钻探常用的水泥与外加剂

钻探施工中，需要用水泥加固孔口管及止水套管，也经常遇到地层的坍塌、漏失、破碎掉块等复杂问题，需要用水泥进行护壁堵漏。但是，由于普通水泥早期强度低、凝结时间过长、浆液流动性差，就需要使用水泥外加剂来改善和调整各种水泥性能，采用水泥外加剂对改善和调整某些水泥性能是个有效的途径。比如要提高早期强度宜用早强外加剂；要缩短凝结时间，则用速凝剂；若需改善流动性，要用减阻剂等等。

一、水泥定义

水泥，粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。cement，是碎石及片石的意思。早期石灰与火山灰的混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似，用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

二、水泥分类

水泥按用途及性能分为：

（1）通用水泥: 一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指：GB175—2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。

（2）专用水泥：专门用途的水泥。如：油井水泥，道路硅酸盐水泥。

（3）特性水泥：某种性能比较突出的水泥。如：快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥和磷酸盐水泥。

水泥按其主要水硬性物质名称分为：

（1）硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥；

（2）铝酸盐水泥；

（3）硫铝酸盐水泥；

（4）铁铝酸盐水泥；

（5）氟铝酸盐水泥；

（6）磷酸盐水泥

（7）以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥。

水泥按主要技术特性分为：

（1）快硬性（水硬性）：分为快硬和特快硬两类；

（2）水化热：分为中热和低热两类；

（3）抗硫酸盐性：分中抗硫酸盐腐蚀和高抗硫酸盐腐蚀两类；

（4）膨胀性：分为膨胀和自应力两类；

（5）耐高温性：铝酸盐水泥的耐高温性以水泥中氧化铝含量分级。

水泥命名的原则：

水泥的命名按不同类别分别以水泥的主要水硬性矿物、混合材料、用途和主要特性进行，并力求简明准确，名称过长时，允许有简称。

通用水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。

专用水泥以其专门用途命名，并可冠以不同型号。

特性水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名，并可冠以不同型号或混合材料名称。

以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥是以主要组成成分的名称冠以活性材料的名称进行命名，也可再冠以特性名称，如石膏矿渣水泥、石灰火山灰水泥等。

三、水泥外加剂

水泥外加剂的类型品种很多。用于地质钻探的水泥外加剂依其功用和成分，有不同的分类方法：

 按功用分类

（1）调节水泥凝结硬化速度的速凝剂和缓凝剂；

（2）供使水泥早期强度提高的早强剂；

 （3）降低水灰比、改善浆液流动性能的减阻剂或减水剂、稀释剂；

（4）减少浆液的析水和失水的降失水剂；

（5）降低水泥浆比重的减轻剂；

（6）增强水泥与岩层粘结强度的膨胀剂；

（7）防止浆液流失的堵漏剂等。

 按化学成分分类

1. 无机化合物类

包括各种无机盐类，一些金属单质，少量氧化物和氢氧化物等。这类物质大多用作早强剂、速凝剂等。

2.有机物类

这类物质种类很多。其中大部分属于表面活性剂的范畴，有阴离子、阳离子、非离子型以及高分子型表面活性剂等。

为了满足各种工程施工需要，水泥外加剂在改善水泥某些性能的使用中，应考虑以下五个方面问题：

①按水泥品种合理选用外加剂；

②选用外加剂应明确改善和调整水泥性能的目的；

③选用外加剂合适掺量；

④考虑具体施工条件，如气温、孔内温度、压力、灌注方式、灌注工具等；

⑤尽可能选用复合外加剂。