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          緩凝劑HEDP/保坍劑

          保坍劑是能夠保持混凝土坍落度不快速損失的外加劑,保坍劑實質上是緩凝劑,延緩水泥水化凝結,達到保持坍落度的作用。

          緩凝劑是一種調節稠化時間的化學外加劑。它能減緩水泥的水化速度,延長水泥漿由塑態到固態所需的時間,而對水泥石的后期強度無不利影響。

          1.緩凝劑分類/保坍劑

          目前常用的緩凝劑主要有三類:堿性磷酸鹽、有機酸及其可溶鹽、以及蛋白質類等。

          1.1有機酸類緩凝劑

          主要有檸檬酸、檸檬酸鈉、酒石酸、酒石酸鉀、丙烯酸及丙烯酸鈉等,其緩凝效果按陽離子的類型排列順序為 H+>K+>Ca2+,其中研究最多、效果最好的屬于檸檬酸,檸檬酸及其鹽在摻量很小(0.1~0.3%)時即可達到較強的緩凝效果。

          酒石酸(筒寫BK)在摻量為0.3~0.4%與降失水劑及其他外加劑,如磺化單寧、六偏磷酸等復合使用,即能使95℃中深井水泥在150℃~189℃下,有較長的稠化時間。酒石酸及其鹽類與硼酸和硼酸鹽等復合使用,可以在250℃~280℃下使用,對油井水泥有可靠的緩凝效果。

          作用機理:則是一方面有機酸鈣沉淀于半水石膏粒子表面,另一方面是有機酸與 Ca2+離子形成環狀螯和物,阻礙半水石膏顆粒的進一步溶解與水化,從而達到緩凝作用。

          1.2磷酸鹽類緩凝劑

          主要有六偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉等。

          1.2.1作用機理

          磷酸鹽類緩凝劑是在半水石膏粒子表面形成不溶性鈣鹽沉淀薄膜,阻礙半水石膏的進一步溶解,從而降低液相過飽和度,使凝結硬化受阻。

          1.3 蛋白質類緩凝劑

          包括骨膠、胨等。

          1.3.1 作用機理

          在于吸附于二水石膏顆粒表面,阻止胚芽的形成,或者是形成了保護性膠體阻礙半水石膏的水化。

          1. 木質素磺酸鹽緩凝劑
          2. 木質素磺酸鈣在摻量過高或使用溫度較高的情況下,由于水泥漿的引氣量較大,因而影響固井質量。并且,在高溫下因降解作用,導致緩凝失效及水泥石強度大幅度下降,尤其宜使用于4000米以上的中深井中。因此,在國外木質素磺酸鹽類緩凝劑已先后被有機磷酸鹽和羥基所酸類高效緩凝劑所取代。

          2.緩凝劑HEDP/保坍劑

          HEDP(羥基乙叉二膦酸)為油井水泥的高效緩凝劑。加入量對水泥漿的性能影響很大,需要嚴格控制。

          2.1 HEDP和木質素鐵絡鹽緩凝效果對比

          木質素鐵絡鹽(FCLS):加入量為0.5%,稠化時間短,靜態下緩凝效果好,動態下稠度大,不易泵送。HEDP:0.05%,初始稠度低,流動性好。流動指數隨加入量的增加,先增大后平穩。FCLS也有同樣趨勢,但是沒有HEDP變化大。

          保

          (圖1. 水泥漿的流動指數與緩凝劑的加入量關系)

          摻加HEDP的水泥漿隨溫度升高一直能保持低稠度,而摻加FELS的水泥漿在溫度超過50℃時,稠度迅速增大。由于井深每增加100米,井底溫度一般升高為2~3℃。因此,中深井底的溫度都較高。摻加HEDP的水泥漿在環形空間運行中可一直保持良好的流動性。而FELS可使水泥漿稠度很快變大,以致于難以泵送。

          保

          (圖2.摻入緩凝劑的水泥漿稠度與溫度的關系)

          2.2 HEDP的作用原理

          水泥吸附HEDP之后,表面電荷很低,電位不足使水泥顆粒彼此遠離。HEDP在水中先離解,以各種價態的陰離子形式存在。這些離子被吸附到水泥顆粒表面上就地與Ca+離子結合,成難溶性鈣的磷酸鹽的,并生成薄膜覆蓋在水泥顆粒表面,形成了包裹層,這就延緩甚至阻止了水泥顆粒的水化反應口?;虮晃皆谒嗟木Ш松?,延緩了晶核生長,從而延緩了水泥的初期水化反應。

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