大庆石油学院学报
JOURNAL
OF
DAQING
PETROLEUM
INSTITUTE
第
35
卷第
5
期
2011
年
10
月
Vo
l. 35 No. 5
Oct.
2011
聚竣酸类外加剂引起油井水泥浆
异常胶凝现象分析
段晓岩李士斌姜晓超陈晓华
3
C
l.东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆
163318;
2.
大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆
163413;
3.
中国石化华北分公司工程技术研究院,河南郑州
450006 )
摘
要:为分析使用聚竣酸类外加剂调节水泥浆性能时偶尔发生水泥浆异常胶凝现象的原因,用油井水泥分别与聚
竣酸减水剂
CPCM)
、聚竣酸缓凝剂
CDHTR)
制备异常胶凝油井水泥浆样品;根据红外光谱扫描、
X
线荧光光谱扫描、扫描
电镜观察及电子能谱图,分析混合后水泥浆中胶凝与未胶凝部分,判断反应过程及成分结构变化.实验结果表明
z
聚竣酸
与水化硅酸钙、铝酸三钙发生交联反应,引起油井水泥浆异常胶凝;油井水泥浆中硅和铝的质量分数升高会加重异常胶
凝程度.该研究结果对防止油井水泥浆异常胶凝具有参考意义.
关
键
词:聚竣酸类外加剂;异常胶凝;油井水泥浆;铝元素质量分数
中图分类号
:TE257
文献标识码
:A
文章编号:
1000
-189
1(
2011)05 -
0079
-
05
O
引言
聚竣酸类外加剂具有性能优良、质量稳定的优点,是新一代油井水泥外加剂研究的热点口气油井水
泥浆中矿物组分与水发生化学反应,水泥颗粒表面的铝酸三钙和三硫型水化硫铝酸钙带正电荷,聚搂酸表
现为阴离子形式,吸附在水泥颗粒上;同时,聚竣酸与铝离子通过配位键结合在一起
[3-4J
在油井水泥水化过程中,硅酸二钙的生长一般与硫铝酸钙紧靠在一起或被硫铝酸钙包围起来;在硫铝
酸钙水化过程中,使硅酸二钙暴露于水中,硅酸二钙水化放出氢氧化钙和水化硅酸钙,氢氧化钙与周围的
Alz03
•
3H
z
O
、
CaS04
反应生成三硫型水化硫铝酸钙.在水化硅酸钙形成过程中,
Ca
z
十的一端与聚竣酸分
子上的极性基团
COOM-
通过配位键结合,
Ca
2+另一端与
O-Si-O
键连接,形成离子型的复合结
构
[5-8J
硅酸根离子与金属离子作用形成不稳定的中间态,当溶液中有氢氧化物晶核生成时,硅酸根离子吸附
到形成的晶核上【
9-14
J
•
Regound
M
等研究表明:在油井水泥水化过程中,硅酸三钙与铝酸三钙之间相互作
用形成硅铝酸盐水化产物,通过榕液扩散到铝酸三钙表面形成硅酸根离子
[15J
通过聚搓酸类外加剂油井水泥浆稠化实验,发现水泥浆中偶尔出现异常胶凝现象,表现为一部分水泥
浆形成胶冻状缠绕在搅拌桨轴部(包心内部)
,凝固后与未胶凝的外圈油井水泥明显分层.由于固井作业时
水泥通道宽度为
3~5
cm
,出现异常胶凝可堵塞通道,引起固井作业失败.异常胶凝现象在偶尔批次油井
水泥实验中出现,复现性差,油井水泥浆中成分变化是造成该现象的主要因素,有关研究较少.根据红外光
谱扫描、
X
线荧光光谱扫描、扫描电镜及电子能谱图,分析未胶凝和异常胶凝样品,找出聚竣酸类外加剂引
起油井水泥浆产生异常胶凝的原因,对解决油田固井施工风险,促进新型油井水泥外加剂的应用提供技术
依据.
收稿日期
:2011-
04
-13;
审稿人:张继成;编辑:张兆虹
基金项目:国家"大型油气田及煤层气开发"重大专项
C2008ZX05021-002)
作者简介:段晓岩(1
987
一)
,女,硕士生,主要从事石油工作液化学方面的研究.
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79
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