2.2 缓凝性能评价

  （1）稠化性能

   在温度为60℃、90℃、120℃和150℃条件下，分别测试了水泥浆稠化的变化规律，实验结果如图5所示。从图5中可以看出，随着稠化温度的升高，水泥浆稠化时间有所降低，温度为60℃、90℃、120℃和150℃的稠化时间分别为427min、337min、275min和235min，稠化曲线平稳，稠度无突变现象，且过渡时间短，稠化曲线具有明显的直角特征，说明缓凝剂PADBrC具有良好的大温差适应性能，可以满足60-150℃固井施工需求。

（2）抗压强度

在不同PADBrC加量和不同温度条件下，水泥浆养护24h后的水泥石抗压强度如表2所示。由表2可知，随着养护温度升高，水泥石抗压强度增大。对比同一温度下水泥石的抗压强度可以看出，随着PADBrC加量的增大，水泥石抗压强度减小。在120℃条件下水泥石抗压强度均大于25MPa,而在60℃条件下水泥石抗压强度仍能达到14.8MPa，大于施工所需的14.0MPa，说明缓凝剂PADBrC的加入对大温差条件下水泥石抗压强度影响较小。

2.3 缓凝机理分析

  （1）XRD分析

  采用X-射线衍射仪对加入PADBrC进行养护后的水泥石水化产物进行测试分析，并与空白水泥石样品进行了对比。养护温度为60℃、120℃，养护时间为24h条件下的测试结果如图6所示。从图6可以看出，加入PADBrC的水泥石和空白水泥石的水化产物基本相同，水化产物中均出现了氢氧化钙(Ca（OH）₂)、钙矾石(AFt)和水化硅酸钙凝胶（C-S-H）的衍射峰，说明PADBrC的加入对水泥水化产物的生成基本没有影响。然而PADBrC的加入使不同水化产物的衍射峰强度发生了变化。从图6可以看出，60℃下水泥石水化产物中的Ca（OH）₂和C-S-H的衍射峰强度出现了明显降低，而温度升至120℃后水泥的水化速率明显加快，但PADBrC的加入同样使水泥石水化产物中的Ca（OH）₂和C-S-H的衍射峰强度出现明显降低，说明大温差条件下PADBrC的加入可以抑制水泥浆中Ca（OH）₂和C-S-H的生成，从而延长了水泥水化时间。

（2）SEM分析

对空白水泥石和加入了PADBrC的水泥石进行扫描电镜分析。由图7可知，未添加PADBrC的水泥石（图7a-b）与加入PADBrC的水泥石（图7c-d）的断面微观图存在较大差异。空白水泥石中可以看到较多的薄片板层状的Ca（OH）₂晶体，针簇状的C-S-H以及少量针柱状的AFt晶体；加入PADBrC后，水泥石中的片状Ca（OH）₂晶体明显减少，C-S-H和AFt晶体也相应减少，大部分区域为无定型的物质，说明PADBrC的加入抑制了Ca（OH）₂晶体和C-S-H等水化产物的生成，在一定程度上延缓了水泥的水化。而该现象主要是由于PADBrC中含有-SO₃H、-COOH和季铵盐离子。一方面，这些基团选择性地吸附在水泥颗粒表面，形成一层保护膜，屏蔽了水泥颗粒与水的接触，从而延缓水泥水化；另一方面，PADBrC分子中的-COOH对Ca²⁺有很强的络合能力，PADBrC分子加入到水泥浆后，水泥浆中的Ca²⁺与PADBrC中的-COOH络合，使水泥浆体系中Ca²⁺浓度降低。而大量络合物沉淀吸附于正在生成的Ca（OH）₂晶体上，阻碍了Ca（OH）₂晶体析出以及水化产物晶核发育，从而延长了诱导期，降低了水泥石水化速率。

3.  结论

    本文通过以2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸（AA）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）和长链季铵盐（DBrC）为单体，采用水溶液自由基聚合的方法，合成了一种油井水泥大温差缓凝剂PADBrC。研究结果表明：PADBrC缓凝效果明显，在60-150℃温差范围内能有效延长水泥浆的稠化时间，稠化曲线平稳；在PADBrC加量为0.6%、0.8%和1.0%时，在120℃条件下养护24h后的水泥石抗压强度均大于25MPa，即使在60℃条件下水泥石抗压强度仍能大于14MPa，通过X-射线衍射和扫描电镜对水泥水化产物进行分析，结果表明：加入PADBrC的水泥石，通过抑制水泥中Ca（OH）₂和C-S-H的生成，抑制水泥的水化作用。

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