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    缓凝剂HEDP/保坍剂

    保坍剂是能够保持混凝土坍落度不快速损失的外加剂,保坍剂实质上是缓凝剂,延缓水泥水化凝结,达到保持坍落度的作用。

    缓凝剂是一种调节稠化时间的化学外加剂。它能减缓水泥的水化速度,延长水泥浆由塑态到固态所需的时间,而对水泥石的后期强度无不利影响。

    1.缓凝剂分类/保坍剂

    目前常用的缓凝剂主要有三类:碱性磷酸盐、有机酸及其可溶盐、以及蛋白质类等。

    1.1有机酸类缓凝剂

    主要有柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、酒石酸钾、丙烯酸及丙烯酸钠等,其缓凝效果按阳离子的类型排列顺序为 H+>K+>Ca2+,其中研究最多、效果最好的属于柠檬酸,柠檬酸及其盐在掺量很小(0.1~0.3%)时即可达到较强的缓凝效果。

    酒石酸(筒写BK)在掺量为0.3~0.4%与降失水剂及其他外加剂,如磺化单宁、六偏磷酸等复合使用,即能使95℃中深井水泥在150℃~189℃下,有较长的稠化时间。酒石酸及其盐类与硼酸和硼酸盐等复合使用,可以在250℃~280℃下使用,对油井水泥有可靠的缓凝效果。

    作用机理:则是一方面有机酸钙沉淀于半水石膏粒子表面,另一方面是有机酸与 Ca2+离子形成环状螯和物,阻碍半水石膏颗粒的进一步溶解与水化,从而达到缓凝作用。

    1.2磷酸盐类缓凝剂

    主要有六偏磷酸钠、多聚磷酸钠等。

    1.2.1作用机理

    磷酸盐类缓凝剂是在半水石膏粒子表面形成不溶性钙盐沉淀薄膜,阻碍半水石膏的进一步溶解,从而降低液相过饱和度,使凝结硬化受阻。

    1.3 蛋白质类缓凝剂

    包括骨胶、胨等。

    1.3.1 作用机理

    在于吸附于二水石膏颗粒表面,阻止胚芽的形成,或者是形成了保护性胶体阻碍半水石膏的水化。

    1. 木质素磺酸盐缓凝剂
    2. 木质素磺酸钙在掺量过高或使用温度较高的情况下,由于水泥浆的引气量较大,因而影响固井质量。并且,在高温下因降解作用,导致缓凝失效及水泥石强度大幅度下降,尤其宜使用于4000米以上的中深井中。因此,在国外木质素磺酸盐类缓凝剂已先后被有机磷酸盐和羟基所酸类高效缓凝剂所取代。

    2.缓凝剂HEDP/保坍剂

    HEDP(羟基乙叉二膦酸)为油井水泥的高效缓凝剂。加入量对水泥浆的性能影响很大,需要严格控制。

    2.1 HEDP和木质素铁络盐缓凝效果对比

    木质素铁络盐(FCLS):加入量为0.5%,稠化时间短,静态下缓凝效果好,动态下稠度大,不易泵送。HEDP:0.05%,初始稠度低,流动性好。流动指数随加入量的增加,先增大后平稳。FCLS也有同样趋势,但是没有HEDP变化大。

    保

    (图1. 水泥浆的流动指数与缓凝剂的加入量关系)

    掺加HEDP的水泥浆随温度升高一直能保持低稠度,而掺加FELS的水泥浆在温度超过50℃时,稠度迅速增大。由于井深每增加100米,井底温度一般升高为2~3℃。因此,中深井底的温度都较高。掺加HEDP的水泥浆在环形空间运行中可一直保持良好的流动性。而FELS可使水泥浆稠度很快变大,以致于难以泵送。

    保

    (图2.掺入缓凝剂的水泥浆稠度与温度的关系)

    2.2 HEDP的作用原理

    水泥吸附HEDP之后,表面电荷很低,电位不足使水泥颗粒彼此远离。HEDP在水中先离解,以各种价态的阴离子形式存在。这些离子被吸附到水泥颗粒表面上就地与Ca+离子结合,成难溶性钙的磷酸盐的,并生成薄膜覆盖在水泥颗粒表面,形成了包裹层,这就延缓甚至阻止了水泥颗粒的水化反应口。或被吸附在水化水泥的晶核上,延缓了晶核生长,从而延缓了水泥的初期水化反应。

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