27-油井水泥散剂的研制.doc

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27-油井水泥散剂的研制

油井水泥分散剂FS的研制 谭文礼 (中国石油集团工程技术研究院,天津,塘沽) 摘要 通过对萘系分散剂的改性研究,开发出一种可适合油井水泥的新型分散剂FS。该分散剂与我国油田所使用的成膜类降失水剂具有良好的相容性,消除了萘系分散剂不能与该降失水剂相容的传统观念。FS分散剂与酮醛类分散剂相比具有在水中溶解不漂浮、不起尘、毒性小和使成膜降失水剂与多种缓凝剂相容等特点。 关键词:分散剂 水泥浆 减阻作用 失水控制 耐温性 油井水泥分散剂是降失水剂、分散剂、缓凝剂三大油井水泥外加剂之一。水泥浆的设计过程中,常离不开分散剂,分散剂具有使制浆容易进行、增密、吸附在水泥颗粒表面从而解除水泥颗粒团聚等特点。尤其当水泥浆中掺有高分子量的聚合物时,常常必须辅有分散剂才能改善制浆效果,降低水泥浆的稠度。目前固井水泥浆中使用最广泛的分散剂为酮醛类缩合物,该分散剂由于与成膜降失水剂相容性好,从而得到大量地推广应用。但是酮醛类分散剂在现场应用时存在某些缺陷:粉体粉尘大引起毒性大、水溶时易漂浮、在成膜降失水剂中掺入酮醛类分散剂时仍未解决在中温段(60-100℃)时与缓凝剂的相容问题。针对上述问题,我们通过对萘系分散剂的改性,研制出新型油井水泥分散剂FS。它具有如下特点:在宽温度范围内与成膜降失水剂相容(30-120℃);具有较好的减阻作用;能够减弱成膜降失水剂因交联作用引起的触变结构,且可有效地改善失水控制;能扩展与成膜降失水剂相容的缓凝剂种类;此外与高和中抗硫水泥相容。 FS分散剂的制备和实验方法 1.制备方法 将萘系分散剂、改性剂在适当的条件下进行加工,然后经过表面处理、干燥、粉磨就制成油井水泥分散剂FS。 2.实验方法 采用美国Chandler公司生产的系列油井水泥性能测试仪,按照API Spec 10的测试方法测定水泥浆的各项参数。 FS分散剂对水泥浆性能的影响和与其它外加剂的相容性 1.掺FS分散剂的水泥浆制浆情况 1.1单掺FS分散剂的制浆和水泥浆体稳定性 在水泥中掺入分散剂,能够有效地改善水泥浆的制浆性能,大幅度地增加水泥浆的流动性能,消除水泥颗粒的团聚现象,从而改善水泥浆的动态流动特性。不过分散剂的掺入同时也容易引起水泥浆体的过度分散,导致水泥颗粒与液体之间的分离现象。典型情况是掺入分散剂后引起水泥颗粒的沉降,产生游离液,从而把水泥浆体变成一个不稳定的体系。通过研究掺入FS分散剂,其水泥浆的制浆和加温后水泥浆体的稳定性如表1所示。 表1 单掺FS分散剂后制浆和浆体稳定性 序号 FS分散剂(%) 流动度(cm) 制浆后 60℃下加温20分钟后 静放2分钟 静放10分钟 1 1.6 26 浆稀,无沉降 有轻微触变,无沉降 浆稀,筒底无沉降 2 2.0 29 浆稀,无沉降 触变结构极弱,无沉降 浆稀,筒底无沉降 在水泥中单掺FS分散剂的研究表明,所研制的FS分散剂具有良好地制浆性能,具有减阻和提高水泥浆流动度的作用。此外所制备的水泥浆还具有一定地弱触变特性,这种性能能够消除由于减阻过度所引起的水泥浆中颗粒的沉降作用,使得水泥浆体呈匀质状态,而且掺入FS分散剂的水泥浆在加温后仍然能使水泥浆在高流动状态时同样处于均相体系。 1.2降失水剂和分散剂同掺时制浆和浆体稳定情况 在掺有成膜降失水剂的水泥浆体中,掺入FS分散剂观察水泥浆的制浆情况,包括水泥颗粒下灰时的润湿情况、流动度、沉降情况和水泥浆静放后浆体的变化。实验测试结果见表2。 表2 FS分散剂与降失水剂同掺时的制浆情况 序号 降失水剂(%) FS分散剂(%) 润湿情况 流动度 (cm) 静放2分钟后触变结构 静放5分钟后浆体变化 1 0.6 1.0 快 24 小 无沉降,有轻微结构,稍一搅动就稀 2 0.6 1.4 快 26 无 无沉降,有轻微结构,稍一搅动就稀 3 0.6 2.0 快 26 无 无沉降,有轻微结构,稍一搅动就稀 4 0.8 1.4 快 24 轻微 无沉降,有轻微结构,一搅动就稀 5* 0.6 0.5 快 24 稍强 无沉降,结构强,经搅动仍显稠 注:序号5中分散剂为酮醛类。 FS分散剂与降失水剂同掺的制浆研究表明,该FS分散剂具有良好地减阻分散作用,可减弱掺入降失水剂后所引起的增粘和触变结构,尤其是具有使水泥浆在静放较长时间后仍然保持良好流动的能力。这种特性的优点在于:现场注水泥当泵工作停止一段时间后,水泥浆的结构力仍较小,这样可减小泵工作启动压力,从而保证施工安全。 2.掺入FS分散剂后水泥浆的流变性能 水泥浆的流变参数是衡量分散剂的减阻性能好坏的重要指标。通过分散剂的加入可改变水泥浆的和易性和泵送性。一般检验分散剂的流变性能常常是在标准水灰比下,测试水泥浆的屈服值、塑性粘度、流型指数和稠度系数等流变参数。不同条件下单掺F

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