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·1246· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

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可以推断，PMC-180 可能与钙离子（Ca ）产生络 稠化时间关系可知，PMC-180 吸附量越大，稠化时
合作用，降低了浆体中钙离子浓度，推迟了 Ca(OH) 2 间越长，说明缓凝剂在水泥颗粒上的吸附对水泥的
晶核的析出，进而延长了水泥水化的诱导期。 水化速率有重要影响，因此，通过设计不同分子结
2.3.3 温度与 PMC-180 层间距、稠化时间的关系 构的缓凝剂适当控制其在水泥颗粒表面吸附程度可
（XRD） 以达到有效调控缓凝性能的目的。同时通过分析
为了探索 PMC-180 的大温差适应机理，测定了 PMC-180 对水泥水化产物及形态的影响可知，聚合
不同温度下蒙脱土层间距变化、对应温度下加有 物中具有强配位作用的磺酸根基团与羧酸根基团，
PMC-180 的水泥浆稠化时间，同时与纯聚合物 与水化过程中的钙离子形成螯合物，吸附于正在发
P(AMPS/AA/DMDAAC)进行了对比，实验结果见 育的 Ca(OH) 2 晶核上，阻止 Ca(OH) 2 晶体形成和生
图 13。 长，致使水化产物中 Ca(OH) 2 晶体含量明显降低和

诱导期延长，因此说明任何可以减缓 Ca(OH) 2 晶体
成核过程和晶核发育的高分子聚合物均可实现水泥
浆的有效缓凝。通过研究温度对蒙脱土层间距的影
响及 PMC-180 与 P(AMPS/AA/DMDAAC)缓凝效果
对比可知，利用蒙脱土片层结构及水热膨胀性能，
可以实现低温下束缚有效吸附基团，抑制部分缓凝
性能，高温释放有效吸附基团，增强缓凝性能，可
以有效解决长封固段大温差固井中高温稠化时间长
与低温强度发展缓慢甚至超缓凝的矛盾。

综合以上分析，认为 PMC-180 的缓凝机理和大
图 13 温度对蒙脱土层间距及 PMC-180 稠化时间的影响
Fig. 13 Effect of temperature on montmorillonite spacing 温差适应机理为：（1）PMC-180 通过在水泥颗粒表
and PMC-180 thickening time 面形成吸附包裹层及与游离 Ca 形成络合物，从而
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延长了水泥与水的接触时间及抑制了 Ca(OH) 2 晶体
由图 13 可知，温度对蒙脱土层间距具有较明显
的形成和生长过程，有效延缓了水泥水化反应及水
的影响，随着温度的升高，层间距逐渐增大，当温
化诱导期，进而延长水泥浆稠化时间；（2）利用蒙
度低于 103 ℃时，层间距变化较小，当温度大于
脱土片层结构、水热膨胀性能，通过温度控制 PMC-
103 ℃时，层间距增长明显。还可以看到，随着温
180 中片层结构的变化实现有效缓凝基团的吸附束
度的升高，两种缓凝剂的缓凝效果均呈现下降趋势，
缚释放，同时阴阳两性离子产生竞争吸附，达到高
但 PMC-180 的下降趋势比较平缓。当两种缓凝剂加
温下具有较强缓凝效果，低温下又表现为部分缓凝
量相同时，在温度较低（<103 ℃）时纯聚合物
效果。
P(AMPS/ AA/DMDAAC)的缓凝效果好于 PMC-180，
而当温度较高（>103 ℃）时，PMC-180 的缓凝效果 3 结论
好于纯聚合物。PMC-180 中聚合物分子链部分存在
于蒙脱土片层之间，部分缠绕于蒙脱土片层之外， （1）由 XRD、IR、TG 分析可知，所合成共聚
在低温下，由于分子当中的阴阳离子静电作用以及 产物（PMC-180）为目标产物且为插层型和剥离型
蒙脱土片层结构的束缚作用，分子主链部分处于缔 结构复合材料，初始热解温度为 267.27 ℃。
合包埋状态及夹层蜷缩状态，有效吸附基团减少， （2）含有 PMC-18 的水泥浆在 90~180 ℃温度
缓凝性能减弱；随着温度的升高，分子热运动加剧 范围内具有良好的缓凝性能和抗盐性能，初始稠度
及蒙脱土层间距逐渐增大，低温下的缔合状分子链 均低于 30 Bc，稠化时间线性可调，稠化曲线平稳无
及夹层束缚的分子链逐渐伸展，有效吸附基团增加， “鼓包”等异常现象，可用于高温层段及盐膏层段
缓凝性能增强。因此，PMC-180 在低温下表现为束 的固井作业。
缚削弱缓凝，高温下表现释放增强缓凝，有效协调 （3）含 PMC-180 的水泥石顶部强度发展良好，
解决了水泥浆高温稠化时间长与低温强度发展缓慢 24 h 抗压强度均高于 14.0 MPa，可有效解决了顶部
的矛盾。 水泥浆强度发展缓慢甚至超缓凝的问题。
2.3.4 缓凝剂作用机理 （4）PMC-180 主要通过吸附于水泥颗粒表面形
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通过分析 PMC-180 在水泥颗粒上的吸附量与 成水化吸附层及与 Ca 形成络合物，抑制了 Ca(OH) 2