油井水泥组成、级别和类型
2017-08-26 11:31阅读：
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，列入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3% -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。表1.2.1列出G级HSR水泥的主要化学成分。由表中数据可以看出，波特兰水泥包括4种主要成分: 铝酸三钙C3A(3CaO·A12O3)；铁铝酸四钙C
4AF(4CaO
·A12O3·
Fe2O3)
；硅酸三钙C3S
（3CaO·SiO2)
；硅酸二钙C2S(2CaO
·SiO2)
。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
|
SiO2
|
22.70%
|
三氧化二铝
|
A12O3
|
3.39%
|
三氧化二铁
|
Fe2O3
|
4.81%
|
氧化钙
|
CaO
|
65.60%
|
氧化镁
|
MgO
|
0.90%
|
氧化钾
|
K2O
|
0.37%
|
三氧化硫
|
SO3
|
1.21%
|
氧化钛
|
|
0.19%
|
氧化锰
|
MnO2
|
0.09%
|
氧化钠
|
NaO
|
0.13%
|
氧化铬
|
GeO
|
0.01%
|
五氧化二磷
|
P2O5
|
0.11%
|
烧失量
|
LO1
|
0.49%
|
（1）硅酸三钙C3S
（3CaO·SiO2
）：是多边性晶体，占表面的50-60%。
（2）硅酸二钙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 % 。
（3）铁铝酸四钙C4AF
（4CaO·A12O3·Fe2O3
）：围绕以上两种硅酸盐形成孔隙结构。
（4）C3A(3CaO·A12O3)
：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，我国标准或
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(3CaO·A12O3)
含量分为：普通性（O）C3A＜
15%；中抗硫酸盐性（MSR）
C3A≤
8%
，SO2≤
3%；高抗硫酸盐性（HSR）C3A≤
8% ，
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ASTMC150，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
ASTMC150，Ⅱ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ASTMC150，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。
具有中抗硫酸盐型(MSR
)
和高抗硫酸盐型(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（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级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A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
h
|
养护
温度
℃
|
最小抗
压强度
Mpa
|
试验
深度
m
|
最短稠
化时间
min
|
水灰比
W/C
|
适用井深
m
|
A
|
8
|
38
|
1.7
|
305
|
90
|
0.46
|
0~1830
|
无特殊性质要求时，普通型
|
24
|
38
|
12.4
|
1830
|
90
|
B
|
8
|
38
|
1.4
|
305
|
90
|
0.46
|
0~1830
|
井况要求中到高抗硫酸盐时
|
24
|
38
|
10.3
|
1830
|
90
|
C
|
8
|
38
|
2.1
|
305
|
90
|
0.38
|
0~1830
|
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
|
24
|
38
|
13.8
|
1830
|
90
|
D
|
8
|
77
|
-
|
1830
|
90
|
0.38
|
1830~3050
|
在中温和中压条件下，有中、高抗硫酸盐型
|
110
|
3.5
|
24
|
77
|
6.9
|
3050
|
100
|
110
|
13.8
|
E
|
8
|
77
|
-
|
3050
|
100
|
0.38
|
3050~4270
|
在高温高压条件下，有中和高抗硫酸盐型
|
143
|
3.5
|
24
|
77
|
6.9
|
4270
|
154
|
143
|
13.8
|
F
|
8
|
110
|
-
|
3050
|
100
|
0.38
|
3050~4880
|
在较高温高压条件下，有中和高抗硫酸盐型
|
160
|
3.5
|
24
|
110
|
6.9
|
4880
|
190
|
160
|
6.9
|
G
|
8
|
38
|
2.1
|
2440
|
90
|
0.44
|
0~2440
|
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
|
60
|
10.3
|
24
|
38
|
-
|
60
|
-
|
H
|
8
|
38
|
2.1
|
2440
|
90
|
0.38
|
0~2440
|
基本油井水泥，有中、高抗硫酸盐型
|
60
|
10.3
|
24
|
38
|
-
|
60
|
-
|
J
|
8
|
143
|
-
|
3050
|
180
|
-
|
3600~4880
|
高温高压条件选用，加入缓凝剂，适应更大深度范围
|
177
|
-
|
24
|
143
|
-
|
4880
|
180
|
177
|
6.9
|
表1.2.3
井深与注水泥时间关系
（
2)对于滨海、沼泽、含盐地层和腐蚀水层，应使用高抗硫酸型水泥。
(3)
各级油井水泥的需水量、水泥浆密度和产浆率列在表1.2.4中。
表
1.2.4 油井水泥水灰比、水泥浆密度和产浆率
级
别
|
需水量
|
水泥浆密度%
|
产浆率%
|
备 注
|
A、B
|
46
|
1.87
|
0.78
|
|
C
|
56
|
1.77
|
0.88
|
|
G
|
44
|
1.89
|
0.76
|
|
D、E、F、H
|
38
|
1.96
|
0,70
|
|
系列杀菌剂、防腐剂、防霉剂、消毒剂、抗菌剂
联系人：宋先生 电话13305313047
