緩凝劑HEDP/保坍劑

保坍劑是能夠保持混凝土坍落度不快速損失的外加劑，保坍劑實(shí)質(zhì)上是緩凝劑，延緩水泥水化凝結(jié)，達(dá)到保持坍落度的作用。

緩凝劑是一種調(diào)節(jié)稠化時間的化學(xué)外加劑。它能減緩水泥的水化速度，延長水泥漿由塑態(tài)到固態(tài)所需的時間，而對水泥石的后期強(qiáng)度無不利影響。

目前常用的緩凝劑主要有三類：堿性磷酸鹽、有機(jī)酸及其可溶鹽、以及蛋白質(zhì)類等。

1.1有機(jī)酸類緩凝劑

主要有檸檬酸、檸檬酸鈉、酒石酸、酒石酸鉀、丙烯酸及丙烯酸鈉等，其緩凝效果按陽離子的類型排列順序?yàn)?H+＞K+＞Ca2+，其中研究最多、效果最好的屬于檸檬酸，檸檬酸及其鹽在摻量很小(0.1~0.3%)時即可達(dá)到較強(qiáng)的緩凝效果。

酒石酸(筒寫B(tài)K)在摻量為0.3~0.4%與降失水劑及其他外加劑，如磺化單寧、六偏磷酸等復(fù)合使用，即能使95℃中深井水泥在150℃~189℃下，有較長的稠化時間。酒石酸及其鹽類與硼酸和硼酸鹽等復(fù)合使用，可以在250℃~280℃下使用，對油井水泥有可靠的緩凝效果。

作用機(jī)理：則是一方面有機(jī)酸鈣沉淀于半水石膏粒子表面，另一方面是有機(jī)酸與 Ca2+離子形成環(huán)狀螯和物，阻礙半水石膏顆粒的進(jìn)一步溶解與水化，從而達(dá)到緩凝作用。

1.2磷酸鹽類緩凝劑

主要有六偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉等。

1.2.1作用機(jī)理

磷酸鹽類緩凝劑是在半水石膏粒子表面形成不溶性鈣鹽沉淀薄膜，阻礙半水石膏的進(jìn)一步溶解，從而降低液相過飽和度，使凝結(jié)硬化受阻。

1.3 蛋白質(zhì)類緩凝劑

包括骨膠、胨等。

1.3.1 作用機(jī)理

在于吸附于二水石膏顆粒表面，阻止胚芽的形成，或者是形成了保護(hù)性膠體阻礙半水石膏的水化。

1. 木質(zhì)素磺酸鹽緩凝劑
2. 木質(zhì)素磺酸鈣在摻量過高或使用溫度較高的情況下，由于水泥漿的引氣量較大，因而影響固井質(zhì)量。并且，在高溫下因降解作用，導(dǎo)致緩凝失效及水泥石強(qiáng)度大幅度下降，尤其宜使用于4000米以上的中深井中。因此，在國外木質(zhì)素磺酸鹽類緩凝劑已先后被有機(jī)磷酸鹽和羥基所酸類高效緩凝劑所取代。

HEDP（羥基乙叉二膦酸）為油井水泥的高效緩凝劑。加入量對水泥漿的性能影響很大，需要嚴(yán)格控制。

2.1 HEDP和木質(zhì)素鐵絡(luò)鹽緩凝效果對比

木質(zhì)素鐵絡(luò)鹽（FCLS）：加入量為0.5%，稠化時間短，靜態(tài)下緩凝效果好，動態(tài)下稠度大，不易泵送。HEDP：0.05%，初始稠度低，流動性好。流動指數(shù)隨加入量的增加，先增大后平穩(wěn)。FCLS也有同樣趨勢，但是沒有HEDP變化大。

（圖1. 水泥漿的流動指數(shù)與緩凝劑的加入量關(guān)系）

摻加HEDP的水泥漿隨溫度升高一直能保持低稠度，而摻加FELS的水泥漿在溫度超過50℃時，稠度迅速增大。由于井深每增加100米，井底溫度一般升高為2~3℃。因此，中深井底的溫度都較高。摻加HEDP的水泥漿在環(huán)形空間運(yùn)行中可一直保持良好的流動性。而FELS可使水泥漿稠度很快變大，以致于難以泵送。

（圖2.摻入緩凝劑的水泥漿稠度與溫度的關(guān)系）

2.2 HEDP的作用原理

水泥吸附HEDP之后，表面電荷很低，電位不足使水泥顆粒彼此遠(yuǎn)離。HEDP在水中先離解，以各種價態(tài)的陰離子形式存在。這些離子被吸附到水泥顆粒表面上就地與Ca+離子結(jié)合，成難溶性鈣的磷酸鹽的，并生成薄膜覆蓋在水泥顆粒表面，形成了包裹層，這就延緩甚至阻止了水泥顆粒的水化反應(yīng)口。或被吸附在水化水泥的晶核上，延緩了晶核生長，從而延緩了水泥的初期水化反應(yīng)。