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水泥扩散剂国内研究与应用概况

2022/07/15126 作者:佚名
导读:水泥扩散剂质素磺酸盐及其衍生物 早在本世纪30年代初,人们发现将亚硫酸盐纸浆废液加入混凝土中,在改善混凝土的工作性及提高强度和耐候性等方面有优良效果。1937年,Scripture获得了美国专利。在我国建筑行业,木质素类扩散剂的应用比较广泛。70年代,石油及地质勘探部门引用了这类扩散剂。主要有木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸铁铬盐等,均由造纸废液处理、加工而成。其主要优点是价格低、来源广,且

水泥扩散剂质素磺酸盐及其衍生物

早在本世纪30年代初,人们发现将亚硫酸盐纸浆废液加入混凝土中,在改善混凝土的工作性及提高强度和耐候性等方面有优良效果。1937年,Scripture获得了美国专利。在我国建筑行业,木质素类扩散剂的应用比较广泛。70年代,石油及地质勘探部门引用了这类扩散剂。主要有木质素磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸铁铬盐等,均由造纸废液处理、加工而成。其主要优点是价格低、来源广,且具有一定的降滤失作用。不足之处是减阻分散效果较差,易起泡,有一定的缓凝作用。一般认为,木质素磺酸盐通常由侧链上带有磺酸基的苯丙烷结构单元构成。据有关文献报道,如果对木质素磺酸盐进行改性,先脱去其部分侧链上的磺酸基,再在苯丙烷结构单元的苯环上羟基的邻位引入磺甲基,可赋予其抗高温的特性。中原油田钻井工程公司与河南省科学院化学研究所合作开发的高改性木质素磺酸盐抗高温型扩散剂HD-1,便是基于上述原理。HD-1产品的分散、抗温能力强,且具有缓凝作用,特别适用于深井和超深井的固井作业。现场10余口井的试验与应用证实,HD-1分散、抗温效果尤为显著(室内评价中抗温达180℃)。利用木质素磺酸盐价格低的优点对其进行复配改性,也是一条有效的途径。TA-1A使是其中之一。它具有分散效果较好、稠化时间易调、固井材料费较低等特点。该剂也属于缓凝型扩散剂。

水泥扩散剂多环芳基磺酸盐甲醛缩合物

这类扩散剂中最具代表性的是β-萘磺酸/甲醛缩聚物,即国内广泛应用的FDN。它是一种重要的表面活性剂,一般为棕黄色粉末,水溶液pH 7-9。

其特点是:①分散效果好,对水泥浆的增密作用强;②引气量少,早期强度发展较快;③适用于多种油井水泥,与其它外加剂有良好的相容性;④耐温性超过普通的木质素磺酸盐。除FDN外,国内主要同类产品有:UNF、CFR-H等。

磺化酮醛缩聚物磺化酮醛缩聚物类扩散剂是90年代初期研制成功的新型扩散剂产品。中原油田开发的SAF[7,8]和西南石油学院研制的SXY,已在许多油田应用。这类扩散剂的特点是:

①原材料来源比较广泛,价格适当,不具有萘系扩散剂的毒性;

②抗温能力较萘系产品有所提高;③同样适用于多种油井水泥,与多数外加剂有好的相容性。与SAF、SXY相类似的产品还有USZ,在现场应用也见到了较好的效果。

水泥扩散剂水溶性密胺树脂

水溶性密胺树脂是由三聚氰胺、甲醛和焦亚硫酸钠等原料,经加成、磺化、缩合反应制成的一种高分子化合物。国内建筑行业用其作高效减水剂。用于油井水泥的水溶性密胺树脂SMUF[10]已由中油气公司工程技术研究院开发出来。由于采用了四步合成法新工艺,即加成、磺化、缩合及高温熟化,产品的稳定性和减阻效果有了提高。它的主要特点是分散减阻效果更明显,且无缓凝作用。它和萘系扩散剂一样,具有稳定的六元共轭环结构,亲水基团为磺甲基,比一般扩散剂的磺酸基有更强的水化作用。其不足之处是价格较高,限制了它的推广应用。

水泥扩散剂乙烯基单体聚合物及其衍生物

乙烯基单体聚合物及其衍生物作为油井水泥扩散剂,其特点是稳定性好、耐高温、不引气、减阻效果好,还特别耐盐。缺点是成本价格相对较高。如中原油田和北京石油勘探开发科学研究院油田化学所共同研制的DC-08,分散能力强,耐盐可达到饱和。吴安明等合成的聚苯乙烯磺酸钠(SPS),其减阻效果良好,磺化度达到一定值(约为0.60)的SPS均具有强的抗盐析能力,在饱和NaCl溶液中不沉淀析出。侯吉瑞等研制的磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物(SSMA)是一种性能优良的扩散剂。SSMA应用于MTC水泥浆(泛指由钻井液转变成的水泥浆)效果很好。

水泥扩散剂多羟基羧酸(盐)

这类扩散剂主要有柠檬酸、酒石酸、水杨酸等及其盐。主要特点是分散性强并兼有缓凝效果,特别适用于饱和盐水水泥浆体系。如中原油田和河南大学共同研制的盐系分散缓凝剂SS-01,满足了饱和盐水水泥浆固井需要,解决了中原油田岩盐层固井问题。西南石油学院研制的扩散剂SN-1,与以AM/AA二元共聚物为主的降滤失剂相容性好,成功地进行了多口井的固井施工。同类产品还有CA-15[16]等。

水泥扩散剂其它

除了上述介绍的几大类扩散剂外,还有许多缓凝剂同样具有较强的分散减阻效果。如糖类、有机膦类。

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