在油气井固井施工中用来调节水泥浆性能的材料称为油井水泥外加剂及外掺料。一般认为，主要目的用来调节水泥浆性能的材料称为外加剂（一般加量在10%以内）；主要目的是用来节约水泥或调整水泥浆密度而混入的材料称为外掺料（一般加量大于10%）。适合使用外加剂或外掺料的水泥一般是G级和H级水泥，这两种水泥属于基本油井水泥。 1.促凝剂
促凝剂是用来缩短水泥浆稠化时间的化学剂。多在浅井或表层套管固井施工中使用，虽然水泥浆性能满足了泵送的要求，但往往存在稠化时间长、强度发展慢的问题，严重影响钻井进尺和固井质量；另外，水泥浆中因加入其它外加剂，如分散剂、降失水剂等会引起过缓凝。此时，加入促凝剂可以加速水泥水化反应和提高水泥早期强度。促凝剂主要适用于漏失井固井、气井固井、浅井固井、钻井工程堵漏等要求水泥浆快速凝固的工程施工。 分类：包含氯化物促凝剂和无氯促凝剂
常见促凝剂按阳离子或阴离子促凝强弱排列出下列顺序：
(1)氯化物促凝剂
①氯化钙：氯化钙是一种极强的吸水材料，可以是片状或粉末状，常规纯度的含量是77%；无水级是粒状或片状，含量为96%。对大多数需要情况，常规纯度的加量为2%，而无水级的加量为1.6%就有最佳促凝效果。
②氯化钠：一般来说，氯化钠对水泥质量分数在10%以下时为促凝剂，含量在10%-18%范围内既不促凝也不缓凝，其稠化时间与新鲜水配浆时相似；而当氯化钠对水泥质量分数提高到18%以上时表现出缓凝作用。显然，氯化钠不是一种很好的促凝剂，只有在现场上氯化钙缺货或特殊情况下才使用它。 ③氯化钾：氯化钾能促进水泥浆凝固，对其流动性略有影响，与氯化钙复合使用效果更好。在泥岩、页岩、夹缝砂岩、石灰岩等注水泥时，若在水泥浆、隔离液或冲洗液中加入0.3%-1%的氯化钾，可以抑制粘土膨胀，防止造浆作用，以免影响胶结强度。
④氯化钙复合物：氯化钙与氯化钠或氯化铵等混合使用效果更好。1%氯化钙与2%氯化铵的混合物，或者2%氯化钙与2%氯化钠的混合物都是良好的复合促凝剂。使用这些促凝剂，既能可靠地加速水泥浆凝结和硬化，又不影响水泥浆的流动性能，还能降低水泥浆的游离水。它们也可以增加水泥的水化热，使温度升高，提高水泥石的抗渗透性能。
（2）无氯促凝剂
①硅酸钠：硅酸钠通常用作水泥的充填料，但它也有促凝作用。在水泥浆液相中硅酸钠和钙离子反应生成水化硅酸钙胶核，从而促使水泥水化诱导期提前结束。
②三乙醇胺：一般被用作促凝剂、塑化剂和助磨剂。它主要可加速肽链合成过程的水化。先生成六方、后生成立方铝酸盐水化物，并在体系中加快钙矾石的生成，同时延缓的水化。所以，三乙醇胺在铝酸盐中促凝，在硅酸盐中缓凝，一般不单独使用，而是与其他外加剂配伍使用，以缓解或消除由某些分散剂或降失水剂引起的过缓凝。
③碳酸钠：碳酸钠也称纯碱或苏打。为白粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。纯碱用于固井工程是作为油井水泥的增强剂，也可在纤维素类降失水剂中加入纯碱增加流动性。如果
水泥浆的初凝和终凝时间相隔较长，加入纯碱之后可以缩短这个区间，但是稠化时间受影响：在加量不同的情况下，有时长，有时短，并不是随加量的增加或减少有规律性的变化，所以使用时应特别慎重。
④甲酰胺：甲酰胺为无油状液体，能溶于水或醇，能促进水泥浆凝结，缩短水化时间，增加水泥石强度，并可以改善水泥浆流动性能。加量为占水泥质量的1%-2.5%。它的促凝效果与氯化钙相当，对金属也无腐蚀作用，但价格却比氯化钙贵得多。
⑤石膏：石膏是常用的促凝早强剂，指的是无水石膏或半水石膏，而二水石膏还有缓凝作用，它的加量大小直接影响促凝效果。由半水石膏和相等质量干燥水泥配制的石膏水泥，是为控制特种注水泥或满足浅井的需要而专门设计的“快干水泥”，也可以根据需要决定石膏与水泥的比例。
另外，还有一些其它促凝剂，如三聚氰胺甲醛树脂、高铝水泥、铝氧熟料、链烷醇胺-硫氨酸体系、三乙醇胺-氯化钠体系、三异丙醇胺-亚硝酸钠体系等。每一种促凝剂都有它的使用条件，如：适应温度、最佳加量范围、与其它添加剂的配伍性、抗盐能力、对水泥浆其它性能的影响等。
常用促凝剂型号与使用条件
产品代号 采访麦克风 | 适用温度/℃ | 加量范围/% | 作用机理 | 主要成分及物理特征 | 生产厂家 |
指纹套制作G201 | 30-60 | 数据存储安全检测0.3-2.0 | 通过促进水泥的水化速度，改变水泥浆液相pH值，达到促凝和提高水泥石早期强度的目的 | 由碱性无机盐组成，外观为白颗粒或粉末。干混或湿混均可 | 河南卫辉 |
G202 | 30-90 | 0.8-1.5 | 通过改变水泥水化时的离子浓度，加速了水泥组分的溶解，加速了的反应和钙钒石的生成，从而使水泥石的结构致密，达到促凝和早强 | 由无机早强材料改性而成，外观为白或略带灰粉末，无毒、无臭 | 河南卫辉 |
SWC-1 | 30-120 | 0.5-2.0 | 通过促进水泥的水化速度，缩短水泥浆的稠化时间，提高水泥石低温下的早期强度和后期强度 | 由多种化学材料组成，外观为灰白固体粉末，无气味 | 山东沃尔德 |
DZC | 30-120 | 反应烧结碳化硅0.5-2.0 | 通过促进水泥的水化速度，缩短水泥浆的稠化时间 | 由多种化学材料组成，外观为亮白固体 | 中国石化工程院 |
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2.缓凝剂
缓凝剂的作用就是能够有效地延长或维持水泥浆处于液态和可泵性的时间。最好的缓凝剂应该是在任何温度区间都具有缓凝作用，且稠化时间的长短还与其加量的多少成正比，并与各种油井水泥有很好的适应性，也与不同类型的其它外加剂配伍使用时，有很好的相容性，也就是说，不影响水泥浆的其它性能。对指定配方的水泥浆，其稠化时间有很好的预测性和重复性。
分类：无机缓凝剂和有机缓凝剂
（1）无机缓凝剂：固井中常用的无机缓凝剂为氧化锌及锌盐（）,一般使用掺量为0.2%-0.6%。氧化锌与木质素磺酸钙、铁铬盐、磺甲基丹宁等缓凝剂复合使用，可以用于4000m以上的中深井固井；氧化锌与酒石酸等缓凝剂复合使用，可以用于6000m以上的深井固井。该类缓凝剂高温稳定、析水量少、价格便宜，虽然使水泥浆流动度稍有下降，但仍能满足固井施工对流动度的要求。
氧化锌的缓凝作用是由于氢氧化锌可沉淀在水泥颗粒表面上，加之氢氧化锌的溶解度很低，
且以胶凝形式沉淀，形成低渗透率的沉淀层。当胶凝状氢氧化锌最后变成碱式锌酸钙晶体时，缓凝作用终止。
（2）有机缓凝剂
①木质素磺酸及其盐类：木质素磺酸盐（简称木盐）本身组成复杂，分子结构变化不一，相对分子质量分布从几百到几十万。木盐对所有波特兰水泥都有较好的缓凝效果，一般加量范围在0.1%-1.5%(按水泥重量计算)，有效使用温度可达122℃(井底循环温度)，与其它缓凝剂复配后的有效使用温度可扩展到315℃。有关木盐对油井水泥的缓凝作用研究较多，研究表明影响其缓凝性能的因素包括相对分子质量、阳离子种类及含糖量等。
②羟基羧酸及其盐类
包括葡糖糖酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、葡庚糖酸及它们的盐、纤维素。羟基羧酸的分子结构中带有羟基官能团和羧基官能团，它们具有很强的缓凝能力，很容易在井底循环温度低于93℃时造成过度缓凝，在温度接近150℃时仍然有效。酒石酸、柠檬酸以及苹果酸对温度敏感性强，缓凝作用非常明显，使用温度可高达250-280℃，满足深井、超深井固井施工要求；但是当掺量相差万分之几时，可使凝结时间相差一倍以上；并且有一定的浓度使用范围（此范围以下产生速凝），因此对掺量要求十分严格，必须通过试验准用量。其缓凝机理主要是：缓凝剂吸附在水泥颗粒表面，降低水泥的溶解和水化速度，其阴离子与形成微溶性沉淀，因而降低了水泥浆中浓度从而导致缓凝。
③纤维素衍生物
纤维素衍生物是由木材或其它植物材料衍生的多聚糖化合物，在水泥碱性条件下具有一定的稳定性。它的活性物质是环氧乙烷链和羧酸官能团，其缓凝作用可能是由于活性物质在水泥水化产物表面上产生吸附造成的。
最常用的纤维素缓凝剂是羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）和羧甲基羟纤维素（CMC），通常使用掺量为0.2%-0.8%BWOC，适用于135℃，更高的温度下纤维素缓凝剂将会分解
造成缓凝减弱或失效。这类缓凝剂不仅缓凝效果明显，还有降滤失作用，但是添加纤维素缓凝后会提高水泥浆的粘度，使水泥浆流动度显著下降。因此，CMC、CMHEC作为油井水泥缓凝剂常与分散剂复合使用，以便使水泥浆具备优良的施工性能。
④有机膦酸盐：又称烷基膦酸盐，其优点是具有优异的水解稳定性，对水泥组分的细微变化不敏感，且有助于降低高密度水泥浆的粘度，耐盐耐高温性能好。有机膦酸盐类缓凝剂的作用机理可能是从两个方面产生作用，一是表面吸附机理：有机膦酸盐缓凝剂中的C-P-O键是一种强电子配位体，具有很强的吸附能力，吸附在水泥颗粒表面，抑制水泥颗粒凝聚，从而起到缓凝作用。二是螯合机理：有机膦酸盐对水泥中的、等具有很强的螯合作用，通过螯合，减少了水泥浆液相中、浓度，从而减缓了水泥水化过程。
⑤糖类及碳水化合物类：糖类缓凝剂包括葡萄糖（单糖）、蔗糖（二糖）、及其衍生物。这类缓凝剂中，缓凝效果最好的是具有五元环的蔗糖和棉子糖，但是由于该类化合物缓凝效果对微小的浓度改变极为敏感，即在合理的掺量范围内，随着缓凝剂掺量的增加，缓凝作用增强，但是不会影响后期浓度（28d）强度；超剂量使用缓凝剂有时可能产生严重的缓凝，并且引起水泥后期强度增长缓慢，也有可能转为促凝，故而在固井中不常用。
蔗糖作为一种廉价高效、多功能的糖类缓凝剂，它具有非常强烈的延缓水泥水化的作用。由于蔗糖钙、葡萄糖钙和果糖钙是一种亲水性表面活性剂，当水泥与水混合时，它们能吸附在水泥颗粒表面，使水泥-水体系的自由焓降低，抑制了水泥颗粒的凝聚，同时因为表面或活性剂的亲水基团能吸附大量水分子使扩散层增厚，并改变了原来水泥颗粒在水化中形成的网状结构体，使吸附在网状结构体中的水释放出来。
蔗糖钙、葡萄糖钙虽然都是通过附着在水泥颗粒表面而起作用，但因其分子大小各异，作用的结果亦不同。大分子的蔗糖钙吸附到水泥颗粒表面后，增大了颗粒间的相互斥力，使之难以团聚，从而延缓了水泥的水化，提高了水泥的可塑性延长了凝结时间；分子大小居中的葡萄糖钙，能较充分地吸附在水泥颗粒表面并置换出吸附在网状结构体中的水而减小水泥的需水量，提高了流动度；单糖钙分子的作用类似于葡萄糖钙分子，只是它的相对分子质量很小，吸附在水泥颗粒表面后对增大其颗粒间的斥力作用不大。
⑥合成聚合物：合成高分子类缓凝剂具有一些天然材料或小分子材料无法比拟的特点，因而成为各国研究人员竞相开发的重点。例如：近年来开发的AMPS共聚物系列使用温度范围宽，与其它外加剂的相容性好，对水泥石强度发育无副作用，是优秀的缓凝剂。
常用缓凝剂型号与使用条件
产品代号 | 适用温度/℃ | 加量范围/% | 作用机理 | 主要成分及物理特征 | 生产厂家 |
GH-Ⅱ | 110-170 | 0.7-2.0 | 通过吸附在水泥水化物表面抑制与水的接触，且通过螯合钙离子，从而防止了晶核的过早形成，达到缓凝的目的 | 由磺酸盐、有机盐类等复合而成，外观为浅黄粉末或棕粉末。一般适于干混 | 河南卫辉 |
GH-Ⅰ | <110 | 0.1-1.0 | 通过吸附在水泥水化物表面抑制与水的接触，以及吸附在水化物的晶核上阻止晶核的进一步增大，达到延缓水泥浆水化的目的 | 由纤维素衍生物、羟基羧酸等多种化合物组成，外观为浅黄粉末。一般适于干混 | 河南卫辉 |
GH-7 | 110-140 | 0.5-2.0 | 通过吸附在水泥水化物表面抑制与水的接触，以及吸附在水化物的晶核上阻止晶核的进一步增大，达到延缓水泥浆的目的 | 由葡萄糖酸盐、羟基羧酸等多种化合物组成，外观为棕液体。适于湿混 | 河南卫辉 |
GH-9 | 60-180 | 0.3-2.5 | 在水泥颗粒表面与钙离子形成溶剂化膜，优先吸附于铝酸三钙，减缓了水化作用，表现了很强的缓凝作用，而对硅酸三钙则表现出较弱的吸附性能，从而也保证了后期水泥强度的发育 | 由磺酸盐、有机酸等聚合而成 | 河南卫华 |
SWH-2 | 100-150 | 0.2-1.5 | 通过吸附在水泥水化物表面抑制与水的接触，且通过螯合钙离子，从而防止了晶核的过早形成，达到了缓凝的目的 | 白无气味颗粒状固体粉末，既可干混也可湿混 | 山东沃尔德 |
SWH-3 | 90-1500 | 0.2-2.0 | 通过吸附在水泥水化物表面抑制与水的接触，且通过螯合钙离子，从而防止了晶核的过早形成，达到缓凝的目的 | 灰褐液体 | 山东沃尔德 |
DZH2 | 70-140 | 0.1-2.0 | 对水泥中的钙、铝离子等具有很强的螯合作用，通过螯合，减少了水泥浆液相中的离子浓度，从而减缓了水泥水化过程 | 浅粉液体 | 中国石化工程院 |
DZH3 | 70-180 | 0.5-4.0 | 自动削皮机对水泥中的钙、铝离子等具有很强的螯合作用，通过螯合，减少了水泥浆液相中的离子浓度，从而减缓了水泥水化过程 | 棕褐液体 | 中国石化工程院 |
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