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新型消泡劑減少空氣混入水泥漿

新型消泡劑減少空氣混入水泥漿

X-Air?P水泥粉末消泡劑是一種干粉,旨在控制水泥體系中起泡并消泡,從而更好地控制攪拌后水泥漿的密度。

來自 | Hexion
編譯 | 影子

固井時,在混合過程中產生的泡沫會引起泵氣蝕,降低水泥密度,從而影響水泥強度。Hexion的X-Air?P水泥粉末消泡劑是一種干粉,旨在控制水泥體系中起泡并消泡,從而更好地控制攪拌后水泥漿的密度。該體系利用了獨特的化學成分,在各種含有萘磺酸鹽、氯化鈉和降濾失劑等添加劑的水泥配方中都非常有效。

主要特點及典型優點

(1)阻止水泥漿中的泡沫形成;

(2)適用于各種含萘磺酸鹽、氯化鈉和降濾失劑等添加劑的水泥配方;

(3)適用于各類水泥;

(4)與其他競爭產品相比,松散粉料結塊減少;

(5)在較廣的溫度和濕度范圍內儲存穩定。?

在各種添加劑體系中高度有效

新型消泡劑減少空氣混入水泥漿

圖1 在質量濃度0.1%加量下,X-Air P液態消泡劑的作用效果是競爭產品的五倍以上,即使在一半的濃度下,X-Air P水泥消泡劑效果仍然是競爭產品的兩倍半。

典型物理性質

新型消泡劑減少空氣混入水泥漿

新型消泡劑在減少水泥漿夾帶空氣方面能力顯著

新型消泡劑減少空氣混入水泥漿

圖2-第一個杯子是對照樣(8.55磅/加侖),第二個杯子是替代配方(9.6磅/加侖),第三個杯子是X-Air P水泥消泡劑(11.5 磅/加侖)。

層位封隔是井筒施工的關鍵部分。為了實現層間隔離,在泵送井下之前必須適當混合水泥?;旌线^程中產生夾帶空氣會導致水泥密度讀數出錯。使用粉末消泡劑可以使水泥漿基質中夾帶的空氣量降低,但是通常需要液體消泡劑來減少表面部分夾帶的空氣。

由Hexion公司開發的X-Air P水泥粉末消泡劑旨在防止在水泥系統中夾帶空氣。減少夾帶空氣從而更好的控制密度,使混合后的水泥漿密度更加精準。該添加劑使用的是一種獨特的化學物質,這種化學物質在市場上已被證明比另一種廣泛使用的商業配方的效率高至少50%,從而獲得更穩定的水泥漿。

Hexion水泥消泡劑(CAA)適用于各種水泥配方,包括含有分散劑、促進劑、緩凝劑和降濾失劑的配方。CAA是一種流動性較好的粉末,在較大溫度和濕度范圍內穩定,抗結塊。其性能也可以免去現場對液體除泡劑的需要。

在確定需要更高效的粉末消泡劑之后,由內部領域專家、服務公司專家和其他第三方實驗室進行了大量的室內實驗。最初的內部性能測試是將0.1%的CAA按水泥的重量混入普通泥中(加量均為占水泥重),將其與水和普通水泥添加劑混合,并測量水泥漿的密度。對普通水泥A、C、G和H級都進行了測試。

新型消泡劑減少空氣混入水泥漿

圖3在添加羥乙基纖維素(HEC)、聚磺化萘(HEC+PNS)和氯化鈉(HEC+ NaCl)后,夾帶的空氣量與另一種商業產品相比,X-Air P水泥添加劑夾帶較少空氣。

使用了各種各樣的降濾失劑、分散劑和促進劑,對備選的商業配方進行相同的測試程序。 圖3中的結果表明,CAA比備選的混合劑夾帶空氣量明顯較低,與添加各種水泥添加劑相比得到一致的性能結果。第三方測試表明,CAA對流變性、游離水、稠化時間、壓縮強度和液體濾失的影響可以忽略不計。

附加的性能測試是在第三方實驗室進行的。根據API標準 RP 10B-4進行水泥漿穩定性測試以測試水泥消泡劑減少夾帶空氣的能力。測試中,使用0.1加侖/克[袋]的可發泡表面活性劑。

在0.1%的質量濃度下獨立地評價CAA和替代配方,并評價不含消泡劑的對照水泥漿。在攪拌杯中記錄泥漿高度并倒入250毫升圓筒中。在1小時和2小時后記錄體積減小量。2小時后,具有CAA的水泥漿的密度比替代配方高出近20%,結果顯示夾帶的空氣明顯減少。

在現場試驗之前,一位客戶在其實驗室中使用自己的泥漿進行測試,該水泥漿為了能最大限度地發泡。將該水泥漿的三個樣品以11.9磅/加侖的目標密度混合,一個作為沒有消泡劑的對照物,一個具有替代的消泡劑,另一個具有CAA。根據API 標準RP 10B-4第9.2節進行的密度測試的結果顯示在上面的圖2中。

與替代配方相比,CAA顯示夾帶空氣減少,使得客戶的泥漿密度接近11.9磅/加侖的目標密度。CAA配制的泥漿密度在目標密度的3%以內,而替代漿料配方和對照水泥漿密度分別超出目標密度的19%和28%。

現場試驗

與北美最大的水泥服務供應商之一進行了現場試驗。目的是證明CAA在含有火山灰和膨潤土凝膠的輕質水泥漿中的效果。選中一組10口井進行了試驗。

對于前五口井,CAA以與替代粉末消泡劑相同的濃度混入水泥中。對于其余的井,CAA混合物濃度是替代消泡劑的一半。該試驗是通過將先導水泥分散在一個散裝貨車中,并將一半的體積與CAA混合在其中一個半艙中,另一半用另一種配方混合。

使用常壓和加壓泥漿比重計來確定每口試驗井的水泥漿密度結果。為了限制可能影響結果的各種變量,在現場試驗的所有階段使用相同的工作人員和水泥泵設備。

現場試驗方法

使用分析檢測方法來確定在井場混合水泥漿并泵送到井底時的空氣夾帶量。在混合的同時,從漿料桶中取出樣品并置于測量密度的常壓泥漿比重計中。

同時,取樣并放入加壓泥漿比重計中以測定水泥漿的真實密度。加壓泥漿比重計通過擠壓泥漿杯中盡可能多的水泥并排出任何氣泡來除去夾帶的空氣,從而更好地表示真實的井下水泥漿密度。兩種密度之間的差值表明了水泥漿中的空氣夾帶量。

最初的試驗井使用含有6%膨潤土比例為65/35 C類摻合物,其目標密度為12.4磅/加侖,對于每種消泡劑配方使用了0.4%的質量濃度。通過使用常壓和加壓的泥漿比重計來稱重每種泥漿兩次。結果顯示與替代的粉狀消泡劑相比,CAA的空氣夾帶量少50%。

根據服務公司的現場主管,使用CAA時不需要液體消泡劑,而使用替代配方時需要大約4加侖的消泡劑。

隨著CAA在初次試驗井的成功,服務公司選擇在第二次試驗井時將其濃度降低一半。對于那口井,使用6%膨潤土65/35比例混合,目標密度為12.7磅/加侖。CAA的質量濃度為0.25%,替代消泡劑的質量濃度為0.5%。

對于這次試驗,每種泥漿用常壓和加壓泥漿磅各稱重三次。結果顯示與替代配方相比,CAA的空氣夾帶減少了24%。

基于前兩口井的成功,該服務公司選擇跟進一個額外的試驗井以確認先進添加劑性能。對于第三口井,使用6%的膨潤土65/35比例混合,目標密度為12.7磅/加侖。CAA和替代消泡劑的質量濃度仍然分別為0.25%和0.5%。

用常壓和加壓的泥漿比重計稱重每個泥漿兩次。結果顯示與替代配方相比,CAA的空氣夾帶減少了56%。

兩個比重計讀數之間的比較表明,CAA漿液中夾帶的空氣較少。水泥漿工作人員評價說,含有CAA的散裝水泥與含有替代粉末消泡劑的水泥相比,樣品結塊較少。

服務公司泵車操作員表示,CAA漿料容易混合,并且容易保持恒定的密度。

結論

X-Air P水泥粉末消泡劑在實驗室測試和現場試驗中均被證實是非常有效的。 即使只有替代配方的商業產品的一半濃度,現場試驗中的先進水泥粉末消泡劑在多個井場中均減少了空氣夾帶量。

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