国内十年来油井水泥外加剂研究与应用情况

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1、全国油珏i化学品发展研讨会国内十年来油井水泥外加剂研究与应用情况 杨小华王中华 (中国石化集团叶原石油勘探局钻井工程技术研究院，河南濮阳457001)摘要： 综述了近十年来国内油井水泥外加剂研制与应用方面的进展。指出了今后的研发方向。分6 大类介绍了新研发的油井水混外加剂，其中一些已经过了现场试验，有几种已投入现场推广应用。降滤 失剂类17种；分散剂18种；缓凝剂6种：防窜外加剂3钟：膨胀剂1钟；早强剂4种。参48。关键词：油井水泥外加剂降滤走剂分散剂 缓凝剂 研究与开发 综述在油气井固井作业过程中，需要使用油井水泥外加剂来控制、改善水泥浆的流变性能， 提高水泥石的综合性能，保证钻井、采油等井

2、下作业顺利进行。大量的实践表明，保证固井 质量的关键之一是固井水泥浆的良好性能。丽固井水泥浆的良好性能取决于水泥浆和水泥浆 外加剂的性能。油井水泥外加剂从其作用来说，主要分为降滤失剂、减阻剂、促凝剂、缓凝 荆、消泡剂、防气窜剂、减轻剂、防漏剂、增强齐j和加重剂等。按其化学组分可归纳为以下几大类：天然材料及天然改性材料；聚萘磺酸盐类：磺化酮醛缩聚物：水溶性密胺 树脂：磺化乙烯基单体聚合物及其衍生物；柠檬酸类：AMPS(2一丙烯酰胺基一2一甲基 丙磺酸)聚合物类：其他，如糖类等。目前普遍存在水泥浆失水量大，流动性差、摩阻大、 游离水多、水泥环胶结强度低等问题，所以对油井水泥外加剂的研究越来越受到国

3、内固井工 程界的重视。l降滤失裁圃井施工时，水泥浆在压力下流经渗透地层时将发生渗滤，导致水泥浆液相漏入地层， 这个过程通称为“失水”。如果失水不能控制，那么液相体积的减少将使水泥浆密度增加， 水泥浆的稠化时间、流变性偏离原设计要求，大量的液体流入地层使水泥浆变得难以泵送 甚至不可泵送，并对地层形成不同程度的伤害，严重者可使固井作业失败，为此通常在水泥浆中加入降滤失剂以改善水泥浆的流变及降低水泥浆的失水，达到安全、高效固井，从而保证固井质量。自80年代以来，为了满足中深井、膏盐层、小间隙井段、调整井、高压气井等安全固 井以及保护油气层的需要，我国水泥浆降失水剂发展速度较快。一般而言，水泥浆降失水

4、 剂有两大类：其一是特有的超细颗粒材料，包括膨润土、石灰石粉、沥青材料、热塑性树 腊、聚合物微粒(组成胶乳体系)；其二是水溶性高分予聚合物及其有机材料，包括纤维素全国油田化学品发展研讨会衍生物(CMC、HEC、CMHEC等)、非离予型合成聚合物(如聚乙烯吡咯烷酮复合体系、聚乙 烯醇)、阴离子型聚合(如部分水解聚丙烯酰胺或丙烯酸的共聚物，N、N一二甲基丙烯酰胺 聚合物，磺化苯乙烯聚合物或其共聚物)、阳离子型聚合物(如聚乙烯胺)。90年代主要发 展了线性高分子化合物和胶乳性高分子化合物降失水剂。总之，降失水荆的研究重点在各 种聚合物型降失水剂，如AM_M共聚物及其与改性天然高分子材料等组成的复合型

5、降失水 剂，AM-MA共聚物、多糖类衍生物加聚电解质等合成的产品。11颗粒材料 许多颗粒材料如膨润土、沥青、硅灰、热塑性树脂、花生壳、胶乳等，作为油井水泥添加剂均有较好的降滤失性能，可起到降滤失剂作用。12聚合物材料121天然材料改性产物天然材料来源丰富，价格低廉，在石油工业中有着广泛的用途。常用的天然产物有纤 维素、木质素、淀粉、褐煤、单宁等。这些天然产物的特点是分子链多为大分子剐性链，具 有耐温、耐盐、抗剪切等特点，而且容易进行各种化学改性，包括接枝改性。天然改性产物 降滤失剂是油井水泥降滤失剂的重要组成部分，这里简要介绍如下：1211纤维素类改性产品纤维素是地球上最为丰富的天然资源，因其

6、价廉、可生物降解和对环境无污染等特点 应用广泛。纤维素改性产品有CMC(羧甲基纤维素)、HEC(羧甲基纤维素)、CMHEC(羧甲基 羟乙基纤维素)等，但HEC、CMHEC等生产工艺复杂，价格较高，限制了其应用；而CMC 则价格较低，应用较广。国内较早使用的降滤失剂如$24、$27、LW一2等的主要成分均为纤 维素衍生物，所有的纤维素衍生物类降滤失剂有一个共同的缺陷，即引起水泥浆增稠，在加 量较高时使水泥浆拌浆困难或难以泵送，需加入较多的分散剂。此外，该类材料有较强的缓 凝作用，在高价盐离子及高温环境时降滤失能力大为减弱。为改善纤维素衍生物类的综合性 能，通过接技共聚反应在纤维素大分子链上接枝乙

7、烯类单体，可改善其分散性、流变性、耐热性等性能。由于纤维素类处理剂的研制开发难度大，近年来在纤维素改性方面开展的工作 较少。日前见报道的有选用合适平均分子量的水溶性天然高分子改性产物羟乙基纤维素(HEC) 合成一种油井水泥降失水剂SDJ2t”，并对添加SDJ2的水泥浆的性能进行了室内评价。这些性能包括水泥浆的流变性能、稳定性、稠化时间、失水量和水泥石的抗压强度等，并且将 SDJ2与l$tJ缓凝剂SDH一2进行了配方试验。结果表明，SDJ2对水泥浆有显著的降失水作用，154全国油田化学品发展研讨会流变性能和稳定性良好，与缓凝剂SDH一2有很好的相容性稠化时间可调，水泥石抗压强度 符合要求。121

8、2合成聚合物类产品 合成聚合物类降滤失剂品种繁多、性能优异，具有一些天然高分子材料无法比拟的特点，因而成为研究人员竟相开发的重点。国内常见的降滤失剂LW_1、Fc一03、s卜1、TD_x、 TD-S、J一2B、T121、T-OSA、W99等均为合成聚合物类，近年来的研究表明，AM和AMPS是合 成聚合物中用得较多的单体21。油井水泥降滤失剂实际应用时往往出现耐温、耐盐和抗剪切 性能较差的问题，为改善其性能，可考虑采用如下方法：(1)磺化改性；(2)链刚性改性： (3)两性离子化改性；(4)疏水缔合化改性。磺化改性是利用磺酸盐基(一S魄。)水化能力强、耐温耐盐性能好的特点，将一S03一通过 化学

9、方法引入大分子链中，是效果明显、使用较为广泛的一种重要方法。链刚性改性是通过共聚或接枝的化学方法将含有苯环、环状结构的刚性基团引入大分 子链中。高分子链刚性的大小直接影响其性能，较柔顺的大分子链在外来机械力的作用下容 易发生断链。设法降低高分子链的柔顺性、使大分子链适度刚性化，是改善耐温、耐盐特别 是抗剪切性能的一条途径。两性离子化改性是通过共聚将正负离子基团引入大分子链中。疏水缔合化改性是在不 改变整体水溶性的同时，将一定数量的疏水长链烷基憎水基团引入亲水的大分子链中，以改 善耐温耐盐性能。近年来，研究人员也进行了大量的研究工作，如马喜平等将PAM与甲醛和亚硫酸氢钠 在碱性溶液中反应，得到了

10、水泥浆失水荆聚丙烯酰胺磺甲基化产物(SPAM)“1，利用顺一丁 烯酸酐和丙烯酰胺在引发剂存在下合成了油井水泥降滤失剂hlA“，在加量为0812时 就能使水泥浆的失水量大大降低，并且有良好的分散性：曹智等介绍的一种新的共聚物类 油井水泥减阻降失水剂SDl0“3，室内合成及产品物性，以及加有G级水泥浆(包括加重、 减轻水泥)的室内性能评价，SDIO水泥浆在四川、塔里木、滇黔桂油气田4口井固井结果 表明，SDl0是一种综合性能优良的油井水泥降失水剂，SDl0水剂加量在4一7(相当于 干剂1)可使G级油井水泥120C、7MVa滤失量降低到200ml，甚至500ml以下，大大地 改善了水泥浆流变性能，一

11、剂双效而无副作用，能抗盐、减少游离水、抗压强度高，与其 它外加剂相容性好，适用温度范围宽，SDl0具有优良的降失水和减阻性能，加入SDl0的水 泥浆显示良好的综合性能王铁军等“3利用聚丙烯腈废粉料磺化后，在引发剂引发T1Jn,k氧 化镁，柠檬酸和氯化锌等合成出水溶性乳白色粘稠液体DWG-I，将分散减阻、调凝、降滤失155全国油田化学品发展研讨会有机的结合在一起。DWG-I水泥中温降粘降滤失剂目前已在大庆油田进行了10多口井的现 场试验和应用，均表明，DWG-I水溶性好，配浆简单，可使水泥浆具有优良的流动性能，能 明显提高固井质量。赵风华等”3研制的高温油井水泥降滤失剂MTV具有良好的降失水效果

12、， 同时评价了它的流动性、流变性在高温高压下的效果。 陆屹等”1选择了一种交联剂与PVA反应，可以使PVAl7-88的加量减少大约55：交联 剂的加量为20PVA对为最佳加量：加入交联剂与不加入交联剂的PVAl788降失水剂 相比，其耐温和耐盐能力都有所提高，前者的使用温度至少超过90 9C，后者接近80。C。 严思明等睁1磺化聚笨乙烯(SIS)作为油井水泥外加剂具有良好的降失水性能，SPS的水泥 浆体系具有良好的流变性能和较好的耐温性能；在120。C下其水泥浆体系的稠化时间，用 常用的缓凝刑可调整到337min，SPS对水泥浆其他性能无不良影响。郑延斌等“研制的J_2B 防窜降失水剂，经现场

13、7口井试验，施工顺利，固并质量台格率100，优质率429，取 得了良好的经济效益。易明新1”研究的MD-3对泥浆具有显著的降滤失作用，并与多种油 井水泥和其它外加剂具有很好的相容性，有利于固井质量的提高，具有推广应用价值。 赵林等“21利用乙烯基单体与其他单体在氧化还原体系存在下共聚合成了一种油井水泥降滤 失剂JZ-2，具有优良的控制水泥浆滤失的能力，与分散剂、缓蚀剂相容，对水泥浆的选择 性小，加量为干水泥质量的1218时，可使水泥浆的滤失量由净浆的1500 nfl2000ml 降低到200nil以下。陈馥等n引合成的丙烯酰胺，烯丙基磺酸钠二元共聚物(AS一1)具有好 的抗性，抗钙性能，是一种

14、良好的降失水剂。陈礼仪等【“1通过抗温性较强的丙烯酰胺，丙 烯酸，丙烯腈为基本聚合物，配以几种高温降失水剂，稀释剂进行本体聚合的合成工艺，具 有聚台能量大，反应速度快，流程简便易推广的特点。还进一步探讨了PA一6型降失水剂的 降失水机理。吴金城等“53研究的多功能油井永泥外加剂J一2 B具有降低滤失量，防窜， 弱触变性，徼膨胀等性能，与膨润土复配使用不可提高水泥浆的触交性能与硅粉复配使用中 可提高水泥浆的抗高温性能，使用J一2 B处理剂的水泥浆(需要时间加入膨润土或硅粉) 在浅层气井，稠油热采井，救援井，调整井中的固井应用结果表明，J一2 B能在各种井况 下的固井中提高封固质量。陶世平等16研

15、究的TC,-2是由多溶性高聚物SPVT和SVT与分散 剂PNS按一定比例复配而成的，具有降滤失效果好，改善流变性，降低自由水，对稠化时间 和水泥石强度影响小，并与其它外加剂配伍良好等特点。固井水泥浆中含有可溶性盐和钙离子，严重影响了固井质量。刘李军等“71以xs粉剂 油井水泥降滤失剂，研究了一种XSM抗盐、抗钙水泥浆体系。该体系具有一定的抗盐、抗钙 能力，较好的解决了固井水泥浆中可溶性盐和钙离子对水泥浆的影响，降低了水泥降滤失量，156全国油田化学品笈展研讨会在配浆用水的盐、钙含量高于现场水的情况下，水泥浆各项性能满足了钻井施工的要求。 针对江苏油田老区调整井，特别是油水同层井的固井难题，徐德

16、安等“83研究开发出多功能油井水泥外加剂F17C膨胀降滤失剂，具有塑性体膨胀、硬化体膨胀和降滤失双效作用的 水泥浆体系，有效地解决了固井旌工中的水泥浆脱水失重、收缩失重及硬化体积收缩所造成 的微间隙，因而大幅度提高调整井的固井质量经30余口井的现场实验证明，该水泥浆体系 流变性好、失水量小、稠化曲线呈直角，早期抗压强度高，且使水泥浆在塑性状态和硬化后均 能膨胀。针对矿渣浆水灰比较大，固相含量相对较少，自由水比较多，失水量太的特点，杨杰 等“”采用矿渣浆将失水剂GJl加入矿渣浆，试验和现场应用表明，GJ_l具有许多优点： 用量少，降失水效果显著；配伍性好；GJ_1的加入不影响激活剂、助剂、分散剂

17、以及其它 添加剂的作用效果：耐温性及耐碱性比较好，具有润湿、润滑作用，有利于泵送；有一定的 缓凝作用；提高矿渣石的高温高压强度，GJ_1加量在06以上时能将矿渣石的高温高压强 度提高34Pa：增粘不明显；具有一定的悬浮能力：强化矿渣浆的直角稠化，加入GJ-1的矿渣浆可以应用于防窜固井技术，能够解决长封固段井的固井难题和低密度矿渣浆的沉降稳 定性问题，保证施工安全，提高固井质量。张旭等啪3由适当的分子量和水解度的有机聚合物、交联剂、交联反应激活剂及其它助 剂组成了成膜型降滤失剂zJ-2，其加量为14时，可将3种商品G级油井水泥净浆的滤失 量由1000M降至20-30M(75，69MPa)，使水泥

18、石强度有所增加，对稠化时间的影响 很小，并已用于华北油田5口井的水泥浆作业中，效果良好。为适合小井眼、小间隙井的固井要求，杨远光等“”研究了复合塑性降滤失剂PT一2， 具有低失水、低析水、浆体稳定性好，并具有较好的触变性，水泥石具有一定的塑性等特点， 其表征水泥石塑性特性的弹性模量较水泥原浆下降207一38，水泥石抗冲击韧性提高， 且综合工程性能良好，具有广阔的应用前景。冯茜等。21采用丙烯酰胺与2丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸合成T-元共聚物油井水泥抗盐降失水剂FQ，在应用过程中加量小，加量为02时就能使水泥浆API失水量降至100M以内，加量为03时侧能将失水量降至50M以内，具有较强的温度稳

19、定性和抗盐性， 适用于盐水水泥浆体系，与油田常用分散剂、缓蚀剂配伍性好，溶解性、分散性好，可减少 其它分散剂用量，合成条件易控，原料易得，有一定的经济效果。陈道元等231研究并开发了一种聚合物降失水剂i83S。M83S是一种多羟基的化学交联 聚合物，由于分子链中无离子型官能团，吸附基团问不存在静电斥力，易形成多点吸附的单157全国油田化学品发展研讨会分子膜，水泥颗粒表面对M83S分子的吸附量非常小，因此起降失水作用的是水泥浆液相中 的聚合物颗粒。该降失水剂在低温下不溶解，流变性好，易泵送，抗高温和降失水性能都非 常理想，抗温在120。C以上，失水量在30mL以下，形成的薄膜具有一定的韧性，有利

20、于水 泥浆在候凝过程中防止油、气、水窜槽，经在700多井次的各类注水泥作业中应用，施工顺 利，固井质量合格率取得了99：03的好效果。武世新等幽3的研究表明2一丙烯酰胺一2一甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(从)和一种功能型 单体(简称为SM)的三元共聚物(Hcpl)降失水剂合成条件易于控制，工艺简单：在150C以 内，HCW一1具有较好的抗温降失水功能，随加量的增大，高温下的失水量也远小于250d； HCw一1除具有优良的降失水效果外，还兼有对水泥浆稠化时间影响小、降低水泥浆自由水含 量、对水泥石抗压强度影响小等优点；可与其它外加剂复配使用。探讨了其降失水机理，认 为HCW-1通过吸附基团和水

21、化基团能在水泥颗粒表面形成“水泥颗粒一线性水溶性高分子一 水分子吸附层”结构，阻塞水泥内部空隙束缚住大量自由水从而降低失水量，该三元共聚 物(HCW-1)对水泥浆稠化时间和水泥石抗压强度无不良影响，是一种良好的降失水剂。冯茜等3合成的丙烯酰胺(AM)和2一丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(AMPS)二元共聚物(FQ) FQ加量小，加量为02就能将水泥浆API失水量降至lOOmL以内，加量为03时则能 将失水量降至50mL以内，具有较强的温度稳定性和抗盐性，适用于盐水水泥浆体系：与油 田常用分散剂、缓凝剂配伍性好；溶解性、分散性好，可减少其它分散剂用量。王展旭等嘶3的研究表明AMPSAM共聚物固井降失

22、水剂具有较好的固井降失水效果，抗 盐、抗高温能力强，在淡水、盐水中具有良好的降滤失作用。郑成胜等驯合成的丙烯酰胺与2一丙烯酰胺基一2一苯基乙磺酸共聚物在95。C、69MPa 压差条件下当P(AMAMSS)添加量为04O9(BWOC)时，水泥浆API失水量可以控 制在lOOmL以下：当P(AMAMSS)添加量为07(BWOC)、NaCl含量达到：12(BWOW)时， 水泥浆API失水量仍然低子lOOmL。外加AMAMSS共聚物的水泥浆的稠化时间可用CaCl2 调节。在水泥浆中添加P(AMAMSS)和CaCl2可调节水泥浆的流动度和析水率，改善水泥石 的24h抗压强度。卢甲晗等嘴1研究开发出的G3

23、10油井水泥抗高温抗盐降失水荆适用温度范围宽、抗盐 性能可达饱和盐水，降失水效果明显，稠化时间可调且性能稳定。加有G310降失水剂的水 泥浆，失水量随着温度的升高或盐水浓度的增大而有所增大，但在40175C的温度范围内， 在盐水达饱和时，仍可将失水量控制在lOOmL以内；在低温下该产品有较强的缓凝作用，需 加入促凝剂配伍使用。158全国油田化学品发展研讨会刘秀成等”3研究表明G306油井水泥降失水剂具有与其它外加剂配伍性好、稠化时间 易调、易泵送，适应温度范围宽，抗高温和降失水性能好的优点，可将水泥浆失水量降至50M。以下，形成薄膜并具有一定的韧性，利于水泥浆在候凝过程中防止油、气、水窜槽。

24、现场应用表明，G306降失水剂可大大改善水泥浆的综合性能，提高水泥浆的抗气窜、水窜 的能力。该水泥浆作业施工顺利，固井质量合格率达99，优良率达88，取得了良好的 效果。李本旭等”3研究表明，加有G302A降失水剂的水泥浆加砂失水量小(由于后期是蒸气 开采，故需要加砂来保证后期开采强度的需要(Tk泥：石英砂=10035)，有很好的流变性 和沉降稳定性，游离水少，低温养护后水泥石早期强度高，还具有一定的微膨胀作用，故有 一定的防气窜和界面胶结性能。经辽河油田大量实践应用证明，加有该低温早强降失水剂的 水泥浆失水量低，在低温下养护后水泥石有较高的早期强度，解决了高渗透地层及小间隙尾 管固井的难题，

25、具有很好的应用前景。贾晓斌3通过应用发现DzJ_叫三元共聚物降失水剂具有良好的抗盐能力，在饱和盐 水条件下能够较好地控制水泥浆失水。在塔河油田T914井尾管固井取得成功，盐层段固井 质量为优质。现场应用表明，抗盐水泥浆体系具有良好的流动性，失水控制良好，稠化时间 可调：水泥石强度普遍较高，有利于提高水泥环的胶结质量：该水泥浆浆体均很稳定，没有 析水和沉降；API失水量低，且能产生微膨胀，有助于提高固井质量。该抗盐降失水剂有效 地提高了塔河油田石炭系盐层并段固井胶结质量。邹建龙等b羽研究证明油井水泥降失水剂BXF-200L共聚物分子结构中引入了多种官能团， 该降失水荆在高温、高含盐的情况下能够性

26、能稳定：具有一定的分散性能，加量增大不会增 加水泥浆的稠度在很宽的温度范围内具有优良的降失水性能。以BXF-200L为主剂的抗盐 耐温水泥浆体系具有失水量低、抗盐能力强、水泥浆体稳定、抗压强度高、胶凝强度过渡时 间短、防气窜等特点，其有很好的综合性能。现场应用效果较好。任绍梅等捌合成了2-N烯酰胺基一2一甲基丙磺酸(A肝s)丙烯酰胺(AM)丙烯酸(AA) 三元共聚物型油井水泥降失水剂，分析表明单体配比和反应温度是影响聚合物降失水性能的 主要因素，并得到了最佳的合成方案：A姻s：AM：AA=50：4 28，反应温度70。C，引发剂 用量2，链转移剂用量6。张竞等枷以2-丙烯酰胺基一2一甲基丙磺酸

27、(AMPS)与丙烯酰胺(AM)为单体，采用水 溶液自由基共聚法进行二元共聚，合成出了油井水泥降滤失剂FF一1。性能评价结果表明： 当单体质量分数为8，单体质量比为1：7，引发剂质量分数为03，引发剂摩尔比为1：159全国油田化学品发展研讨会1，反应温度50。C左右，反应时间6h左右时，FF一1降滤失性能优异，与净浆滤失量相比降低了985；40一100都能将滤失量控制在30mL以下。且对饱和盐水水泥浆同样有效。从近年来的研究看出，国产油井水泥降失水剂已达到或接近国内外同类产品的水平， 具有良好的控制失水性能，基本满足了国内高、中、低温固井的需要。今后油井水泥降滤失 剂应朝如下方面发展：对价廉的水

28、溶性天然产物进行改性：合成具有磺酸盐基团或刚性基团 的水溶性聚合物；对现有降滤失剂进行合理复配或适度改性；进一步研究解决降失水剂的缓 凝、增稠问题，并重点加强抗盐降失水剂的研究与开发。2分散荆一次注水泥必须有好的顶替效果，才能达到封割地层之目的。人们经过长期探索与实践， 认识到在大多数情况下采用紊流注水泥的方法有利于获得较高的顶替效率。油井水泥分散剂 能降低水灰比，改善水泥浆的流变和施工性能，并可在较低的排量、泵压下实现紊流。因此， 油井水泥分散剂的研究与应用得到了不断的发展，成为目前国内外使用最普遍、消耗量最大 的油井水泥外加剂之一。21磺化醛酮缩聚物磺化醛酮缩聚物类分散剂是20世纪80年代

29、末期王中华等21研制成功的新型分散荆产 品。在磺化丙酮一甲醛缩聚物SAF等研究的基础上，西南石油学院研制的sX一”1，己在许多 油田应用。这类分散剂的特点是：原材料来源比较广泛，价格适当，不具有萘系分散剂的 毒性；抗温能力较萘系产品有所提高；同样适用于多种油井水泥。与多数外加剂有好的相容性。与SAF、SXY相类似的产品还有USZ，在现场应用中也见到了较好的效果。 何英等”1用正交优化实验对磺化醛酮缩聚物的合成工艺进行了最佳配比的优化选择实验，确定出了最佳合成条件，研制出了磺化醛酮缩聚物作为油井水泥分散剂SDJZ一1，并对 其进行了系统评价。评价结果表明，磺化醛酮缩聚物对水泥浆的流变性能具有较强

30、的调控能 力，分数效果显著，磺化醛酮缩聚物固相加量为0，408时，水泥浆的初始稠度低， 流性指数可由原浆的03升高到08，甚至达到10；具有良好的抗温性、抗盐性，与降失水剂、缓凝剂等有良好的相容性。现场应用表明，水泥浆流动性能良好，流性指数根据需 要可以调节；稠化性能稳定，高温下没有闪凝现象；体系沉降稳定性能良好：同时水泥浆抗 压强度发展迅速，高温条件下水泥石性能稳定，符合深井固井的要求。22乙烯基单体聚合物及其衍生物 乙烯基单体聚合物及其衍生物作为油井水泥分散剂，其特点是稳定性好、耐高温、不引气、减阻效果好，还特别耐盐。缺点是成本价格相对较高。如磺化苯乙烯马来酸酐共聚物160全国油田化学品发

31、展研讨会(SSMA)37-38是一种性能优良的分散荆，应用于MTC水泥浆效果很好。中原油田和北京 石油勘探科学研究院油田化学研究所共同研制的DC-08，分散能力强，耐盐可达到饱和。油 井水泥分散剂DIS一3139m1量为04一06(基于千水泥质量)时，可使水泥浆的流变性得 到明显的改善，且与其它油井水泥外如剂(如降滤失剂和缓凝剂)的配伍性良好，加有DIS-3 的水泥浆的各项指标均能满足现场固井施工要求。另外，还报道了DtS-3在江汉油田3口井固井中的使用效果。3缓凝剂固井质量的好坏除与水泥浆的失水、水泥浆的流态有关外，还与水泥浆的凝结时间有关， 为了满足固井施工时的时限要求，往往要在水泥浆中添

32、加延长稠化时间的外加剂一缓凝剂， 它能增加稠化时间、降低水泥浆粘度、延长水泥浆的可泵送时间、改善流动性能等，已成为深井和超深井固井水泥浆必不可少的成分，受到普遍的重视和迅速发展。目前已有大量市售 水泥缓凝剂产品，主要类型包括木质素磺酸盐及其衍生物、纤维素衍生物、单宁衍生物、褐 煤制剂、糖类化合物，硼酸及其盐类、有机磷化合物、有机酸、合成有机聚合物等等。最常用的是木质素磺酸盐类产品，而90年代重点开发的则是合成聚合物类产品，反映出高温缓 凝剂已成研究重点，天然聚合物及其改性产品因其原料差异而导致性能不稳定，而且重复生 产的产品能一直保持理想的性能。近年来，也进行了一些研究工作，研究人员以葡萄糖，

33、一氯乙酸和磺化剂为原料研制了 油井水泥分散缓凝剂GA-it*o】，结果表明，GAl加量少，耐温性好，具有较好分散性，且缓 凝效果显著。合成了一种新的油井水泥缓凝剂JZR-II4U，JZR-II对G级油井水泥具有优良 的缓凝性能，与分散剂，降滤失剂相容性好，对油井水泥的选择性小，适用于井温75。C一180(2 的油气并固井作业。李长安等圳合成了一种有机磷酸油井水泥缓凝剂CTll3，在50170温度范围内 具有优良的缓凝效果，稠化时间可调，稠化曲线理想，与常用其它油井水泥外加剂具有良好 的相容性，能满足不同井温固井施工要求。将淀粉深度氧化得到油井水泥缓凝剂CH20LH”，该剂可以有效控制水泥浆的凝

34、固时间， 能满足蚰180(2条件下固井作业安全的需要，水泥浆稠化试验结果表明，CH20L稳定性好， 无早凝，过度缓凝现象发生，加量与稠化时间呈线性关系。陈大钧等“1对南充地区曲酒厂 酿酒废料进行了化学分析，发现酒糟本身具有一定的缓凝效果：在70时，以淀粉：H2S04：HN03(质量比)=l：2：14的比例对酒糟进行水解、氧化、提纯等化学改性，得到产品 PNI，它具有良好的缓凝效果，对G级水泥，在85。C、加量O13时凝结时间大于8h，稠】61全国油田化学品发展研讨会化时间可达288rain。加量范围为O080，17。而且PNl水泥浆的流变性比净浆好，趋近 于牛顿流体。谢应权等”5 3将木质素磺

35、酸盐再次深度磺化改性合成了缓凝剂PQ，实验结果表 明PO能有效控制水泥浆凝固时问，无早凝、过缓凝现象能经受200。C的高温，能满足深井 长井段条件下的固井作业安全要求。齐志刚等“研制出了一种高温耐盐缓凝剂SDH-2。该缓凝剂由碱、醛、亚磷酸制各而 成，具有工艺简单、成本低的特点。SDH一2在40170。C的范围内具有优良的缓凝效果，缓 凝时间可调性好，稠化曲线理想，抗盐性良好，与降失水剂、减阻剂有良好的相容性，对油 井水泥选择性小，水泥石抗压强度高。SDH一2在现场应用了6口井，结果表明：该缓凝剂解 决了深井固井中水泥浆稠化性能不稳定，稠化时间难以控制的问题，水泥浆具有良好的流动 性能，满足不

36、同井眼条件下固井对水泥浆流动性能的要求：同时水泥浆抗压强度发展迅速， 高温条件下水泥石性能稳定，符合深井固井的要求。苏如军等 3研制开发的GH一9油井水泥抗高温缓凝剂是用一种不饱和二元有机酸衣康 酸(又称亚甲基丁二酸)和另外一种带有磺酸基团的乙烯单体AMPS(又称2一丙烯酰胺一2一甲基 丙磺酸在引发条件下聚合反应制成，该产品有很好的高温缓凝作用，与大多数的分散剂、 降失水剂有良好的相容性，配制的水泥浆具有高温直角稠化的特点。应用证明，该油井水泥 抗高温缓凝剂能够满足高温固井需要，并适合在严寒的条件下施工，具有一定的推广应用价 值。4防窜外加剂调整井固井作业中的流体窜流问题一直是国内外尚未解决的

37、技术难题之一。油田主力油 层溶解气油比有时很高，固井水泥浆胶凝强度不能阻挡这样高的溶解气侵入水泥环，造成固 井质量问题，为此常采用防窜外加荆来提高固井质量，针对现场实际问题研究人员提出了“低 滤失、高压聚阻力、短过滤、高早强、微膨胀”的防窜思路，我国在防气窜外加剂和水泥浆 体系的研究方面也作了一些工作，但成效不大，今后应通过气窜发生与预防机理的研究而加 大产品开发力度。这方面的研究有：和传键等删针对大庆龙虎油田溶解气油比高(375866m3t)等实 际问题，采用DSK锁水抗窜剂，加入锁水抗窜剂的水泥具有速凝、早强的特性，经在大庆 龙虎泡油田现场应用22口并表明，固井质量好，满足了油田开发对固井

38、的要求。杜伟程等”3 研制出了新型固井防窜外加齐J J-2B，现场应用表明，J一2B是一种性能优良、有效地低温浅 层调整井固井防窜外加剂产品，已固井200余口，优质率达90。程艳等删发明了一种抗 窜水泥外加剂，即(按重量份)氧化钙O510，氧化铁2535干混于水泥中，液体氯化162全国油田化学品发展研讨会钙3545，密胺树脂0-305。磷酸三丁酯005O2混于固井水中，将上述混合于一体配 制成水泥浆，具有速凝早强，防水抗渗，体积膨胀，胶凝强度发展迅速，抗窜能力强及密度 高的特点，解决和改善了高压固井后水窜问题，固井优质率达90以上，明显提高了固井 质量。程雁等m1研制了油井水泥降失水防窜剂Dw

39、AI，研究表明在3550。C内，DWA-I加量 为4时，水泥浆失水量小于50mL；水泥石渗透率比净浆降低了90以上：16h的水泥石 膨胀率达1138；初始稠度为8Bc，2080Bc过渡时闭为3min，呈直角稠化。该剂 自1999年起分别在大庆、吉林油田不同区块的调整井应用了98口井。固井质量分析表明， 应用DwA-I水泥浆固井，在固井施工顺利的同时，无环空窜槽现象发生，固井合格率为100，固并优质率为872。该剂能有效地控制地层油、气、水窜，满足调整井固井施工和提高固井质量的要求。姚晓等523针对国内外石油工程界尚未很好解决的固井技术难题，提出了新的防窜作用 机制，并研制开发出了F17C油井水

40、泥双膨胀降滤失剂，研究表明：FITC不仅可使油井水泥 浆产生足够的塑性膨胀和后期膨胀，而且还能有效地控制水泥浆的失水量。掺入该材料后， 水泥浆的其它工程性能也满足API规范和现场施工的技术要求。100多口井的固井实践证明； FITC可大幅度提高调整井的固水优质率，是一种值得推广的新型油井水泥多功能防窜剂。5膨胀荆油井水泥固有的收缩性是诱发油气井气窜和造成水泥环胶质量差的主要原因，我国在“七 五”期间曾研制出少数几种适用于油井水泥的膨胀剂，如SEPl，l迫及KQ-B、DG-29、 QJ-625、ZQ-3以及早强膨胀剂T89、T90、$604等。近年来这方面的研究不多，但新产品 的探索仍在进行，如

41、姚晓等研制了一种新型油井水泥膨胀剂DB“，当掺量为水泥的3一8时，可使水泥浆产生足够大的塑性膨胀及后期体积膨胀，并且其塑性强度发展高于净浆。 膨胀量随养护温度的升高和养护龄期的延长而增大，在受限状态下能显著改善水泥石的抗压 强度和胶结强度。DB膨胀剂与降失水剂及分散剂的配伍性好，对水泥浆的其他工程性能无 明显影响。6早强荆在油气井固井作业中常要用到早强荆，而最常甩的水泥浆促凝剂主要是氯化钙，它的促 凝效果好，价格低，使用方便，但高温下后期强度衰减快，对管材有腐蚀性，加量超过3 时易出现闪凝并会堵塞储层油气通道，因此研究人员在早强促凝剂方面也进行了些研究。 顾军“1将油井水泥早强剂sT600。应

42、用于巴喀油田12井次防气窜固井中的应用效果显163全国油田化学品发展研讨会著，防气窜作用明显，与其它外加剂配伍性好。廖久明等娜1由WG(含活行硅的物质)、TEA (由二乙醇胺、甲醛等制得的低分子有机化合物)、SJX(丙烯酸丙烯酰胺乙酸乙烯酯共聚 物)等复配组成的新型早强促凝剂DZEOS，在大港油田应用了4口井，具有良好的促凝效果。 韩卫华等”63开发出以硅藻土，微硅为复合减轻剂，sY为高温稳定早强剂的LDHS水泥浆体 系。该体系具有密度低、强度高、流变性好、与外加剂配伍好、地面与井下密度一致、施工 简便等优点。在塔河油田S70井进行现场应用，固井质量达到了优良标准，实现了低密度水泥 浆在塔河油

43、田固井质量的突破。李泽林等”7 3针对低温条件下，水泥浆因侯凝时间长，极易造成油、气、水侵，导致固 井后水泥环不致密，固井质量差这一现象，研制了一种新型低温复合早强促凝剂CN-2，并 完善了与之配套的水泥浆体系，从而满足各类低温条件下的固井施工，为低温浅层油气井固 井质量的提高提供了可靠的保证。韩卫华等嘞1针对水泥石低温情况下强度发展缓慢，影响钻井周期的具体情况，研制开发 了早强剂OZzDz_z由多种无机化台物和有机化合物按一定的比例复合而成，具有双重早强 作用，它能明显地提高低温下水泥石的早期强度，并能改善水泥石结构，使之致密、渗透率降低早强剂DZZ加量为052096，适用温度为050C，8

44、 h水泥石抗压强度大于35 MPa， 随着加量的增加，水泥石强度也迅速增长同时，早强剂DzZ基本不影响浆体的流变性能，还 可以根据现场施工所需时间的长短，用缓凝荆调节水泥浆稠化时间，但仍能使8 h抗压强度大 于35,lPa现场应用表明，低温早强剂Dzz在低温条件下明显缩短了固井候凝时间，节约了 钻井作业成本。7增韧剂在油气井长期生产过程中，水泥环破裂会引起油气井产量大幅度降低，地下流体对套 管和水泥环的腐蚀加剧，套损率上升。为了提高油井水泥石的韧性及抗压强度，满足油田开 发过程中井下水泥环层间分隔性能长期稳定的技术要求，油田化学工作者也开展了许多工 作。如华苏东等研制的油井水泥复合增韧剂FD由

45、直径1012 u m、长47mm的无机纤 维F和粒径150230 u m的细切合成纤维D按13：2的质量比复合而成。F在一定掺量下可 提高水泥石的抗折强度、抗冲击功(掺量052O，BWOC)和抗压强度(掺量10)，D在掺量005O3时可提高水泥石抗冲击功，使抗压强度下降，不影响抗折 强度。掺入15FD使3个简单配方水泥石抗折、抗压强度和抗冲击功分别增长1730、1119、3345，弹性模量降低7418：3个配方水泥浆的滤失量、析 水率、稠化时间、流动性均满足固井施工要求：当配方中掺有降滤失剂和减阻剂时，稠化曲164全国油田化学品发展研讨会线规范。基于水泥石断面电镜照片和文献资料讨论了FD这一纤

46、维微粒复合物增韧水泥石 的机理。用压汞法测定，掺FD水泥石的孔隙率由335降至30O，直径)100lm 的有害孔比例由224降至195，这是FD增强水泥石的机理。孙德字601研制的ZZC一1增强增韧型水泥添加剂与常用的油井水泥外加剂具有良好的配 伍性，可显著提高普通油井水泥的抗折强度、抗冲击韧性、胶结强度和抗压强度，提高固井 质量。原因在于该水泥添加剂中的改性纤维限制了水泥基体中微裂纹的生成和发展，同时其 中所含有的活性微粒和与之相匹配的激活剂，在增加水泥颗粒之间胶结强度的同时，又具有 微粒填充作用，有利于载荷的传递，宏观上表现为水泥石宏观物理力学性能改善。著者文 摘冯茜等“1采用具有不同长度

47、分布和合适长径比的混合短纤维(纤维长度均小于4mm)、 粒径为0180O280mm(6080目)的橡胶粉、活性微粒和与之相匹配的激活剂制得了早 强增韧剂ZS3。实验发现，ZSJ抗盐性能优良，与其它外加剂有良好的配伍性，增韧剂ZSJ 的加入对水泥浆的施工性能基本无影响，但能大大改善水泥石的力学性能，水泥石抗压强度、 抗折强度和抗冲击韧性均有不同程度的增长。实弹射孔实验证明zsJ水泥石能够抵抗射孔等 后续施工的冲击，可有效提高水泥环封固质量，防止地层流体窜层，延长油：66-69井寿命。姚晓等623针对国内油气田复杂地层固井时的水泥浆低返及射孔和后续增产措施造成的 水泥环脆裂(即二次窜流)问题，研制

48、开发了F27A型油井水泥防漏增韧剂，室内研究和现场 试验证明：F27A油井水泥防漏增韧剂具有优异的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用其综合工 程性能柑满足易漏地层固井施工的技术要求。张峰等剐研究了以混合短纤维为主要成分的油井水泥增韧剂BF，并对加有BF增韧剂 水泥浆的力学性能进行了系统评价，同时还考察了BF增韧剂与油井水泥降失水剂F17B及油 井水泥减阻剂USZ的配伍性能，室内实验表明，BF增韧荆能使水泥浆的流动度减小，凝结 时问延长，析水率和失水量减小，且BF增韧剂与外加剂USZ和F17B的配伍性良好：BF增 韧剂能够显著提高水泥石试样的韧性，使水泥石韧性增长20，有效降低射孔对水泥环的 破坏，改善

49、水泥石的力学性能，抗折强度增长幅度为16一29，抗冲击功增量为17一64，而且水泥石抗压强度均大于14MPa；BF增韧剂掺量小(26)，其增韧效果优于中国 现有的油井水泥增塑剂S(掺量为4)。8结束语近10年来我国在水泥外加剂研究与应用方面取得了较大的进展，基本可以满足复杂条件下固井的需要，但随着深井和特殊井数量的增加，特别是高含硫地区的开发，给固井提出165全国油田化学品发展研讨会了更高的要求，结合当前固井的实际情况，未来油井水泥外加剂开发应围绕如下方面： (1)开发耐高温的缓凝剂，以聚台物材料为基础，研究与其他外加剂配伍好、不发生过度缓凝和起泡的抗高温分散剂，成本低廉的木质素改性产品，水泥

50、浆游离水控制剂，以及 固体悬浮剂、降滤失剂和防气窜剂等。(2)固井防防气窜剂，改善2界面胶结强度的外加剂，高含硫化氢地层固井外加剂(包 括防腐剂)。(3)以木质素磺酸盐为基础进行分子修饰制备分散剂和缓凝剂。 (4)合成聚合物高温缓凝剂的开发(AMPS聚合物)。 (5)有利于减少水泥浆析水的合成聚合物降滤失剂(重点是AMPS、NVP聚合物)。 (6)高效的消泡剂。参考文献；l赖金荣、邦成胜、孙在毒等sDJ2油井水泥降失水剂的室内研究J山东化工，2005，34(3)1l一142王中华油田化学品M北京：中国石化出版社，2001：230-2503 马喜平、王家宇SPAM水泥降失水剂的室内研究J钻采工艺

51、，1999，22(3)：78804 马喜平姒油井水泥降滤失剂的合成研究J钻采工艺，1996，19(2)：76-795曹智、李美平新型油井水泥减阻降滤失剂SDIO丁油田化学，2000，17(2)：1171206 王铁军、罗云、鲍春雷水泥中温降粘降滤失剂D一l的研究J油田化学，2000，17(3)：197-2007赵风华，孙国杰，冯艾麓等高温油井水泥降滤失剂一加的研制J内蒙古石油化工，2002，28(3)：243-2448陆屹、胡星琪、刘勇一种新型油井水泥降失水剂的室内评价J钻井液与完井液，2005，2(6)：192l9严思明、谷升高、莫军等油井水泥降失水剂SPS的制备和性能研究J西南石油学院学报

52、，2006，10郑延斌、李元卜2B防窜降失水剂的研究与应用J石油钻采工艺1997，19(2)：46-4911易明新一3油井水泥降滤失剂的研究J石油与天然气化工，1997， 26(3)：196-19812赵林、沈凡丁、刘天生油井水泥降滤失剂JZ一2J油田化学，1997，14(4)：307309，30313陈馥、竭继忠油井本泥抗盐降失水剂(As一1)的合成及性能评价J西南石油学院学报，1998，20166全匿油田化学品发展研讨会14陈礼仪、费立PA一6型油井水泥降失水剂的研制J成都理工学院学报，1998，25(3)：46747215吴金城、尹宗目多功能油井水泥外加剂卜2B的研究与应用EJ钻井液与完

53、井液1998，15(6)343616陶世平、段洋溢TG一2油井水泥降滤失剂的研究与应用J石油与天然气化工，1999，28(4)：30130317刘李军、张玉红XSM抗盐抗钙水泥降体系研究J钻井液与完井液，1999，10(5)：252718撩德安、吴叶成、周兴友等F17C油井水泥膨胀降滤失双效剂的应用研究J钻采工艺，2001，2419杨杰、朱金南、覃永等矿渣浆降失水剂GJ一1的应用J钻井液与完井液，2002，9(4)：1314，1720张旭、王小梅、邓艳率等zJ-2油井水泥降滤失剂研究与应用J油田化学，2003，20(4)：299301，29821杨远光、谢应权、曾志军油井水泥复合塑性降滤失剂P

54、T-2的室内研究EJ天然气工业2003，2322冯茜、彭志刚、陈大钧等油井水泥降失水剂冈的室内合成与性能评价J钻井液与完井液，200423陈道元、李韶利、杨昌勇等M83S油井水泥降失水剂的性能评价J钻井液与完井液2004， 2124武世新、向兴金、杨红丽等油井水泥降失水剂(HCW-1)的合成及性能评价J化学与生物工程25冯茜、彭志刚、陈大钧等油井水泥抗盐降失水剂F口的室内合成与性能评价J钻井液与完井液28王展旭、孙伟、张科A狂)s共聚物固井降失水剂的合成及性能研究J青岛科技大学学报，2004，25(4、：30831027郑成胜、郭宏伟、孙在春油井水泥降失永剂丙烯酰胺2一丙烯酰胺基一2一苯基乙磺

55、酸共聚物的合成及 性能评价E精细石油化工，2004，(5)：卜528卢甲晗、袁永涛、李国旗等油井水泥抗高温抗盐降失水剂的室内研究J钻井液与完井液，200529刘秀成、李韶利、张志远6306降失水剂在中原油田固井中的应用J钻井液与完井液，2005，22167全国油田化学品发展研讨会30李本旭、苏如军、任曙云等，低温早强降失水剂G302A的研究与应用J_钻井液与完井液，2005，2231贾晓斌三元共聚物抗盐降失水剂在塔河油田石炭系盐层固井中的应用J钻井液与完井液，200532邹建龙、屈建省、吕光明等新型固井降失水剂BXF-200L的研制与应用EJ3钻井液与完井液22(2)：20_2333任绍梅、赵

56、如松、葛明兰正交设计法合成共聚物型水泥降失水剂的研究刀广东化工，2005，3234张竞、姚晓FF-I型油井水泥降滤失剂的合成与性能评价J南京工业大学学报：自然科学版，200635 陶世平勤静USZ在吐哈油田固井水泥降中的应用EJ钴采工艺，1998，21(3)：818236 何英、徐依吉、王槐平等新型油井水泥分散剂sDJz一1的研制与应用J钻井液与完井液37 侯吉瑞，郭恒，安策等MTC设计用分散荆的研制及其对浆体流变性的影响J。石油钻采工艺，1996，18(2)：222538 侯吉瑞，郭恒，安策等MTC固井水泥浆分散剂SSMA共聚物的合成及性能J油田化学，1996，13(2)：111一115曲

57、赵林、萤文轩油井水泥分散剂DIs一3的合成及应用J江汉石油学院学报，1998，20(2) 5457柏 陈小明、徐书瑞油井水泥分散缓凝剂GAl的合成与性能EJ。精细石油化工，1996(4) 35蛆赵林油井水泥缓凝剂的合成与性能研究J武汉工业大学学报，1998，20(4)：252731北李长安、姚定文油井水泥缓凝剂CTII一3的研究与应用力油田化学，1998，15(3)：220223，219沈伟、李邦和油井水泥高温缓凝荆CH20L的实验研究J，石油钻探技术，2000，28(1)：37-39“陈大钩、杨娜、韩利娟酿酒废料的应用研究一油井水泥缓凝剂的室内研究J精细石油化工，200145 谢应权、彭志刚

58、超高温油井水泥缓凝剂P。的室内研究EJ钻井液与完井液，200320(6)：363746 齐志刚、徐依吉、王槐平等油井水泥缓凝剂SDH-2的性能研究及应用J钻井液与完井液，200547 苏如军、李清忠高温缓凝剂GH一9的研究与应用J钻井液与完井液，2005，22(5)：8992，12748 和传键、刘富DSK锁水抗窜剂解决了大庆龙虎泡油田固井质量问题J钻井液与完井液，1999，16168全国油田化学品发展研讨会49杜伟程、韩相义新型固井防窜外加剂J-2B的研究与应用J钻井液与完井液1999，16(4)：242650程艳，马淑梅抗窜水泥外加剂EPCN 1356284rt，200251程雁、王铁军、

59、鲍春雷等DWAI防窜水泥浆的研究和应用J钻井液与完井液，2005，22(4)30门252姚晓、兰祥辉油井水泥多功能防窜剂的研究及应用J南京工业大学学报：自然科学版，2002，2453姚晓、邓敏、唐明述DB型油井水泥膨胀剂的研究J油田化学，1999。16(2)：109一11254颈军油井水泥早强剂在巴喀油田的应用J钻采工艺，1996，19 12)：89-9155廖久明、赵立营、胡世军等新型油井水泥早强促凝剂DZEOSJ油田化学，1998，15(1)：222756韩卫华、田中藤、桑来玉LDHS高强度低密度水泥降体系在$70井的应用J钻采工艺，2001，2457李泽林、王秀玲，低温促凝剂CN-2的研

60、究与应用J断块油气田，2003，16(2)：818358韩卫华、佟剐、杨红歧等一种新型油井水泥低温早强剂J钻井液与完井液，2006，23(3)：313359华苏东、姥晓油井水泥复台增韧剂FD性能研究J油田化学，2005，22(2)期：107一110，10660孙撼宇ZZC一1增强增韧型水泥添加荆的制各与应用J钻井液与完井液，2005， 22(4)：27-296l冯茜、彭志刚、陈大钧油井水泥早强增韧剂ZSJ的室内研究J钻井液与完井液，2004，21(6)3l一324062姚晓、吴叶成、樊松林等F27A油井水泥防漏增韧剂的研究及应用J天然气工业，2004，24(6)66-6963张峰、姚晓油井水泥增韧剂BF的室内研究J钻井渡与完井液，2003，20(1)：8-lO作者简介：杨小华，女，高级工程师，1991年毕业于西北大学化学系油田化学专业，现在 中国石化中原石油勘探局钻井工程技术研究院从事油田化学品开发与应用研究工作，曾获 局级科技进步奖7项，完成部级鉴定成果2项，发表论文45篇，合作出书1本。 联系地址：457001 河南省濮阳市中原路59号中原石油勘探局钻井工程技术研究院 联系电话：03934899548E-mail：yxhl98163com169