油井水泥组成、级别和类型

1、油井水泥组成、级别和类型水泥是水硬性胶结材料，分为普通水泥和油井水泥。普通水泥也称建筑水泥，列ASTM标准，而油井水泥列入API标准。油井水泥与 普通水泥的根本区别在于油井水泥具有严格的化学成分和矿物组成，而且在生产时除允许加入 -6%的二水石膏以外不得加其它材料。本节主要 介绍油井水泥的化学组成、级别和类型以及生产和应用中的一些基本知识。一、化学组成水泥的质量主要取决于化学成分，而先进的分析方法已为获得水泥的化学成分铺平了道路。1表.1列出G级HSR水泥的主要化学成分。由表中数据可以看出，波特兰水泥包插种主要成分铝酸三钙C3A(3CaO A12O3)；铁铝酸四钙C4AF(4CaO A12O3

2、Fe2O3)硅酸三钙C3S (3CaOSiO2)；硅酸二钙C2S(2CaOSiO2)。通过各相显微镜检查，熟料颗粒含有4种矿物成分(熟料占水泥总量的95%):表1.2.1 API G级水泥化学分析二氧化硅SiO222.70%三氧化二铝A12O33.39%三氧化二铁Fe2O34.81%氧化钙CaO65.60%氧化镁MgO0.90%氧化钾K2O0.37%三氧化硫SO31.21%氧化钛0.19%氧化锰MnO20.09%氧化钠NaO0.13%氧化铬GeO0.01%五氧化二磷P2O50.11%烧失量LO10.49%(1 )硅酸三钙C3S (3CaO-SiO2)：是多边性晶体，占表面的50-60%。硅酸二

3、钙C2S (2CaO-SiO2):圆形晶体占表面的10-25%。以上两种硅酸钙三钙和二钙)总量占75 %。铁铝酸四钙C4AF (4CaOA12O3Fe2O3 ):围绕以上两种硅酸盐形成孔隙结构。C3A(3CaOA12O3)：针状铝酸盐，也属于孔隙结构。两种硅酸盐占水泥总量的75%，C4AF+C3A的总量占水泥矿物的25%。二、油井水泥级别、分类及应用2.1油井水泥级别、分类由于注水泥作业的井下条件与建筑工程的地面环境完全不同，所以，我国标准API规范都根据化学成分和矿物组成规定了专门的分级 和分类，以适应不同的井深和井下条件。目前，API规范和我国标准把油井水泥分为A-H八个级别，何种水泥都适

4、用于不同的井深、温度和压力。同一级别的油井水泥，又根据C3A（3CaOA12O3）含量分为：普通性O） C3AC15%；中抗硫酸盐性MSR） C3A8%，SO23%；高抗 硫酸盐性（HSR） C3A8%，C4AF+2C3A 24%，以示其抗硫酸盐侵蚀的能力。各级油井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ASTMC15QI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，一般愚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

5、的化学成份和细度类似于ASTMC15QII型。B级高抗型类似于 ASTMC150，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ASTMC150III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。具有中抗硫酸盐型MSR ）和高抗

6、硫酸盐型HSR）。一般适用于中深井和深井的固井作业D级 油井水泥在我国华北油田、中原油田使用较多由于要通过控制特定矿物组成的水泥熟料，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争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（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

7、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（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。G其中 油井水泥在我国用量最大，生产厂家最多在我国各个油田都有使用H级油井水泥比G级油井水泥要磨的粗一些，水灰比小，配成水泥浆密度在 1.98左右，更适合配制成高密度水泥浆体系用于高压气井的封固，在我国塔里木油田使用较多。2.2油井水泥的应用按照标准或规范的级别和类型生产和供应油井水泥。然后，用户再根据井下条件来选择水灰比或外加剂在现场混合成水泥浆，并进行注水 泥作业。使用符合API规范或国家标准的油井水泥，一定要按API模拟试验方法或应用

8、试验方法进行水泥浆配方设计，不仅要有满足施土要求的流 变学性质和凝结时间，还要有对地层和套管良好的胶结强度，才能保证注水泥施工的安全，提高固井质量，保持永久的封隔效果，防止油、气、水 窜通和运移。（1）对表层套管或浅井，为缩短候凝时间，可使用I级或B级;对深井可使用D、E和F级;对高压气井，可使用H级水泥掺混加重剂而配 制成的高密度水泥若需低密度水泥，多采用C级或G级;经常使用的多半是G级水泥。图1.2.2、1.2.3表示出了各级油井水泥适用的井深、性能指 标和注水泥关系。表1.2.2 API油井水泥技术指标级别（类型）需要的抗压强度需要的稠化时间性适应范围及条件备注养护时间养护温度C最小抗压

9、强度Mpa试验深度m最短稠化时间min水灰比W/C适用井深mA8381.7305900.4601830无特殊性质要求时，普通型243812.4183090B8381.4305900.4601830井况要求中到高抗硫酸盐时243810.3183090C8382.1305900.3801830井况要求高早强（高温、速凝和增加强度）时，可用低、中和高抗硫酸盐型243813.8183090D877-1830900.3818303050在中温和中压条件下，有中、高抗硫酸盐型1103.524776.9305010011013.8E877-30501000.3830504270在高温高压条件下，有中和高抗硫酸盐 型1433.524776.9427015414313.8F8110-30501000.3830504880在较高温高压条件下，有中和高抗硫酸盐型1603.5241106.948801901606.9G8382.12440900.4402440基本油井水泥，通过外加剂扩大使用范围，有中、高抗硫酸盐型6010.32438-60-H8382.12440900.3802440基本油井水泥，有 中、高抗硫酸盐型6010.32438-60-J8143-3050180-36004880高温高压条件选用，加入缓凝剂，适应更大深度范围177-24143-48801801776.9表1.2.3井深