一種新型弱酸性減阻降黏劑

安少輝，盧海川，田東誠，馮望生，，高繼超，劉艷軍，閆宇博

（1.中國石油集團海洋工程有限公司鉆井工程研究院，天津 300451；2.中國石油集團大慶鉆探工程公司鉆井生產技術服務一公司，

黑龍江大慶 163358；3.中國石油集團渤海鉆探第一固井分公司，河北任丘 062450）

0 引言

減阻劑[4-5]被認為是解決上述問題的常用手段，但目前減阻劑主要通過分散減阻的方式改善水泥漿的流變性，而對高黏度物質所形成的流變作用改善效果不明顯，且一些減阻劑酸性較強，腐蝕性高，運輸、存放、使用都存在較大的安全風險。針對以上問題，根據結構設計，開發了一種綜合性能良好的新型弱酸性減阻降黏劑。

1 高性能減阻降黏劑的開發

1.1 微觀結構設計

①為了使體系具有良好的減阻效果，減阻降黏劑應含有大量的羧基及磺酸基等強分散基團，從而釋放出大量的自由水，改善體系流變性。②為了進一步降低體系黏度，減阻降黏劑應為多支鏈聚合物，含有豐富的強吸附支鏈，從而降低體系因其他聚合物較多而導致的體系黏聚力較大的問題。③為了避免強酸性帶來的安全風險同時又保證其具有較好的減阻降黏效果，減阻劑pH 值在4～7 范圍內。

1.2 原材料研選

首先根據微觀結構設計，對減阻降黏劑原料進行了篩選，通過大量篩選初步得到3 種性能優良的原材料A、B、C。對3 種減阻降黏劑原材料進行了pH 值測試，結果A、B、C 的pH 值分別為6、6、5。3 種原材料均為弱酸性，滿足環境保護要求。

參考SY/T 5504.3—2008《油井水泥外加劑評價方法第3 部分：減阻劑》的相關內容對3 種減阻降黏劑原材料進行了相關性能評價。評價結果見表1，所用水泥漿基礎配方為：G 級水泥+4%降失水劑+40%水+減阻降黏劑原材料。

通過表1 可以看出，在室溫、52 ℃和85 ℃下，對比凈漿，加有A 的水泥漿的流性指數提高，稠度系數下降，表觀黏度分別下降了32.5%、44.4%、43.3%，減阻降黏效果明顯。稠化曲線正常，稍有緩凝作用。抗壓強度略有增長；加有B 的水泥漿的流性指數提高，稠度系數下降，表觀黏度分別下降了26.0%、36.1%、32.7%，減阻降黏效果較A 差。稠化曲線正常，緩凝作用較強。抗壓強度略有下降。減阻劑原材料C 相關性能評價；加有C 的水泥漿的流性指數提高，稠度系數下降，表觀黏度分別下降了9.1%、16.7%、23.1%，表觀黏度降低率是三劑中最低的。稠化曲線正常，緩凝作用較強。抗壓強度基本一致。

表1 加入不同減阻劑原材料的水泥漿性能評價

綜上所述，原材料A 相比B 和C 具有更好的減阻降黏效果，綜合性能較好。原料A 具有較多的分散基團，吸附能力強，可在水泥漿中充分發揮其靜電排斥作用，且其分子量較低，自身黏度很低，不會產生增黏副作用，所以其表現出更優良的減阻降黏作用，因此選定原材料A 進一步研究。

1.3 改進和復配研究[6]

為了進一步增強材料的減阻降黏作用，優選具有豐富支鏈結構的聚合物與A 進行復配，得到減阻降黏劑D。經測試，D 的pH 值為6。對減阻降黏劑D 的流變性能進行了對比，結果見表2。所用水泥漿基礎配方為：G 級水泥+4%降失水劑+40%水+減阻降黏劑。

表2 加入減阻降黏劑D 的水泥漿流變性能評價

通過對比可以看到，在室溫、52 ℃、85 ℃下，對比A，加有D 的水泥漿表觀黏度分別下降了13.5%、8.3%、18.6%。D 比A 具有更好的減阻效果。這是因為D 是由具有較多強吸附分散基團的A 和具有豐富支鏈結構的聚合物復合而成的，兩者可以充分發揮協同作用，一方面靠靜電排斥作用改善漿體流變性能，另一方依靠空間位阻效應進一步降低體系之間黏聚力，從而起到明顯的減阻降黏效果。

2 高性能減阻降黏劑的綜合性能

2.1 不同減阻降黏劑加量對水泥漿流變性的影響

實驗考察了不同加量的減阻降黏劑D 在室溫和85 ℃對水泥漿流變性能的影響。結果如表3 所示。水泥漿基礎配方為：G 級水泥+4%降失水劑+40%水+減阻降黏劑D。

阿克蘇是新疆自治區的農業大區，其境內的渭干河灌區屬于一個典型的山前平原灌區，灌溉水源主要是黑孜水庫以下的渭干河，并適度開采地下水，灌溉面積257.30萬畝。灌區受益范圍有3縣28個建制鎮，總人口61.77萬人。目前灌區渠系老損嚴重、效率低下，水土流失、水資源浪費嚴重，供水成本不斷加大，嚴重影響效益發揮，因此必須實施續建配套與節水改造。本次工程設計改造渠道270.86km，規模為中型，工程級別為4級，臨時建筑物為5級。

表3 減阻降黏劑D 的不同加量對水泥漿流變性能影響

實驗結果表明，隨著減阻降黏劑D加量的增加，水泥漿流變性能得到顯著改善，水泥漿流變讀數先逐漸變小后變化不大，當減阻降黏劑加量為1.0%時，減阻降黏效果達到最佳，再增加水泥漿流變性能變化不大。

2.2 不同溫度下稠化性能評價

實驗分別考察了中低溫以及高溫下不同減阻降黏劑加量對水泥漿稠化時間的影響。實驗結果如表4 所示。實驗所用水泥漿基礎配方如下。

表4 不同溫度水泥漿稠化性能評價

1#（中低溫水泥漿）G 級水泥+4%降失水劑+40%水+減阻降黏劑D

2#（高溫水泥漿）G 級水泥+35%硅石粉+5%降失水劑+52%水+減阻降黏劑D+3.0%緩凝劑

由表4 稠化實驗結果可知，隨著減阻降黏劑D加量的增加，水泥漿不同溫度下稠化時間都有所增加，表現出一定的緩凝作用，但整體對稠化時間影響不大，加與不加減阻降黏劑D 的水泥漿稠化時間之比可控制在1.0～2.0。

2.3 不同溫度下強度性能評價

實驗分別考察了不同溫度下不同減阻降黏劑加量下的水泥石24 h 抗壓強度情況，結果見表5。實驗表明，不同溫度下減阻降黏劑D 對水泥石強度影響不大，加與不加D 的水泥石24 h 抗壓強度之比不小于0.9。這說明開發的新型減阻降黏劑D 在明顯降低體系黏度改善流變性的同時，對水泥石強度影響不大。

表5 不同溫度水泥石強度性能評價

2.4 其他高黏體系減阻降黏效果評價

含鹽高密度體系、增韌體系漿體較稠，漿體黏度大，下灰時間長，漿體較難制備，施工過程中也存在較大風險。對加有D 的含鹽高密度體系和增韌體系進行了研究，并與傳統的聚羧酸高效減阻劑進行了對比，結果見表6 和表7。實驗所用水泥漿基礎配方如下。

表6 含鹽高密度水泥漿流變性能評價

表7 增韌水泥漿流變性能評價

含鹽高密度水泥漿 G 級水泥+95%鐵礦粉+5.0%錳礦粉+8.8%鹽+5.5%降失水劑+45%水+減阻降黏劑

增韌水泥漿 G 級水泥+3.0%粉體降失水劑+6.0%增韌劑 +44%水+減阻降黏劑

由實驗可知，鹽水高密度在不加減阻降黏劑的情況下，漿體常溫下稠度很大，觸變性也很強，加入減阻降黏劑D 后體系稠度明顯降低，流變性改善明顯，觸變性明顯降低，從降黏方面減阻降黏劑D 降黏效果明顯好于傳統聚羧酸減阻劑，且高溫下效果要更明顯，減阻降黏率可達40%以上。加入減阻降黏劑D 后水泥漿下灰時間明顯變短，流變讀數明顯降低，流變性能得到顯著改善，加入1.0%D后黏度降低率大于20%，水泥漿靜切力也可顯著降低，表現出明顯的降黏降切作用。

3 結論

1.針對傳統減阻劑存在的問題，根據微觀結構設計，通過研選和復配，開發出了一種新型的弱酸性減阻降黏劑。

2.該減阻降黏劑能顯著降低以聚合物為主劑的水泥漿體系的黏度，明顯改善其流變性能，且該減阻降黏劑對水泥漿稠化和強度等性能無不良影響，綜合性能良好。