油井水泥降失水劑是一種能控制水泥漿中液相 向滲透性地層濾失，從而保持水泥漿有適當水灰比 的材料。固井時水泥漿只有保持較高的水灰比，才 能夠從套管泵送至井下，然后從環(huán)空返至恰當位 置&1'。如果水泥漿大量“失水”，水泥漿的密度、稠化 時間、流變性能隨之改變，甚至不可泵送，就會導致 固井失??；大量的水進入地層中也會對地層造成不 同程度的傷害。因此，在固井水泥漿設計中通常加 入降失水劑。
1顆粒材料
最早用作水泥漿降失水劑的顆粒材料是膨潤 土[ 2'。這種粘土的顆粒尺寸極小，可以進入到水泥 濾餅之間，降低濾餅的滲透性能，從而減少水泥漿的 失水。用于水泥漿降失水的顆粒材料還有碳酸鹽細 粉、瀝青、石英粉、火山灰、飛塵、硅藻土、硫酸鋇細 粉、滑石粉和熱塑性樹脂等。超細顆粒材料通常分 散于其它水溶性高分子溶液中，或者與其它材料復 配使用。
Crinkelmeyer等將粒徑為1?100 "m的粘 土顆粒材料分散于水溶性羧甲基纖維素（或其它纖 維素衍生物）中，與一種多價金屬陽離子共同作為水 泥漿或鉆井液的降失水劑，在中溫條件下應用效果
良好。
Burkhalter等[4,5]選用一種有機粘土懸浮于纖 維素衍生物或丙烯酰胺類共聚物中，與一種液態(tài)烴 和一種聚酰胺類表面活性劑及分散劑共同使用。該 體系不會引起水泥漿過度緩凝和沉淀，并且可以長 久儲藏。
Juppe等[]采用一種可以生物降解的醫(yī)用白油 作為載體，懸浮纖維素醚和由極性溶劑分散的高嶺 土作油井水泥降失水劑。該體系無毒，可以生物降 解，對地層無傷害，是一種不影響環(huán)境的油田助劑。
Olaussen等[?]在水泥漿中加入1@?30@的硅 酸膠體懸浮液。硅酸膠體比硅灰具有更小的粒徑（1 ?10nm)和更大的比表面積（300?700 m2/g),在 水泥漿中起降濾失、防氣竄、穩(wěn)定水泥漿漿體以及抗 高溫強度退化等作用。
2水溶性改性天然高分子聚合物
天然高分子聚合物是依靠植物的光合作用生 成，可再生，具有價格低廉和可生物降解等特點，在 石油工業(yè)中應用很廣泛[8]。水溶性天然高分子聚合 物開始是作為降濾失劑用于鉆井液，后來才用于油 井水泥降失水。用于油井水泥降失水的天然水溶性 高分子聚合物有纖維素、淀粉、木質(zhì)素、褐煤、單寧、 瓜爾膠、干酪素等，這些天然產(chǎn)物一般以衍生物或改 性產(chǎn)物應用于油井水泥，與別的降失水材料復合應
用的也比較多。由于天然產(chǎn)物諸多的優(yōu)點，此類材 料的改性或復合應用成為材料研究的一大方向。
2.1纖維素類
常用作油井水泥降失水劑的各種纖維素醚類， 包括羧甲基纖維素（CMC)、羥乙基纖維素（HEC) % 羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC)等。纖維素醚類材 料具有良好的降失水性能，通過增加或減少其用量 總可以將水泥漿的失水量控制在一定的范圍內(nèi)。但 是以上纖維素材料的加入，會使水泥漿的稠度過大， 導致攪拌和泵送十分困難。此類材料還具有一定的 超緩凝現(xiàn)象，水泥漿不能在井下及時凝固，影響生 產(chǎn)。此外，纖維素醚的分子單元是以醚鍵連接，使得 此類材料的單獨應用溫度一般在110 R以下。隨著 油田開采向海洋、深井和超深井發(fā)展，井下條件對材 料要求更加苛刻，單純的纖維素醚降失水材料的應 用受到了限制。因此，在實際應用中，纖維素醚類一 般與其它材料復合應用或進行改性應用。
對纖維素衍生物進行改性應用的一個途徑是 以鈰鹽或其它多價金屬離子為引發(fā)劑，控制反應溫 度（0±1 R)使纖維素衍生物與某些乙烯類單體接 枝共聚，接枝率可達80@以上。反應產(chǎn)物具有良好 的降失水性和分散性，有一定的耐熱性和耐生物酶 解性能。在提高纖維素醚的使用溫度方面，趙鳳華、 孫國杰等[10]利用羧甲基纖維素（CMC)、水玻璃、甲 醛、氯仿合成了一種新型降失水劑，具有良好的高溫 降失水性能和水泥漿流變性能。
在國外，VTn等[11，12]采用分子量降低后的乙氧 基化羥乙基纖維素作為油井水泥降失水劑，加入氧 化鎂作為溫度穩(wěn)定劑，使用溫度可以提高到140 R 以上，該降失水劑對環(huán)境友好。C〇Wan[13’14]介紹將 一種表面活性劑加入到纖維素衍生物或乙烯聚合物 中作為油井水泥降失水劑，使水泥漿具有良好的流 變性能和降失水性能?？磥?，加入表面活性劑、幾種 降失水劑復合使用應該也是提高降失水劑應用性能 的一條重要途徑。
2.2其它水溶性改性天然產(chǎn)物
除將纖維素衍生物廣泛應用于石油工業(yè)各部門 之外，人們還積極開展了其它天然高分子及其衍生 物的應用研究，并且有些己在石油工業(yè)有了較廣泛 的應用，例如淀粉、木質(zhì)素、褐煤、單寧、瓜爾膠、干酪 素等。對這些材料在油井水泥中的應用一般都是通 過改性和與其它材料復合實現(xiàn)的（見表1)。
表1改性天然高分子用于油井水泥降失水研究
類別報道者概 要
淀粉類胡俊明等&5] Sifferman 等[16]采用接枝共聚方法，在空氣存在下以過硫酸鹽、Mn3+或Mn7+為引發(fā)劑，直接使用市售淀 粉（如羧甲基淀粉）與一種或多種乙烯類單體進行接枝共聚反應，制得淀粉接枝共聚物
使用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)淀粉，可以提高淀粉的粘度，使其在20?160 R范圍內(nèi)具有良好的降 失水性能
木質(zhì)素類Meister[17]
Schilling[18]通過接枝共聚反應在木質(zhì)素磺酸鹽大分子鏈上引進乙烯類側鏈
使木質(zhì)素磺酸鹽與氨乙基哌嗪、二縮三（乙二胺）等多胺及甲醛發(fā)生曼尼奇反應以制備胺基 化木質(zhì)素磺酸鹽
褐煤類Huddleston[19,0]通過接枝共聚反應在褐煤大分子鏈上引進乙烯類側鏈
單寧類Huddleston®，2] Eoff [23]接枝共聚改性。所用單寧為澳州荊樹皮單寧，屬于縮合類單寧（妾枝物為+MPS及+MPS + AM
通過在單寧分子鏈上接枝乙烯類單體
瓜爾膠Mill—24]以硼酸鹽交聯(lián)瓜爾豆膠，并加入至少一種表面活性劑
干酪素Vijn[25]復合另一種降失水劑，通過協(xié)同起作用?？梢詮秃侠w維素衍生物、淀粉、瓜爾膠、乙烯類 水溶聚合物等
3水溶性合成聚合物
水溶性合成聚合物降失水劑在油井水泥外加劑 中發(fā)展最快，不斷有新的報道見于各類刊物。雖然 有很多產(chǎn)品己經(jīng)實際應用于油田固井并且取得了很 好的效果，如國內(nèi)常見的乙[!、？〇03、3\!、（〇- X、TD-S、J-2B、（121、Tr-50A、W99 等[26]，但是還有 很多產(chǎn)品并沒有實際應用。這是由于此類降失水劑 部分存在耐溫、耐鹽和耐水解性能比較差的問題； 還有就是聚合單體價格較高，產(chǎn)品成本很高，沒有市 場競爭力。因此開發(fā)廉價高性能的降失水劑產(chǎn)品才 是正確的研究方向。
合成降失水劑通常由含乙烯基單體聚合生成。 常用陰離子單體：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 (AMPS)、丙烯酸（AA)、甲基丙烯酸、衣康酸（IA) 等；非離子單體：丙烯酰胺（AM)、N，N-二甲基丙烯 酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-甲基-N-乙烯基乙酰 胺（VMAA)、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丁二烯、甲基乙 烯基醚、甲基丙烯酸酯、順丁烯二酸酐、苯乙烯等；陽 離子單體'-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化銨。
早期比較典型的是Mckenzie等[2?]介紹的應用 一種陰離子單體AMPS和一種非離子單體NVP或 陽離子單體DMC的共聚物作為油井水泥降失水劑 的方法。該類共聚物耐氯鹽性能好于纖維素衍生物 類降失水劑，并且沒有丙烯酰胺/丙烯酸共聚物降失 水劑的候凝現(xiàn)象。因為酰胺基團水解后產(chǎn)生的大量 羧基會導致水泥的延遲凝固，很多有酰胺基團的共 聚物降失水劑存在這一問題。
AMPS是合成聚合物類降失水劑中應用較多的 單體，主要是利用其S03+的耐鹽性能、良好的水溶 性和熱穩(wěn)定性，是AM的一種改性單體。大量的文 獻研究也己表明，目前油田用聚合物的改性研究，絕 大多數(shù)正是以AMPS作為改性單體。但是除了 AM改性之外，人們也積極研究其它耐溫耐鹽的聚 合物應用于油田固井，以適應不斷苛刻的油田開采 條件（見表2)。
4特種水泥體系
除了國家標準規(guī)定的標準油井水泥之外，其它 具有特殊性能的油井水泥稱為“特種油井水泥”。現(xiàn) 在有許多種類的特種油井水泥己形成產(chǎn)品，如膠乳 水泥、硅灰水泥、高鋁水泥、膨脹水泥、觸變水泥等。 其中，膠乳水泥不但具有良好的降失水性能，而且具
有良好的防氣竄性能[8]。
膠乳是一種聚合物的懸浮體系$5]。通常由油 溶性或水溶性單體的乳液聚合制備而得，該體系為 亞穩(wěn)態(tài)。因此，膠乳中一般要加入表面活性劑以提 高其穩(wěn)定性能。膠乳中聚合物的粒徑在0. 05?0. 5 "m范圍內(nèi)。將膠乳加入硅酸鹽水泥中，即形成膠乳 水泥體系。用于水泥外加劑的膠乳有：聚乙烯 醇[46,47]、聚苯乙烯、氯苯乙烯、氯乙烯共聚物、苯乙烯 -丁二烯共聚物（SBR) [48,49]、氯丁二烯-苯乙烯共聚 物及樹脂膠乳等。
由于膠乳中膠粒的粒徑比水泥顆粒的粒徑（一 般約在20?50 "m)小的多，而且膠粒具有良好的彈 性，在水泥形成濾餅時一部分膠粒擠塞、充填于水泥 顆粒間的空隙中使濾餅滲透率降低；另一部分膠粒 在壓差的作用下在水泥顆粒間聚集成膜，這層覆蓋 在濾餅上的膜進一步使濾餅的滲透率降低。兩種協(xié) 同作用使得膠乳水泥具有良好的降失水性能。
5降失水劑的發(fā)展趨勢
在石油可采、易采儲量不斷減少的情況下，油田 勘探開發(fā)己向海洋、復雜地層、中深井、深井以及超 深井方面發(fā)展。中國西部油田、南方海相等的油藏 基本處于6000 m左右的地層，井底溫度隨井深的增 加迅速提高，給固井施工帶來了許多問題，例如：水 泥漿迅速稠化，大大縮短可泵時間；在高溫、高壓、高 礦化度情況下，原有的許多水泥漿添加劑性能達不 到要求，不能保證順利固井和固井質(zhì)量。
結合目前油氣田開采所面臨的問題及中國加入 W(0后的發(fā)展趨勢，可以認識到油井水泥降失水 劑的研制開發(fā)也必將直接參與國外油田服務公司產(chǎn) 品及服務爭奪國內(nèi)國際市場的競爭。降失水產(chǎn)品的 開發(fā)研究趨勢如下：①降低成本，對天然廉價的高分 子進行改性，提高其耐溫、耐鹽、耐酶解等性能；②開 發(fā)新型水溶性聚合物，如開發(fā)含有磺酸基團和剛性 基團（如苯環(huán)）的單體進行聚合，得到耐溫耐鹽的降 失水劑；©利用現(xiàn)有的含乙烯基團的聚合單體進行 二元或多元聚合，然后加入表面活性劑或電解質(zhì)提 高其應用性能；©對現(xiàn)有的降失水劑合理復配使用， 可以是天然高分子或合成聚合物；⑤采用一些工業(yè) 廢料，比如含木質(zhì)素的造紙廢水、化纖廢料等合成成 本低廉的降失水劑；（將鉆井液或鉆井液降濾失劑 改進應用于油井水泥降失水；©大力發(fā)展特種水泥 體系，如膠乳水泥體系，成本低，性能好。