摘要：本文综述了油井水泥和外加剂在目前油田开发工作中的应用情况，总结了各类水泥和外加剂的现状，继而探讨了它们在未来工业生产中的前景。
关键词：油井水泥；外加剂；现状；前景
在工业生产活动中，油田的开发生产是我国经济发展的重要动力。近年来，深井和一些复杂油井的出现，为我们油井开发工作带来了很大挑战。下面我们探讨油井水泥和外加剂在工业生产中的应用情况。
1.油井水泥
在油田开发工作中，油井水泥是不可缺少的。油井水泥应用于油井的固定工作。油井水泥的主要作用是固定管道，加固管道周围的岩层。在井内形成一条隔绝的通道，将油层输送到地面。
使用最广泛的油井水泥是硅酸盐水泥。根据美国API标准分为A、B、C、D、E、F、G、H级。其中G级水泥是国内外应用最广泛的油井水泥。在1993年，我国油井水泥与时俱进，与发达国家的水泥标准一致，油井水泥系列全采用AIP标准。
在目前的油田开发工作中，有人认为，油井水泥作为外加剂的载体用于固井工作中。外加剂在工作中的作用和地位已经远远大于油井水泥本身。下面介绍油井水泥外加剂的应用情况。
2.油井水泥外加剂
通常为了改善水泥的性能而向其添加一些物质，这些物质就是外加剂。现在固井工作中对水泥外加剂的重视程度越来越大，向水泥中加入少量外加剂就可以显著改善水泥的性能。既可在不增加用水量的情况下，调节凝结时间，改善渗透性等，又可提高抗压、抗弯或抗拉强度，提高水泥的防冻性、防渗性和防锈性等。
2.1.促凝剂
在固井工作中，促凝剂用于缩短稠化时间，加速水泥的硬化和凝结。以成分中是否含有氯元素来区分，含有Na2SiO3·9H2O和Na2CO3的为非氯化物促凝剂，成分中含有海水、KCl、NaCl以及CaCl2的为氯化物促凝剂等。在目前的工业生产中，由一定比例的硅酸盐水泥、CMC、碱金属氢氧化物、尿素与水复合而成的促凝剂是最常用的，这种促凝剂对水泥浆的凝固有很大的促进作用，大大减少了凝固所用时间，同时对水泥浆的流动性也有很好的改善作用。成分中含有K2Al2O4、K2CO3，以及一定量的KOH为促凝悬浮剂，这种促凝剂可以非常有效的减少水泥浆的凝固时间。
近年来，国内在油田薄层低温状态下的固井工作面临着许多困难：在薄层低温状态下能够采用促凝剂类别不多、促凝剂不能有效减少凝固时间、一些促凝剂会影响水泥浆的流动性。为了解决这些问题，很多专家开始研制新型促凝剂。一些学者研究出了一种新型促凝剂LT-A。这种促凝剂能够加速水泥浆的凝固过程，有很好的促凝作用，同时也能非常明显的提升水泥浆的强度。
2.2缓凝剂
缓凝剂在固井工作中的作用与促凝剂相反。随着钻井工作深度的增加，层内的温度和压力也会增加。那么在高温高压的环境下，水泥浆稠化时间会缩短，从而会要求水泥浆的输送时间相应变短。那么，为了保证其在输送过程不硬化，我们需要在水泥中加入缓凝剂。缓凝剂的加入，可以优化水泥浆在高温高压下的流变性能，减缓水泥浆的稠化速度。目前应用于高温情况下的缓凝剂已经成为了主要研究方向，这也是未来若干年内缓凝剂的发展趋势。因为，大部分天然高分子产品在高温下其组织受到破坏而失效，而合成高分子产品可以根据需求得到超强的耐高温性能，并且合成高分子产品在重复生产环节也能保持理想的性能。
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2.3降失水剂
在油田的固井工作中，可能会出现水泥浆失水的情况，这会导致水泥浆密度、流变性能的数据出现错误，与设计要求不符。如果失水情况严重，水泥浆会因为大量液体流入底层而难以输送。同时，水泥浆在失水期会增加气窜的几率。因此，在固井工作中，为了保证工作质量，降失水剂是必不可少的。目前常用的降失水剂包括两大类：微粒材料和高分子材料。目前发展的重点是合成高分子类。在颗粒类材料的研究方面，国内主要是探索胶乳方向，胶乳具有优良的降失水性能，同时在防止气窜上有很好作用。通过将降失水剂和胶乳的结合，能提升水泥浆的抗失水性。
2.4分散剂
分散剂因其在固井工作中的重要性，是油井水泥外加剂中使用最普遍的一种，分散剂的使用量非常巨大。向水泥浆中加入分散剂可以很大程度的改善水泥浆的流变性能，提高其输送效率，可以帮助施工工作更好地进行。目前国内油井水泥最常用的分散剂是磺酸盐分散剂。
SXY型分散剂是由甲醛和丙酮缩聚而成，其最高能够在150℃下进行工作，广泛应用于高温固井工作中。
近年来，专家们在从前的研究基础上，以动物明胶为原料，将其与与甲醛、丙酮和焦亚硫酸钠发生磺化反应，合成了一种新型的明胶接枝磺化缩聚物分散剂。这种分散剂具有良好的分散性能、耐盐性强并且不会对凝化产生副作用，同时这种分散剂可由生物降解，大大降低了对地层的破坏。
2.5堵漏剂
在钻井施工或加注水泥等工作时，一些孔隙和裂缝的存在会让水泥浆向地层渗漏，这一情况会对地层造成严重的影响，形成井漏。井漏井大范围存在于钻井工作中，占钻井总数的较大比例，在钻井中属于难处理的事故。在存在的井漏中，大部分是恶性井漏，这种井漏需要高度警示，一旦处理不好，将会引起严重的安全事故，造成严重的经济损失。在这一事故的处理中，选择堵漏剂是重中之重。堵漏的成功率很大程度取决于材料的性能，在解决井漏问题的上，虽然有一些解决办法，但是对于漏剂研究并不多。对堵漏剂的研究是目前外加剂研究的重点之一。在工作中比较常用堵漏剂的是水泥浆或Na2SiO3·9H2O凝胶，一些天然聚合物如松木纤维、防漏材料以及堵漏堵水两用剂等。
3.发展趋势
在新型外加剂的研究方面，我们需要做的有很多。在面对深井或超深井高温高压的条件下，我们所研究的材料必须具备优秀的耐高温能力；我们所研究外加剂必须能够适应现场的配浆条件；材料的使用温度范围要足够，可以适应低温和高温下的工作环境；我们研究的材料要考虑原料的成本、考虑其是否会对环境造成污染和破坏。
结束语：
在油田的开发工作中，油井水泥和外加剂，对安全固井有着关键作用。日益复杂的固井工作对水泥和外加剂提出了更高标准的要求。为了更好地完成固井作业，今后要关注工作中产生的问题，针对出现的各种问题，加强对油井水泥及外加剂的研究和应用。
参考文献：
[1]黄柏宗等.国内外油井水泥和外加剂现状及发展趋势.钻井液与完井液，1995，12（6）
[2]杨小华，王中华.国内近15年来油井水泥外加剂研究与应用进展仁[J]油田化学，2004.21（3）：290-296
[3]吕行.乳液型油井水泥外加剂的研究[D].天津大学，2013.
第一作者简介：冯明慧，中级工程师，1987年生。2009年毕业于长江大学石油工程专业，主要从事石油天然气固井技术研究及相关技术管理工作。
论文作者:冯明慧
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第34期
论文发表时间:2019/11/15
标签：油井论文; 水泥浆论文; 水泥论文; 促凝剂论文; 外加剂论文; 工作论文; 分散剂论文; 《建筑模拟》2019年第34期论文;