2/kg、400±10 m2/kg、450±10 m2/kg。石膏掺量由SO3含量控制,分别取2.2%、2.4%、2.6%、2.8%、3.0%。油井水泥性能按GB10238-2005《油井水泥》的要求进行检验。SEM分析在日本东芝公司TM-1000型扫描电子显微镜上完成。

3 试验结果与分析

3.1 油井水泥熟料细度对水泥石强度的影响

磷石膏替代天然石膏作普硅水泥缓凝剂,已经得到广泛应用,使用效果与天然石膏相当。而对油井水泥来说用磷石膏全部替代天然石膏作缓凝剂,对油井水泥的各项物理性能的影响研究尚少,试验首先对油井水泥熟料的细度以及磷石膏的掺量对60℃养护8 h的水泥石强度影响进行了初步研究,结果如图1、图2所示。

水泥熟料的细度对水泥石抗压强度的影响较为明显,当熟料比表面积为250 m2/kg时,经60℃8h养护后的水泥石抗压强度基本未达到GB10238-2005油井水泥标准中规定的要求(≥10.3 MPa),而当熟料比表面积大于300 m2/kg时,水泥石抗压强度基本都超过了油井水泥标准规定的最低标准,且随着熟料细度的增加,强度值逐渐增加,当细度超过400 m2/kg,抗压强度开始下降。这是由于水泥的比表面积增大,在同样的水灰比条件下,水泥的水化速度加快,凝结、硬化速度也随之加快,随着细度的增加,强度增加。但当水泥细度过细(450 m2/kg),钙矾石的形成速度加快,诱导期提前,影响了其他水化产物的形成,因此,水泥的比表面积是决定其物理性能的关键因素之一。另外,油井水泥不能磨得过细,否则将会增加水泥浆体的稠度,使其流动度不好,泵送性能降低,不利于施工。因此水泥熟料的比表面积控制在400 m2/kg左右为宜。

随着磷石膏掺量(以SO3含量计)的增加,相同细度的油井水泥石60℃8 h抗压强度呈现上升曲线,当磷石膏掺量即SO3含量达2.8左右,上升趋势减缓,这也可归咎于磷石膏中SO42-离子浓度的增加,加快了钙矾石的形成速度,进而影响强度发展,不过也不排除磷石膏中的有害杂质的影响,所以如果要控制磷石膏的理想掺量必须参考水泥其他物理性能,而如果单独考虑磷石膏掺量对抗压强度的影响,则磷石膏添加量较为宽泛。

3.2 磷石膏替代天然石膏对水泥石强度的影响

在研究了水泥细度和磷石膏掺量对强度发展的影响之后,我们进一步比较了磷石膏替代天然石膏对水泥石强度的影响,方案与结果如表3所示,为了更好的进行比较,将二者的强度值绘制成柱状图,如图3所示。

由图3可以看出,在熟料细度和石膏掺量相同的条件下,掺磷石膏的水泥石60℃8 h的抗压强度略低于掺天然石膏水泥石强度,这可能是由于磷石膏内所含P2O5造成。然而,掺磷石膏的水泥石强度与掺天然石膏的强度之间的差距不是很大,且掺磷石膏油井水泥石60℃8 h抗压强度基本都高出GB10238-2005油井水泥标准所规定抗压强度(≥10.3 MPa)。因此,单从抗压强度的角度考虑,磷石膏可以替代天然石膏作油井水泥缓凝剂,如果为了达到更好的使用效果,可以对磷石膏进行改性,如此可以获得更高的强度。

3.3 磷石膏对水泥石抗硫酸盐侵蚀性能的影响

抗硫酸盐侵蚀性能的检测按照GBT748-2005《抗硫酸盐硅酸盐水泥》方法进行,表4列出了水泥石在3%硫酸盐和淡水中浸泡11 d和28 d的抗压强度值。

从3%硫酸盐及淡水浸泡下试块11 d、28 d抗压强度对比,可以看出在淡水浸泡下和在硫酸盐浸泡下11 d水泥石强度间稍有差距,其中最大强度差距不超过3 MPa,而28 d后期强度值基本相当,磷石膏替代天然石膏并未影响高抗油井水泥的抗侵蚀性能,28 d硫酸盐侵蚀后的试块强度未受影响。这可能是与油井水泥的高抗硫酸盐性能有关。掺磷石膏试样分别在淡水和3%硫酸盐中侵蚀11d、28 d的SEM形貌图基本相似(如图4、5所示),稍有不同的是硫酸盐中侵蚀试样SEM形貌图中少量针状纤维出现,这是由于在硫酸盐中浸泡的试块水化过程中形成钙矾石(AFt),它属于三方晶系,典型的棱柱状结构,由相关文献表明二次钙钒石的生成与试样外部生长条件中抗硫酸盐侵蚀有关。当晶体生成的空间较大,晶核较小,结晶速度较慢时,可显示出明显的棱柱状形貌,并可见六角形断面;当晶体生长的环境较复杂,结晶速度较快时,所见往往为棱边不明显的等径细长棒,在熟料水泥中,后一种较多[7]。

4 结论

(1)油井水泥石60℃8 h养护强度随油井水泥熟料细度的增加而增大,细度达到400 m2/kg,水泥石强度达最高;

(2)油井水泥石60℃8 h养护强度随磷石膏掺量的增加呈现缓慢上升趋势;

(3)掺磷石膏的水泥石强度与掺天然石膏的强度之间的差距不大,且掺磷石膏油井水泥石60℃8h抗压强度基本都高出GB10238-2005油井水泥标准所规定抗压强度(≥10.3MPa)。

(4)磷石膏替代天然石膏并未影响G级高抗油井水泥的抗侵蚀性能。

摘要：利用工业废渣磷石膏替代天然石膏作油井水泥的缓凝剂,研究不同熟料细度及掺量对G级高抗油井水泥强度及抗硫酸盐侵蚀等性能的影响。结果表明,随着油井水泥熟料细度的增加水泥石强度逐渐增加,细度达到400 m2/kg,水泥石强度达最高;随着磷石膏掺量的增加,水泥石强度呈现缓慢上升趋势;磷石膏替代天然石膏对水泥石强度影响不大;磷石膏替代天然石膏对高抗油井水泥的抗硫酸盐侵蚀性能未造成不良影响。

关键词：油井水泥,磷石膏,强度,硫酸盐侵蚀

参考文献

[1]纪罗军,陈强.我国磷石膏资源化利用现状及发展前景综述[J].硫磷设计与粉体工程,2006,(6):9-12.

[2]杨荣华.石膏资源的综合利用现状及发展方向探讨[J].无机盐工业,2008,40(4):5-7.

[3]杨淑珍.磷石膏改性及其作水泥缓凝剂研究[J].武汉理工大学学报,2003,(1):50-53.

[4]聂海滨,安耀彬,刘翠薇.浅析我国G级高抗油井水泥的质量水平[J].水泥,2006,(10):20-22.

[5]黄柏宗,谢承斌,蔡久能.深井固井的若干问题[J].钻井液与完井液,2003,(8):15-21.

[6]齐奉忠,申瑞臣,刘英,等.国内固井技术现状问题及研究方向建议[J].钻采工艺,2004,(2):7-11.

油井水泥篇3

1 研究思路

将壁材包被于芯材的方法称为微胶囊技术[2,4]。针对自愈合剂, 好的壁材应当包被效果好, 不影响水泥浆体系性能, 具有一定的抗搅拌能力, 在制浆及固井施工过程中壁材不会渗水或者破裂, 并且能在需要时将自愈合剂缓慢释放出来达到长期自愈合的效果。

常用的微胶囊壁材料主要有天然高分子、半合成高分子和合成高分子。现利用交联法, 以硫酸铜及硫酸亚铁为结构剂制备了一种改性PVA (聚乙烯醇) 作为自愈合剂的壁材, 同时采用PVA、PVP (聚乙烯吡咯烷酮) 作为壁材分别制造复合型自愈合剂进行性能对比, 评价并筛选出最优种类。

2 实验

2.1 实验仪器及药品

实验药品:自愈合剂CW—1 (南京科瑞玛有限责任公司) 、PVP、PVA、硫酸钠、乙醇、硫酸铜、硫酸亚铁、嘉华G级油井水泥、降失水剂LT—2、分散剂SXY等。

实验仪器:磁力搅拌器、电热干燥箱、恒温养护釜、恒温水浴锅、FLP—1.5流化造粒包衣机、DFC—0710B增压稠化仪、NYL—300压力机、岩心流动装置等。

2.2 改性PVA的制备

取一定量的PVP配置成质量浓度为2.8%的PVA溶液, 将一定量的PVA溶液注入质量浓度为10%的Na OH溶液中, 然后将混合溶液置于45℃恒温水浴中, 分别加入一定量的结构剂硫酸铜和硫酸亚铁 (先将结构剂分别溶于5 m L水中) , 充分搅拌5 min, 此时溶液形成可流动的介于沉淀和凝胶之间的一种物质。再将混合物搅拌均匀后放入60℃恒温水浴中静置45 min得一种浅绿色凝胶类物质。实验中使用各物质的质量配比如下:PVA溶液∶Na OH溶液∶硫酸铜∶硫酸亚铁∶H2O=7.71∶2.85∶2.85∶28.6∶57.99。

所得物质烘干后具有一定的抗压强度, 有良好的抗搅拌能力;常温下微溶于水, 并且溶解度随着p H降低、温度的升高而提高。将其烘干, 粉碎, 过筛得到改性后的PVA, 取代号XY, 作为下面实验中自愈合剂的壁材。

2.3 复合型自愈合剂的制备

采用流化床法制备微胶囊[4]。将自愈合剂CW—1过筛, 然后将过筛后颗粒进行滚圆;滚圆后的颗粒放入FLP—1.5流化造粒包衣机中干燥2 h, 床层温度控制在35~40℃, 以免颗粒粉化;倒出颗粒过筛, 筛除小颗粒和团聚的大颗粒。同时将XK以水作为溶剂配制成一定浓度的溶液, 为防止包衣过程中发生黏连, 溶液中各加入适量滑石粉。溶液配制完成后, 将过筛后的颗粒装入流化床, 开动机器进行微胶囊化, 增重30%。分别在增重20%、30%时取样, 再增重5%后微胶囊制作过程完成。将微胶囊化的颗粒放入烘箱, 60℃老化12 h, 使膜材充分融合, 保证膜的连续性。

更换壁材材料, 重复上述过程, 分别得到3种复合型自愈合剂, 为方便记录将XY、PVA、PVP作为壁材的复合型自愈合剂分别取代号为XK—1、CW—A、CW—P。

2.4 复合型自愈合剂筛选及评价

参照行业标准SY/T 10022.1—2001《水泥浆设计和试验》和SY/T 6544—2003《油井水泥浆性能要求》的相关章节, 使用胜利油田常用水泥浆配方对含有复合自愈合剂的水泥浆体系性能进行评价, 同时用使用自愈合剂CW—1的水泥浆体系作为对照。

水泥浆配方:嘉华G级油井水泥+3%微硅+1.0%分散剂SXY+1.2%降失水剂LT—2+3%复合型自愈合剂/CW—1;水灰比为0.44。

2.4.1 自愈合水泥浆基本性能

为满足固井施工的要求, 水泥浆体系应当有适当的流动度和失水量, 同时浆体稳定, 基本无游离液。参照行业标准SY/T 6544—2003《油井水泥性能要求》以及油井水泥浆API标准相关内容, 对使用了不同自愈合剂的水泥浆体系进行基本性能测试, 所得实验结果见表1。

从表1可知:各壁材虽略有增稠作用, 自愈合水泥的自愈合性主要体现在两方面: (1) 水泥石抗压强度的恢复; (2) 水泥石渗透率的恢复。但其所具有的良好成膜作用都有利于水泥浆体系降失水。同时从游离液下降可看出, 它们都有稳定浆体的作用。

2.4.2 复合型自愈合剂自愈合筛选及效果评价

自愈合水泥的自愈合性主要体现在两方面: (1) 水泥石抗压强度的恢复; (2) 水泥石渗透率的恢复。把不同复合型自愈合剂水泥石人造微裂缝, 并放于70℃、常压油水环境中养护, 分别测定不同养护时期后的抗压强度和渗透率恢复情况, 从而筛选出效果最好的复合型自愈合剂。实验所得结果如表2。

注:表中各数据均为多个水泥模型测定后所取平均值。配方:嘉华G级油井水泥+3%微硅+1.0%分散剂SXY+1.2%降失水剂LT—2+3%复合型自愈合剂/CW—1;水灰比为0.44。

由表2中数据初步分析可知:以PVP作为壁材的复合型自愈合剂的自愈合效果与没有使用壁材包被过的CW—1所具有的自愈合效果相当, 这是因为PVP常温下能易溶于水和多种有机溶剂, 作为壁材其抗压、抗搅拌能力可能不够强, 导致在混浆、倒浆等制浆过程中就将一部分的微胶囊壁破坏, 或者一部分的微胶囊壁溶解释放出自愈合剂, 所以实际提升效果并不很明显, 不能很好地解决制浆及固井过程中因搅拌作用、溶解作用引发的自愈合剂损失。

而以PVA和XK作为壁材的复合型自愈合剂对自愈合效果有明显的提高, 将两者的恢复效果对比见表3。

由表3可以看出以XV作为壁材的复合型自愈合剂比以PVA作为壁材的复合型自愈合剂具有更好的自愈合效果。因为壁材XY具有一定的抗搅拌能力, 在制浆过程中不会因外力被大量破坏, 减少了因搅拌作用引起的自愈合剂损失。其次, 因为壁材XY在常温下微溶于水, 在制浆及施工过程中可以大量减少溶解作用造成的自愈合剂损失。

当水泥石产生微裂缝, 并且处于较高温度 (70℃以上) 时, 壁材遇缝隙水缓慢溶解释放出自愈合剂, 便有足够量的自愈合剂触发自愈合效果。由于XY较PVA具有更高的抗搅拌能力, 在制浆过程中能更多地减少自愈合剂的损失, 因此在水泥浆体系中能释放出更多的自愈合剂, 自愈合效果更明显。

XK—1复合型自愈合剂前期产生的自愈合率高于PVA复合型自愈合剂:渗透率降低率最高高出20%;抗压强度恢复率最高高出13%。随时间推移两者自愈合率逐渐接近, 但PVA复合型自愈合水泥石表现出更佳的渗透率及抗压强度。综上所述, 最终筛选出了以PVA为壁材制成的复合型自愈合剂, 命名代号为XK—1。

2.4.3 XK—1自愈合水泥石的微观电镜分析

微观分析:通过扫描电镜图片分别对比含CW—1和XK—1的自愈合水泥石微裂缝处的自愈合情况。图1为人造微裂缝断面图, 图2、图3为CW—1水泥石微裂缝电镜图, 图4、图5为XK—1水泥石微裂缝电镜图。

从上面四张微裂缝断面图中可以清楚看出, 含有XK—1的水泥石断面所生成的不规则填充物质明显多于含有CW—1的水泥石断面。可见, 复合型自愈合剂XK—1能有效地在制浆及施工过程中保护大部分自愈合剂不受损失, 并且有较好的缓速释放效果, 保证了自愈合剂的长期、充分有效的利用。

3 结论

(1) 利用交联法合成制备了改性的PVA壁材XY, 该物质具有良好的抗搅拌能力, 适宜作为自愈合剂CW—1的包被材料。

(2) 利用流化床法, 将不同壁材包被自愈合剂CW—1, 制备了不同种类的复合型自愈合剂。对不同种类的符合型自愈合剂进行筛选和评价, 实验结果证明复合型自愈合XK—1具有最好的保护效果, 大大提高了自愈合剂的利用率。

(3) 对复合型自愈合剂XK—1的电镜扫描结果显示:XK—1自愈合水泥石微裂缝断面能生成大量填充物质, 在长时间养护后仍能持续释放自愈合剂。在同等养护期 (尤其8周以上较长养护期) 下, 断面产生的填充物质更多。

摘要：为提高油井水泥自愈合剂的利用率, 可以利用合适的壁材将自愈合剂包被起来, 达到保护自愈合剂的功效。采用一种改性PVA作为包被剂, 通过流化床制微胶囊法制成了一种油井水泥复合型自愈合剂XK—1。实验结果表明XK—1具有一定抗搅拌能力, 能减少制浆过程中自愈合剂的损失, 有效提高自愈合剂的利用率, 增强自愈合效果。XK—1与CW—1水泥石微裂缝断面电镜扫描对比结果显示, XK—1水泥石断面产生了填充物质更多, 能提供更长期的自愈合作用, 自愈合效果明显提高。

关键词：自愈合剂,利用率,微胶囊,电镜扫描

参考文献

[1] 陈大钧.油气田应用化学.北京:石油工业出版社, 2005

[2] 李靖.延迟释放微胶囊防气窜水泥浆体系的研究.北京:中国石油大学

[3] Cavanagh P, Suncor Energy lnc., Jonhnson C R.Self-Healing Cement—Novel Technology To Achieve Leak-Free Wells.SPE/IADC105781, 2007

关于油井水泥浆防砂工艺的讨论篇4

1 油井出砂的危害

1.1 原油产量、注水量下降甚至停产、停注

油井出砂, 极易造成油层砂埋、油管砂堵、砂卡, 致使原油产量、注水量不断下降甚至停产、停注。

1.2 地面和井下设备磨损

砂子从底层产出后, 一部分较小的颗粒随产出液一起进入地面生产流程, 造成地面输油设备磨损;还有一部分较大的颗粒沉积在井底, 造成泵筒与活塞拉伤、凡尔球和凡尔座点蚀及其它井下设备磨损、导致泵效率低、油井减产。

1.3 套管损坏、油井报废

油层出砂导致套管损坏主要有两方面的原因:一是长期出砂对射孔炮眼产生摩擦作用, 使炮眼孔径变大, 壁厚变薄, 抗压强度降低, 导致套管损坏;二是由于油层大量出砂, 致使井筒附近的油层逐渐被掏空, 造成局部垮塌, 使地层与套管接触面的保护作用削弱, 造成套管损坏, 严重时可导致油水井报废。

2 油井出砂原因及防砂措施

油井出砂是由近井地带岩层结构破坏引起的, 与地层应力和地层强度有关。当地层应力超过地层强度时, 地层结构受到破坏, 油井就有可能出砂。油井出砂原因是多方面的, 根据内外因可划分为两大因素:地址因素与开发因素。

为防止地层出砂, 首先应根据地层条件与开采工艺要求, 选择正确的完井方法, 并制定合理的油井工作制度。其次应结合油井具体情况, 选择正确的防砂方法并确定防砂工艺措施。目前, 国内大部分油井采用射孔完成, 防砂方法分为机械防砂、化学防砂和综合防砂三大类。

3 水泥浆防砂工艺

对于地层胶结物泥质含量较高, 中后期出砂的油井, 可以采用水泥浆防砂工艺技术, 控制地层出砂。水泥浆防砂是以油井水泥为胶结剂、以地层砂砾为支撑剂, 将地面混配好的水泥浆注入出砂层段后与地层砂砾自然胶结, 形成具有一定程度和渗透率的人工井壁, 从而可以起到阻止地层砂砾流入井内的作用。

3.1 各种水泥浆防砂工艺

3.1.1 泡沫水泥浆防砂

泡沫水泥浆是在水泥浆中按比例加入一定量的发泡剂—铝粉及碱性物质—氢氧化钠。由于铝在空气中极易与氧结合, 在铝粉表面生成一层致密的氧化铝薄膜。在防砂施工中, 当水泥浆被挤入出砂地层时, 氧化铝在碱性环境下逐渐溶解, 铝粉与氢氧化钠溶液及水作用, 产生大量的氢气。由于氢氧化钠的加入致使水泥浆凝结失常, 将产生的氢气包容, 生成大量细小的气泡。与此同时, 部分气泡不时向外排出和爆裂, 形成孔与孔的连通, 这样终凝后的水泥石便具有一定空隙和较高的渗透率, 达到阻止砂、砾进入井内的目的。

3.1.2 乳化水泥浆防砂

乳化液是将两种互不相溶的物质—水和柴油相混合, 通过乳化剂与稳定剂的作用, 使水与柴油发生亲和作用, 同时在油水界面上形成一层吸附膜。这样就将柴油以细小的颗粒分散在水中, 形成稳定的水包油型乳化液。防砂施工时, 将乳化液与水泥浆混配后挤入出砂地层, 水泥浆在凝固过程中吸收一定水分, 迫使乳化液逐渐破乳, 油珠变形并彼此连通。水泥浆凝固后在防砂层段井壁周围形成一道具有一定强度和渗透性的人工井壁, 从而达到防砂的目的。

3.1.3 氯化钙稀水泥浆防砂

氯化钙稀水泥浆防砂是在稀水泥浆中加入适量氯化钙, 由于稀水泥浆凝固后本身的体积收缩率为50%左右, 所以将氯化钙稀水泥浆挤入出砂地层段后, 可以将砾石骨架胶结并留出一定孔隙让油、气、水渗透通过, 达到防砂的目的。

3.2 泡沫水泥浆、乳化水泥浆、氯化钙稀水泥浆防砂工艺的性能参数

(表1)

3.3水泥浆防砂施工步骤

3.3.1下防砂施工管柱

全井防砂且上部套管完好时, 下光管结构至防砂层段以上5~10m;分层防砂或上部套管破漏时, 应下入封隔器管柱结构。

3.3.2 布置施工现场, 连接地面管汇

按施工设计要求, 准备好油井水泥、添加剂及其它施工用液、并将施工车辆摆放到最佳位置, 连接好地面管汇。

3.3.3 设备试运转、管汇试压

检查地面设备并试车, 保证设备运转正常、管汇畅通。然后关闭井口总闸门, 管线试压20MPa, 时间不少于5min, 不刺不漏为合格。

3.3.4 试挤

打开井口总闸门, 试挤了解地层吸收性, 试挤量不少于2m3。

3.3.5 挤注水泥浆

按水泥浆配方要求, 将标准油井水泥与清水、水泥浆添加剂按比例混合后迅速泵入施工管柱内, 并顶替至管脚位置。正推反挤足量顶替液, 将水泥浆挤入防砂层段内。

3.3.6 反洗井、关井固化

在正推反挤过程中, 若遇井口刺漏或压力高升及其它异常现象, 应迅速反洗, 起出防砂管柱;如施工情况正常, 在挤注完后将施工管柱上提10~20m开始反洗井, 反洗液用量为施工管柱内容积的2~3倍, 反洗彻底后不动管柱, 憋压固化24h。

4 结语

水泥浆防砂工艺解决了注水开发油田泥质胶结非均质地层中期、晚期出砂问题, 且施工材料来源广、成本低, 易于现场推广应用。该类地层出砂主要是因为见水后形成水窜, 造成泥质胶结物破坏引起地层出泥、出砂, 如解决了出水问题, 出砂问题也就迎刃而解。因此, 在找准出水层位后, 采用氯化钙、水玻璃等堵水材料封堵, 再采用水泥浆防砂、效果更好。

参考文献

[1]聂海光, 王新河, 油气田井下作业修井工程[M].北京:石油工业出版社, 2002

油井水泥篇5

油田常规井表层固井井深一般在100 m左右,地层温度在(10-20)℃左右。在该温度范围内,使用A级原浆固井,水泥浆12 h仍然没有强度,24 h后水泥浆强度仅能达到2.0 MPa左右,不能达到二次开钻的强度要求。国内外对油井水泥促凝剂、早强剂的研究已有数十年的历史,但品种仍然有限,而且近年来未出现新型高效早强剂[1,2],尤其是针对低温条件下的早强剂仍然不多。在大多数低温固井作业中,Ca Cl2依然是使用最普遍的早强剂,由于Ca Cl2以及大多数早强剂存在增加水泥浆稠度的缺陷,因此在加量上受到限制。为了缩短完井周期、实现12 h内二次开钻,提高在低温条件下水泥石早期强度就成为迫切需要解决的问题。

1 实验仪器及方法

1.1 实验原料

哈尔滨A级油井水泥;低温早强剂X-1(活性硅,固体醇胺和阴离子型聚合物复配);降滤失剂F-1;减阻剂USZ。

1.2 实验仪器

WOC-9905瓦楞搅拌机;CSS-2005万能压力试验机;高温高压失水仪;水泥净浆流动度测定仪;水泥净浆凝结时间测定仪。

1.3 水泥浆性能评价方法

按API SPEC.10要求配浆。在铜模中装入水泥浆,置于15℃的水浴中养护12 h后脱模,在万能压力试验机上测定抗压强度。流变性,稠化时间,流动度在常温常压下测定,初终凝时间在常压和指定温度下测定。

1.4 水泥浆滤失量测定方法

将制备好的水泥浆倒入常温常压稠化仪的浆杯中,养护20 min后,装入失水仪浆筒中,在失水筒上施加7.0 MPa的压差。打开底阀,在倒置失水筒30 s后开始实验。实验温度应保持在规定的温度。收集滤液并记录30 min时的滤液量,乘以2作为API失水量。

2 实验结果与讨论

2.1 低温早强剂X-1对水泥浆稠化时间的影响

将不同量X-1加入不同水灰比水泥浆中,在15℃条件下测定水泥浆稠化时间,得到不同水灰比(W/C)早强剂X-1加量对水泥浆稠化时间的影响曲线,见图1。

由图1可见,当水灰比(W/C)在0.42-0.52范围时,加入6.0%-10.0%的X-1可使水泥浆15℃稠化时间比净水泥浆缩短40%-50%。

2.2 低温早强剂X-1对水泥石抗压强度的影响

测定掺有早强剂X-1的水泥石抗压强度性能,其中12 h和24 h抗压强度在15℃条件下测定。得到水灰比分别为0.44,0.46,0.50时,早强剂X-1加量对水泥石抗压强度的影响,见图2,图3,图4。

由图中可知,在相同水灰比条件下,随着低温早强剂X-1掺量的增加,水泥石抗压强度显著增长;在相同掺量下,水灰比增加,水泥石抗压强度降低显著。当水灰比为0.44,低温早强剂X-1掺量为8%-12%时,水泥石12 h抗压强度为3.55-4.13MPa(净浆水泥石为1.23 MPa),水泥石24 h抗压强度为6.77-12.8 MPa(净浆水泥石为3.52 MPa)。早强剂X-1是以无机化合物为主要原料,按一定的摩尔比掺加其它有机组分,加入水泥后,加速了铝酸三钙的反应和钙矾石的生成,从而使水泥石结构致密,强度提高。

2.3 低温早强水泥浆体系性能

选择哈尔滨A级水泥,配方1为90%哈尔滨A级水泥+10%早强剂X-1;配方2为90%哈尔滨A级水泥+10%早强剂X-1+0.1%USZ+1.2%F-1。在15℃条件下养护,水灰比为0.44时,稠化时间在15℃×21 MPa下测定。不同油井水泥浆体系性能见表1。

由表1可知,低温早强油井水泥浆体系滤失量为125 m L,综合性能满足低温井固井施工的基本要求。早强剂X-1是通过改善水泥浆体的电动电位和对水泥颗粒级配的调节作用,使得所形成滤饼的渗透性大幅度降低。此外,高活性膨胀性组分的水化产物也具有很好的堵孔作用,二者的协同效应使得水泥浆体的失水量显著降低。

3 结论

(1)加入6.0%-10.0%的X-1可使水泥浆15℃稠化时间比净水泥浆缩短40%-50%。

(2)当水灰比小于0.48时,X-1的加量大于10%时,15℃,12 h的抗压强度大于3.5 MPa,24 h的抗压强度大于6.5 MPa。

(3)低温早强油井水泥浆体系的综合性能满足低温井固井施工的基本要求。

参考文献

[1]王玉锁,叶跃忠,钟新樵,等.新型混凝土早强剂的应用研究现状.四川建筑,2005;25(4):105—106

油井水泥篇6

铬鞣作为目前皮革生产中最主流的鞣制方法, 面临的最主要问题是铬鞣废液所产生的重金属污染和铬革屑的极大浪费。随着资源、环境等全球性生态问题的日益严峻, 皮革工业的发展正面临着可持续发展战略的挑战。因此, “制革废弃物的资源化”已成为国内外关注的重要课题。国内目前对此进行了一系列相关研究, 如对制革含铬废革屑进行水解, 提取胶原蛋白[1,2,3,4]。也有研究表明, 可将水解胶原蛋白粉作为饲料来利用, 创造更高的营养价值和经济价值[5]。在对铬革屑进行回收利用的同时必须关注的问题是革屑中铬的处理, 如何脱除革屑中的铬, 脱铬时如何避免损失过多的胶原, 如何提高铬鞣废革屑提取的明胶和饲料蛋白的质量和收率[6], 这大大限制了这类固体废弃物资源化在生物、食品、饲料等相关领域中的应用。铬革屑的主要成分是胶原纤维, 具有一般纤维的特性, 同时胶原纤维分子中含有大量羧基、氨基、羟基等活性基团, 具有较大的极性, 与水泥具有良好的相容性。将制革工业产生的废革屑作为增韧剂加入到水泥中, 不仅可以解决制革工业长期以来面临的资源浪费和环境污染问题[7], 还可以提高水泥石的力学性能, 改善水泥浆浆体性能, 提高固井质量。本文旨在探讨将铬革屑用作油井水泥增韧剂, 为铬革屑的再利用提供一条新的途径。

1 实验部分

1.1 材料及仪器

1.1.1 实验原料

铬革屑, 由天津静海桑迪惠岩皮革有限公司提供;G级油井水泥, 天津中海油服化学公司公司提供。

1.1.2 主要试剂

GT-11LH降失水剂, GT-31LH减阻剂, GT-211LH缓凝剂, 工业级, 廊坊古莱特石油技术有限公司;磷酸三丁酯, 工业级, 天津中海油服化学公司;二苯碳酰二肼、丙酮、KMn O4、磷酸, 分析纯, 天津市北方天医化学试剂厂;K2Cr2O7、盐酸、硫酸, 分析纯, 天津市化学试剂一厂。

1.1.3 实验仪器

WFZ75型紫外可见分光光度计, 上海光谱仪器有限公司;BR30-300CB型高盘磨浆机, Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd.;TG-1220型常压稠化仪、GCSHZ-2型高温高压滤失仪, 沈阳泰格石油仪器设备制备制造有限公司;QWC-9360型恒速搅拌器、OWC-9480C型双釜增压稠化仪, 中国沈阳航空工业学院应用技术研究所;3500型十二速旋转流变仪, Chandler Engineering;CSS-2005型液压式万能试验机, 长春精密仪器厂;SK-1608型电子拉力试验机, 深圳市新三思材料检测仪器有限公司;SU-1510型扫描式电子显微镜, 日本日立公司。

1.2 实验方法

1.2.1 标准曲线绘制

Cr (IV) 含量测定按照国家标准GB 7467-87进行测定。

1.2.2 铬革屑纤维制备

将制革含铬废革屑用适量水润湿, 放入BR30-300CB型高盘磨浆机中打磨, 调整磨盘间隙分别为0.02 mm和0.05 mm。重复上述操作2至3次, 得到实验用铬革屑, 分别简称为0.02 mm铬革屑和0.05 mm铬革屑。

1.2.3 水泥石制备

水泥石的制备按GB 10238-2005进行, 养护温度为50℃, 养护时间为24 h。用于测定Cr (IV) 浸出量的水泥石中铬革屑掺量为1%。测定强度的水泥石中铬革屑掺量范围为0.1%~0.6%。

1.2.4 Cr (IV) 浸出量的测定

称取适量的铬革屑于蒸馏水中浸泡, 调节p H值分别为7、12, 于室温以及90℃下浸泡48 h。抽滤后得到Cr (IV) 浸出滤液, 用紫外可见分光光度计测定浸出液中Cr (IV) 含量。由于浸出Cr (IV) 量较低, 浸出铬量均转换为相当于1 kg铬革屑中能浸出的Cr (IV) 量, 所以将浸出铬量用mg/kg对比表示。

2 结果与讨论

2.1 不同温度和p H值对Cr (IV) 浸提量的影响

由于水泥为强碱性, 而且水泥在固井时处于高温状态, 在这种条件下, 铬革屑中的Cr (IV) 是否容易被氧化成Cr (IV) , 以及Cr (IV) 能不能被水泥石封固, 这是铬革屑能否添加到固井水泥中去的前提。本文首先考察了在相应的p H及温度条件下, 铬革屑及铬革屑水泥石浸出液中Cr (IV) 的含量, 从而判断在此条件下铬革屑利用的安全性, 实验结果如表1所示。

1) 铬屑中Cr2O3的含量为5.125%

由表1知, 在中性条件下, 革屑中的Cr (IV) 转化成Cr (IV) 的可能性很小, 而且温度对这种转变的影响很小。在室温条件下 (23℃) , 当p H值提高到12时, Cr (IV) 的浸出量提高了近8倍;而在高温 (90℃) 、高p H值 (p H=12) 的环境中, Cr (IV) 的浸出量提高了近300倍;说明了p H值对浸出Cr (IV) 的氧化影响很大, 尤其在高温条件下的影响更大。

实验中发现, 当铬革屑被添加到水泥浆中凝固成水泥石以后, 由于水泥石的包埋作用, 即使在高温、高p H条件下, 在浸提液中未检测到Cr (IV) , 可以表明:水泥石对铬有相当好的封固作用。也就是说, 将革屑加入到水泥浆中高温固井对环境无不利影响, 在固井水泥浆中可以安全使用。

2.2 铬革屑用作增韧剂的性能评价

2.2.1 铬革屑掺量对水泥石强度的影响

水泥石的强度主要包括抗压强度和抗折强度, 抗压强度是指破坏水泥试样时单位面积所使用的压力, 抗压强度较高的水泥石能够承受井下较高的围压以及抵抗固井后续作业对井下水泥环的破坏, 固井质量一般较好;抗折强度则是指水泥试样在承受三点径向压力发生轴向弯曲时单位面积上能承受的极限折断应力, 抗折强度高说明水泥石韧性好, 有利于抵抗水泥环井下所受冲击力。在环境安全的前提下, 铬革屑在水泥石中的掺量决定着铬革屑的处置效率。我们在力求提高掺量的同时, 要考虑到铬革屑掺量对水泥石抗压强度以及抗折强度的影响。实验结果分别如图1和图2所示。

从图1中可以看出, 随铬革屑掺量的增加, 水泥石抗压强度增加。铬革屑掺量超过0.4%时, 水泥石抗压强度基本不变, 与原浆相比0.05 mm铬革屑抗压强度提高了63.89%。从图2中可以看出, 铬革屑掺量对水泥石抗折强度的影响呈现先增加后减小的趋势, 在0.2%~0.4%铬革屑掺量时水泥石抗折强度达到最大值, 与原浆相比, 0.05 mm铬革屑提高了73.33%。0.05 mm铬革屑在提高水泥石强度方面要优于0.02 mm铬革屑。

研究发现, 当铬革屑掺入量大于0.6%时, 由于铬革屑纤维中含有大量的极性基团, 吸水性强, 初始稠度较大, 稠化时间缩短, 不利于水泥石强度的发展, 水泥浆工程性能变差;而0.02 mm铬革屑在掺量范围内基本不影响水泥石的抗压强度以及抗折强度, 原因可能是磨盘间隙小, 纤维本身的拉伸强度低, 在水泥石断裂的过程中对增加断裂能贡献小。综合考虑, 铬革屑较佳掺量为0.3%。

2.2.2 铬革屑增韧剂对水泥浆性能的影响

水泥浆常规浆体性能包括:水泥浆密度, 自由水量, 高压失水量, 水泥浆流变性能以及浆体稠化性能。上述浆体性能如表2所示。表中K为稠度系数, n为流性指数。

固井相关性能检测均按照API RP 10B和GB10238-2005进行测定。上述浆体性能测定温度均为50℃, 浆体配方为:

0.3%铬革屑+2%GT-11LH+1%GT-31LH+0.03%GT-211LH+0.5%XP-606L+水+G级水泥。

铬革屑水泥浆密度与原浆相同, 自由水量为零, 说明此方面铬革屑的加入对水泥浆没有不利影响;铬革屑水泥浆仍为幂律流体, 结合水泥浆性能指数可以看出, 添加铬革屑后水泥浆的稠度系数变小, 改善了流变性能, 且水泥浆沉降稳定性较好, 这有利于实现紊流顶替;铬革屑水泥浆的失水量较原浆均有一定程度的减少。铬革屑的加入能改善水泥浆的常规浆体性能, 提高固井的成功性。

2.2.3 铬革屑水泥浆稠化性能

油井水泥浆稠化曲线是油井水泥浆稠化时间、初始稠度、过渡时间 (40~100Bc的时间) 、稠化线形等参数的综合体现, 它对水泥浆性能设计和固井施工有着重要的指导作用。

在油田固井现场作业过程中, 配制好的水泥浆要经过运输、水泥浆泵送以及水泥浆循环等过程, 这期间需要一定的时间, 所以水泥浆稠化时间不能太短, 否则容易导致水泥浆在泵注的过程中发生“灌香肠”事故, 导致固井失败。但是水泥浆稠化时间也不能太长, 水泥浆长时间不凝, 不利于固井后续作业的顺利进行, 严重时会导致油井发生油气窜以及无法继续钻进等严重事故。所以稠化时间要具有可调性, 需要结合现场作业进行。

API RP 10B规定水泥浆的初始稠度要小于30Bc, 初始稠度过高会导致水泥浆无法泵送, 而且稠化时间要适宜, 有利于保障固井成功性。铬革屑水泥浆初始稠度为22 Bc, 过渡时间大约为10 min, 稠化时间为160 min, 水泥浆呈近似直角, 稠化线型正常, 未出现鼓包、走台阶现象。实验证明铬革屑的加入对稠化性能影响不大, 稠化时间略长, 这有利于固井现场施工。

2.3 铬革屑水泥石形貌表征

纤维加入前后水泥石断面形貌如图4所示。

从图4 (a) 中可以看出, 没有加入纤维的水泥石, 在受力情况下出现明显断裂, 并发展成纵向裂缝。由于没有纤维的扦插和桥接作用, 水泥石断裂处有发展成多向裂缝的趋势;铬革屑的加入起到了连接作用, 如图4 (b) 所示, 在破坏力的作用下, 革纤维的加入阻止了裂缝的进一步发展, 虽然部分纤维被折断, 但是纤维另一侧水泥石仍然完好。对比充分说明纤维起到了增韧阻裂的作用。

3 结论

(1) 铬革屑作为增韧剂加入到水泥石中, 浸出液中未检出Cr (IV) , 水泥石对Cr (IV) 具有很好的固封的作用。

(2) 铬革屑的加入, 水泥石的力学性能均有提高, 在较佳掺量下, 水泥石的抗压强度提高63.9%, 抗折强度提高73.3%, 起到了增韧作用。同时水泥浆的浆体性能也得到了改善, 水泥浆密度正常, 自由水量为零, 浆体流变性能良好, 高压失水量有一定程度的降低, 且水泥浆稠化性能较好, 有利于固井作业的顺利进行。

(3) 铬革屑用作油井水泥增韧剂的研究, 初步结果显示铬革屑添加到固井水泥浆中具有可行性, 有深入研究的价值。这也为制革含铬废革屑的回收利用提供了一种新的途径。

摘要：将制革过程中产生的铬革屑进行两种等级的粉碎 (0.02、0.05 mm) 后作为增韧纤维添加到固井水泥浆中, 考察铬革屑用量与固井水泥浆的浆体力学性能关系。扫描电镜观察水泥石断面显示, 铬革屑与水泥基体粘结良好, 铬革屑的交联作用导致了明显的增韧效果。研究结果表明, 铬革屑添加到固井水泥具有可行性, 有进一步深入研究的价值。为铬革屑的资源化利用提供了一种新的途径。

关键词：铬革屑,增韧,油井水泥

参考文献

[1]王鸿儒, 卫向林.从铬革屑中提取胶原产物的方法[J].皮革化工, 2001, 18 (3) :6-9, 14.

[2]杨晓峰, 李曼尼.铬革屑水解及应用[J].内蒙古科技与经济, 2003 (3) :97-98.

[3]裴海燕.从废弃铬鞣皮屑中提取胶原蛋白类水解物的研究[D].郑州大学, 2002.

[4]王元荪.一种从含铬皮革废弃物中提取胶原蛋白的方法[J].明胶科学与技术, 2009, 29 (2) :76-81.

[5]冯景贤.水解皮革胶原蛋白粉的开发利用[J].湖南畜牧兽医杂志, 1996, (5) :3.

[6]董燕, 杨连生.由铬革屑制备可溶性蛋白及氨基酸的研究[J].氨基酸和生物资源, 2002, 24 (3) :35-37.

油井水泥篇7

1 实验部分

1.1 原材料

AM:化学纯,由成都科龙化工试剂厂生产。AMPS:工业级,由上海弘合化工科技有限公司生产。NVP:工业级,聚合前经减压蒸馏除去阻聚剂;过硫酸铵和亚硫酸氢钠为化学纯,均为市售品。

1.2 试样制备

将AMPS与AM 以1/1(质量比)溶于蒸馏水中,用氢氧化钠溶液调至中性,加入三口烧瓶中,通氮除氧。分别加入NVP、引发剂过硫酸铵及亚硫酸氢钠,搅拌下升温,保温反应4～6h,得到凝胶状产物后剪切造粒,用丙酮反复洗涤。

1.3 测试方法及仪器

常压稠化仪:OWC-935 OC-1型,由沈阳航空工业学院技术研究所研制。DNJ旋转黏度仪(ZNN-D 6型)和高温高压失水仪(GGS 71型)均由青岛同春石油仪器有限公司生产。增压稠化仪:OWC-9040型,由沈阳市石油仪器研究所研制。

依据GB/T 19139—2003测定水泥浆失水量。根据SY/T 5504.2—2005对降失水剂的性能进行评价。

2 结果与讨论

2.1 合成条件对降失水剂性能的影响

2.1.1 反应温度

在单体总质量分数为20%,NVP质量分数为3%,引发剂质量分数为0.08%的条件下,改变反应温度,合成了一系列聚合物。在水泥浆中加入2%(占水泥干灰的质量分数,下同)的聚合物,测定水泥浆失水量和游离水量,结果见表1。

注:测试条件为120℃×6.9MPa×30min。另外,由于重复性实验存在误差,所以在相同条件下,表1～表3的失水量和游离水量存在微小偏差。

由表1可知,随着反应温度的升高,水泥浆失水量及游离水量存在一极小值。这是因为聚合温度过低时,聚合速率及链增长速率较慢,导致聚合物相对分子质量较低;当温度过高时,引发剂分解速率快,使反应速率加快,产生的热量多,而聚合体系也产生自加速作用,二者同时加速了自由基的链终止速率,使共聚物相对分子质量减小,从而表现为失水控制性能差。因此本工作最佳反应温度为40℃。

2.1.2 单体配比

由表2可知,在单体总质量分数为20%,引发剂质量分数为0.08%,反应温度为40℃的条件下进行共聚,在水泥浆中加入2%降失水剂时,随着NVP质量分数的增加,水泥浆的失水量及游离水量明显降低,但当NVP用量过高时,二者又出现上升趋势。本工作在NVP质量分数为3%时,聚合物具有较好的降失水性能。

注:测试条件同表1。

2.1.3 引发剂用量

在单体总质量分数为20%,反应温度为40℃,NVP质量分数为3%的条件下进行共聚,当水泥浆中加入2%降失水剂时,测定了加入不同质量分数引发剂时的水泥浆失水量和游离水量,结果见表3。

注:测试条件同表1。

由表3可知,随着引发剂用量增大,失水量与游离水量呈现先减小后增加的趋势。这主要是因为在引发剂加入量较低时,双基终止生成大分子的几率降低,引发剂诱导生成的自由基少,并且当大分子自由基链接上含有磺酸基的单体后,由于磺酸基具有吸电子作用,对自由基的自由电子起到稳定作用,从而降低了自由基反应活性,甚至终止反应,因此聚合物相对分子质量较低,失水控制性能差;但当引发剂加入量过高时,引发剂产生的自由基过多,反应速率加快,且聚合体系产生自加速作用,二者同时加速了自由基的链终止速度,共聚物相对分子质量较小,从而表现为失水控制性能差。实验表明,引发剂质量分数以0.08%为最佳。

2.2 降失水剂性能评价

2.2.1 降失水剂加入量对失水量的影响

在水泥浆体系中,分别加入质量分数为0.6%,1.0%,1.4%,1.8%,2.2%,2.6%的降失水剂,在120℃,6.9MPa条件下,测定水泥浆的失水量,结果见图1。

由图1可以看出,随着降失水剂用量的增加,水泥浆失水量迅速减少,当降失水剂质量分数达到1.8%时,可以将水泥浆的失水量控制在80mL以下。

2.2.2 耐温性能评价

由图2 可以看出,在水泥浆体系中,加入2%降失水剂,随着温度升高,水泥浆体系失水量逐渐增加,但增大幅度并不明显,在140℃时仍可以将失水量控制在100mL以下,这说明合成的三元共聚物降失水剂具有良好的耐温性能。

2.2.3 耐盐性能评价

将降失水剂加入到含盐6%和12%(占水的质量分数,下同)水泥浆体系中,在120℃,6.9MPa条件下,测定水泥浆的失水量(见图3)。

NaCl加入质量分数为:1—12%;2—6%

由图3可见,降失水剂在质量分数为2.0%的条件下,均能使水泥浆失水量控制在100mL以下,说明该降失水剂具有较好的耐盐性能。这是因为共聚物降失水剂中的磺酸钠基除了具有良好的水溶性外,还具有很强的耐盐性能,吡咯烷酮的环状内酰胺刚性基团也具有良好的耐温、耐盐性能。

3 结论

a.在反应温度为40℃,NVP质量分数为3%,引发剂质量分数为0.08%的条件下,所制备的聚合物降失水剂性能最佳。