油田常用油井水泥的种类和性能要求

1 前言

油井水泥在我国水泥的分类中归属于特种水泥。可定义为：油井水泥是应用于油气田各种钻井条件下进行固井、修井、挤注等用途的硅酸盐水泥和非硅酸盐水泥的总称。包括掺有各种外掺料或外加剂的改性水泥，后者有时被称为特种油井水泥。通常所指的油井水泥是属于硅酸盐类水泥。

应用于油井的硅酸盐水泥．与应用于建筑、水工、海工、隧道、巷道等用的硅酸盐水泥是不同的。由于工程施工的性能要求不同．尽管都属硅酸盐水泥体系，但化学组成，矿物组成，也会存在差异，其物理化学性能的测试仪器和测试方法都会存在差异。

2 油井水泥的种类和应用

1903年在美国加利福尼亚劳木波斯油田使用水泥浆封堵油层上部的水层，该油井被称为世界上最早的注水泥井。到目前为止油井水泥的研究和探索，已有百年的历史。在这一百年里对油井水泥的研究取得了较为显著的成果。美国“世界石油”杂志在1999年编纂了“世界主要固井用产品和外加剂汇总”，它包括了世界七大石油公司相关固井用产品和外加剂的最新统计。其中把基本油井水泥分为了13大类，在这13类油井水泥中，波特兰水泥(我国称为硅酸盐水泥)是世界各油田最为常用的油井水泥，美国APl石油组织根据应用性能的不同，进一步把波特兰水泥分为A级、B级、C级、D级、E级、F级、G级、H级、J级等油井水泥，随着应用中的不断发展和淘汰，目前简化为A级、8级、C级、G级、H级。高铝水泥主要应用于300℃以上的热采井、地热井固井。市售低密度水泥主要应用于低压油气井、漏失井等井况的固井。市售膨胀水泥可改善胶结性能防止油气窜流，提高固井质量。微细波特兰水泥、微细波特兰水泥和微细高炉矿渣混合物可用于小间隙井、套管微缝的修补、含水井的封堵以及挤水泥作业和修井作业。高炉矿渣、微细高炉矿渣可用于泥浆转化成水泥浆(MTC)的固井作业。

特种油井水泥的种类直接取决于掺入外掺料和外加剂的用途．并且随着外掺料和外加剂的发展而发展。其种类多种多样也较为繁杂．没有相对明确的界限。从应用角度大致可以分为低密度油井水泥、膨胀油井水泥、触变油井水泥、高寒地区油井水泥、抗腐蚀油井水泥、抗高温油井水泥、纤维油井水泥、提高胶结强度的油井水泥、抗渗透油井水泥等。其中的任何一种油井水泥都有自身的特性．用于解决在某一方面具有特殊要求的井况．其性能更主要的是依赖于掺入的外掺料和外加剂的种类和性能。在应用时往往并不是在水泥厂混合制得．更为常见的是在现场根据固井的需要，由基本油井水泥、外掺料、外加剂按比例混合配成。

近些年随着技术的发展．油井水泥在非硅酸盐类的研究也在进一步的拓展．如：以硫铝酸盐水泥熟料为基材的快凝早强油井水泥．用磷酸盐胶凝材料与金属氧化物、其它耐高温材料(BFS)烧成的磷酸盐水泥，用黏土、工业废渣或矿渣适当工艺处理的沸石型无机聚合物水泥．用石灰石和黏土矿物烧结的热合水泥等，凭借其优越的性能．在固井领域都具有较好的应用前景。

我国常用的油井水泥有API油井水泥(即按照美国APl规范进行分类的波特兰油井水泥)，还有微细或超细油井水泥、G级抗高温油井水泥、快凝早强油井水泥。

3.1 API油井水泥

我国上世纪60年代初就开始了油井水泥的研究和生产．当时受到前苏联油井水泥分类的影响，在这个时期油井水泥的生产主要是仿制其45℃、90℃、120℃、150℃水泥。我国80年代开始按照APl规范进行油井水泥分类，并且研制开发向全国推广。生产厂家也开始依据APl的分类和指标要求从事生产。用了十年左右的时间，到l993年底实现了API油井水泥的全部转化。l988年我国参照采用美国石油协会APISPEC l0—86《油井水泥材料和试验规范l0》制定了国家标准GBl0238—88《油井水泥》。该标准把油井水泥分为九种即A级、8级、C级、D级、E级、F级、G级、H级、J级，此外还根据水泥抗硫酸盐的能力进一步分为普通型(O)、中抗硫酸盐型(MSR)、高抗硫酸盐型(HSR)。其中J级油井水泥由于在62℃以下基本不水化，初始反应活性低不利于使用，所以在以后应用中被APl取消了。我国98版的油井水泥标准也取消了J级油井水泥，今年3月实施的最新标准GBl0238—2005《油井水泥》把油井水泥分为了八种：A级、8级、C级、D级、E级、F级、G级、H级。

APl各级水泥适用于不同的井况．A级只有普通型一种，化学成份和细度类似于ASTM Cl50，I型，适合无特殊要求的浅层固井作业。在我国大庆、吉林、辽宁油田用量较大．配制的水泥浆体系也较为简单．一般是A级油井水泥加入现场水按比例混合即可，有时根据需要可适当加入少量的外加剂如促凝剂等。

B级具有中抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)。B级中抗型的化学成份和细度类似于ASTM C150，Ⅱ型：B级高抗型类似于ASTM Cl50，V型。一般适用于需抗硫酸盐的浅层固井作业．目前在我国还没有使用。

C级又被称作早强油井水泥，具有普通(O)型、中抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)三种类型。普通(O)型的化学成份和细度类似于ASTM Cl50，Ⅲ型，一般适用于需早强和抗硫酸盐的浅层固井作业。C级油井水泥凭借其自身低密高强的特性，在浅层油气井的封固和低密度水泥浆的配制都有较大的优势。只是我国固井在配方设计上习惯于用G级油井水泥，限制了C级油井水泥的使用，它在我国几乎没有使用。

D级、E级、F级又被称作缓凝油井水泥，具有中抗硫水泥熟料，来达到D级油井水泥的指标要求。工艺复杂生产控制难度大而造成成本较高。而且D级油井水泥可以通过G级、H级油井水泥加入缓凝剂来代替，该工艺较为简单，所以近几年D级油井水泥的使用量也在逐渐下降。E级、F级油井水泥在我国尚没有应用报道。

G、H级油井水泥被称为基本油井水泥，具有中抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)，可以与外加剂和外掺料相混合适用于大多数的固井作业，水泥浆体系也多种多样。G级、H 级油井水泥可以与低密材料(粉煤灰、漂珠、膨润土等)配制低密度水泥浆体系。用于低压易漏地层的封固：可与外加剂配成常规密度水泥浆体系，用于常规井的封固：可与加重材料(重晶石粉、铁矿粉等)、外加剂配成高密度水泥浆体系，用于深井和高压气井的封固。其中G