唐俊峰 ，王麗敏 ，甘 霖 ，安耀彬

1.中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院石油工業(yè)油井水泥及外加劑質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 （天津 300451）

2.中國石油勘探開發(fā)研究院石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所 （北京 100083）

我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展及存在問題分析

唐俊峰1，王麗敏1，甘 霖2，安耀彬1

1.中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院石油工業(yè)油井水泥及外加劑質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 （天津 300451）

2.中國石油勘探開發(fā)研究院石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所 （北京 100083）

簡要回顧了我國油井水泥的發(fā)展歷史，闡述了我國油井水泥分類方法的演變，重點(diǎn)論述了我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)歷次修訂的技術(shù)差異及修訂原因，結(jié)合目前我國不同井況的固井現(xiàn)場施工要求和固井材料質(zhì)量現(xiàn)狀,提出了修訂我國油井水泥和材料標(biāo)準(zhǔn)的建議。

標(biāo)準(zhǔn)；油井水泥；固井

油井水泥是油氣井固井的重要材料之一，其性能優(yōu)劣直接影響固井作業(yè)和固井質(zhì)量，所以它在固井工程中具有非常重要的作用。隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展,油氣開發(fā)難度越來越高,勘探區(qū)域越來越廣，鉆井深度越來越深;加之深水油氣勘探的發(fā)展，天然氣水合物開采的需要,常常鉆遇高溫高壓、超低壓漏失、高滲透和高腐蝕環(huán)境等地層,致使固井環(huán)境越來越惡劣，固井工藝越來越復(fù)雜，對(duì)固井技術(shù)的要求也越來越高。因此，提高固井質(zhì)量，延長油氣井壽命，保護(hù)油氣層和提高采收率，提升油井水泥綜合性能迫在眉睫。而制定科學(xué)、先進(jìn)和準(zhǔn)確的油井水泥標(biāo)準(zhǔn)是提高其質(zhì)量、保證固井順利施工和促進(jìn)油氣勘探發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)和根本保證。

縱觀我國油井水泥的發(fā)展歷史,主要分為兩個(gè)階段:第一階段是從1963年至1988年，在此階段，油井水泥產(chǎn)品和試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)主要是按照前蘇聯(lián)水泥標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合當(dāng)時(shí)我國的國情而制修訂,其技術(shù)指標(biāo)和檢驗(yàn)方法與建筑水泥沒有本質(zhì)的區(qū)別。第二階段從1988年至今,我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)API 10A/ISO 10426-1《固井用油井水泥與材料》而制修訂，其標(biāo)準(zhǔn)不但對(duì)油井水泥的化學(xué)組成和物理性能進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，其試驗(yàn)方法也是參考井下不同的溫度和壓力條件采用動(dòng)態(tài)的試驗(yàn)方法，模擬注水泥作業(yè)的實(shí)際過程。所以，此階段修改采用API 10A/ISO 10426-1制定的我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)，既能正確地評(píng)價(jià)油井水泥的質(zhì)量和水泥漿性能，又能正確地指導(dǎo)注水泥作業(yè)，使我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國際先進(jìn)水平，提高了我國油井水泥的生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，有效地促進(jìn)了我國油氣勘探開發(fā)的技術(shù)進(jìn)步。

1 油井水泥分類方法的演變

20世紀(jì)60年代初，我國制定了第一個(gè)油井水泥標(biāo)準(zhǔn)GB 202—1963，該標(biāo)準(zhǔn)定義了2類水泥，一類為冷井水泥，試驗(yàn)溫度為22℃，另一類為熱井水泥，試驗(yàn)溫度為75℃[1]。1978年對(duì)GB 202—1963進(jìn)行了修訂，修訂后的GB 202—1978定義了2種水泥，即75℃和95℃油井水泥,推薦使用井深范圍為1 500 ～2 500 m 和 2 500～3 500m[2]。 同年又制定了建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC 241—1978《45℃油井水泥》和JC 237—1978《高溫油井水泥》，推薦使用井深范圍為0～1 500m[3]和 5 000～7 000m[4]。 這些標(biāo)準(zhǔn)均是參考前蘇聯(lián)水泥標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合當(dāng)時(shí)我國的國情而制修訂，其分類方法是按照使用溫度和井深范圍進(jìn)行分類。

為適應(yīng)我國石油工業(yè)勘探開發(fā)的需要,促使我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)化與國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌，便于加強(qiáng)中外合資企業(yè)在我國海上勘探和油氣資源的開采，參照采用API Spec 10—1986《油井水泥材料和試驗(yàn)規(guī)范》制定了我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)GB 10238—1988,該標(biāo)準(zhǔn)按其使用溫度、壓力和井深范圍，規(guī)定了9個(gè)級(jí)別的油井水泥，并按其抗硫酸鹽性能分為普通型（O）、中抗硫酸鹽型（MSR）和高抗硫酸鹽（HSR）型 3種類型。顯然，GB 10238—1988《油井水泥》主要是按照抗硫酸鹽性能、使用溫度、壓力和井深范圍對(duì)油井水泥進(jìn)行分類[5]。

1998年,按照等效采用API Spec 10A《油井注水泥用水泥及材料規(guī)范》（1995年1月1日第22版）的原則，對(duì)GB 10238—1988《油井水泥》進(jìn)行了修訂。GB 10238—1998《油井水泥》在分類方法上，取消了油井水泥的適用井深范圍，僅按抗硫酸鹽性能、使用溫度與壓力進(jìn)行分類[6]。

GB 10238—2005《油井水泥》和正在實(shí)施的GB/T 10238—2015《油井水泥》分類方法與GB 10238—1998《油井水泥》相同。

2 油井水泥標(biāo)準(zhǔn)歷次修訂的技術(shù)差異

20世紀(jì)60年代初,我國制定了第一個(gè)油井水泥標(biāo)準(zhǔn)GB 202—1963。1978年將GB 202—1963修訂為GB 202—1978。該標(biāo)準(zhǔn)定義了75℃油井水泥、95℃油井水泥。同年還制定了建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC 241—1978《45℃油井水泥》、JC 237—1978《高溫油井水泥》和GB 206—1978《油井水泥物理性能檢驗(yàn)方法》等。兩版本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油井水泥的物理性能要求相同,分別為細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)度、體積安定性和抗折強(qiáng)度,化學(xué)成分要求僅有三氧化硫和氧化鎂。試驗(yàn)方法也與建筑水泥相同。

鑒于當(dāng)時(shí)我國油井水泥的定義、品種、類型、化學(xué)成分和物理性能要求、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)儀器和生產(chǎn)工藝與美國石油學(xué)會(huì)(API)油井水泥的巨大差別,為了改變我國油井水泥質(zhì)量總體水平低和試驗(yàn)方法落后的局面,提升我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)化水平,加速我國油氣勘探開發(fā)的步伐,中國建筑材料科學(xué)研究院根據(jù)原石油部和國家建材局的要求，于1982—1984年研制成功了符合API Spec 10(1986年版)要求的油井水泥，并在全國油田試用,取得較好的應(yīng)用效果。與此同時(shí)，原中國石油天然氣集團(tuán)公司工程技術(shù)研究院(原石油工業(yè)部施工技術(shù)研究所)組織專家學(xué)者引進(jìn)符合API標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥測試儀器,翻譯編寫API油井水泥試驗(yàn)方法,并面向全國油井水泥生產(chǎn)企業(yè)、各油田和相關(guān)單位培訓(xùn)了大批技術(shù)人員，為我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)向API標(biāo)準(zhǔn)過渡、油井水泥質(zhì)量檢驗(yàn)和進(jìn)行油田現(xiàn)場模擬試驗(yàn)起到了極大的推動(dòng)作用。在此基礎(chǔ)上，制定了GB 10238—1988《油井水泥》標(biāo)準(zhǔn)，并于1989年10月1日實(shí)施。

2.1 GB 202—1978與GB 10238—1988《油井水泥》的不同

2.1.1 化學(xué)成分和礦物組成要求嚴(yán)謹(jǐn)

水泥的化學(xué)成分及礦物組成決定水泥的物理性能和水泥漿性能,特別是對(duì)水泥的有害成分和主要礦物控制不理想,勢(shì)必影響油井水泥的性能或固井施工性能。GB 10238—1988新增燒失量、不溶物、鋁酸三鈣(C3A)、硅酸三鈣(C3S)和總堿量等控制指標(biāo)，盡量避免水泥性能惡化。如水泥中有害成分堿含量等將導(dǎo)致水泥漿稠化時(shí)間難以預(yù)測,流變性能難以控制,鋁酸三鈣(C3A)將嚴(yán)重影響水泥漿的稠化特性并使水泥石抗硫酸鹽腐蝕性能下降等。忽視水泥的化學(xué)成分和礦物組成,不僅影響水泥漿自身性能,且導(dǎo)致油井水泥與外加劑的相容性惡化，不能實(shí)現(xiàn)良好的水泥漿綜合性能。

2.1.2 主要物理性能發(fā)生質(zhì)的改變

1）增加水泥漿游離液最大含量限定。為使水泥漿具有一定的流動(dòng)性，確保注水泥順利施工，制備水泥漿時(shí)的加水量往往要比水泥水化所需水量增加1～2倍，在水泥漿被頂替完成處于靜止?fàn)顟B(tài)后至水泥漿體形成穩(wěn)定的凝聚結(jié)構(gòu)前，過剩的水分將從水泥漿體中析出。析出的水一部分上浮至水泥柱頂部加大頂部水泥漿的水灰比而形成一層強(qiáng)度很低的表面層,不能有效的封固地層。另外，過剩的水分將從水泥漿體中析出,這部分水可能是一層有色或無色的液體，嚴(yán)重者形成自由套管而失去固井的目的。而另一部分水則積聚在水泥漿內(nèi)部，形成水帶或水環(huán)，當(dāng)水分蒸發(fā)后，在水泥環(huán)內(nèi)部，在第一、二界面之間形成孔隙，增大油氣水層竄流的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，硬化后的水泥環(huán)，滲透率增大，抗?jié)B性較差，耐腐蝕性能降低。

有些特殊井如水平井、斜井或定向井固井要求水泥漿游離水為零,避免因游離水存在而導(dǎo)致上述危害,以保證固井質(zhì)量,延長油氣井壽命。所以標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)常用的G、H級(jí)兩種基本油井水泥的游離水最大含量進(jìn)行限定,確保水泥漿凝固后與地層膠結(jié)良好。

2）用初始稠度和稠化時(shí)間代替流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間。眾所周知,流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間是建筑水泥的技術(shù)指標(biāo),其結(jié)果是在靜態(tài)條件下試驗(yàn)而獲得,用其指導(dǎo)建筑施工確信無疑。但由于油井水泥使用環(huán)境的變化,在注水泥期間和水泥漿被頂替結(jié)束之前,水泥漿必須始終處于流動(dòng)狀態(tài),要求具備良好的流變性能并保持合適的稠化時(shí)間,以保證注水泥作業(yè)順利、安全施工。

3）用抗壓強(qiáng)度代替抗折強(qiáng)度。注水泥的主要目的為：①封隔油、氣、水層，阻止不同壓力的地層流體相互竄流，為油氣的正常開采提供有利條件,保護(hù)生產(chǎn)層；②封隔嚴(yán)重漏失層或其他坍塌等復(fù)雜地層；③支撐套管和防止地下流體對(duì)套管的腐蝕；④能夠安全地承受二次鉆進(jìn)的鉆壓等軸向載荷；⑤能夠經(jīng)受射孔、擠注水泥、酸化和壓裂等強(qiáng)烈的井下作業(yè)工藝。所以,必須要求水泥漿凝固后的水泥石具有一定的抗壓強(qiáng)度、良好的密封性能、低滲透性能和抗腐蝕性能，始終保持水泥環(huán)與套管的第一界面、水泥環(huán)與地層的第二界面膠結(jié)良好。

經(jīng)驗(yàn)表明，從支撐套管方面考慮，強(qiáng)度大于3.5 MPa時(shí)，便能支撐套管所承受的軸向載荷，滿足二次鉆進(jìn)的要求。如要求水泥環(huán)與套管、水泥環(huán)與地層具有良好的膠結(jié)和密封性能,其強(qiáng)度應(yīng)大于7.0 MPa。如從射孔和油氣層開發(fā)等井下作業(yè)方面考慮，強(qiáng)度應(yīng)大于14.0 MPa。但如果強(qiáng)度太高，水泥石脆性增加，在射孔等作業(yè)產(chǎn)生的沖擊載荷作用下，在初始缺陷的裂紋尖端處會(huì)形成高度的應(yīng)力集中。根據(jù)斷裂力學(xué)理論,隨著應(yīng)力水平的發(fā)展，一旦斷裂強(qiáng)度因子大于材料的斷裂韌性時(shí)裂紋將迅速擴(kuò)展，從而產(chǎn)生宏觀的裂紋，容易造成油夾層段竄槽，給射孔后開發(fā)和增產(chǎn)改造措施帶來很大的困難。

2.1.3 生產(chǎn)工藝嚴(yán)加控制

GB 10238—1988對(duì)油井水泥的生產(chǎn)更加嚴(yán)格,在粉磨時(shí)明確規(guī)定不得摻入任何活性混合材,對(duì)G、H級(jí)水泥甚至連助磨劑也禁止摻入。因此,按此標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的油井水泥更“純”,消除了因“混合材”對(duì)油井水泥性能的影響,便于產(chǎn)品質(zhì)量控制。

2.1.4 試驗(yàn)方法改為“動(dòng)態(tài)”法

只有采用動(dòng)態(tài)的試驗(yàn)方法,模擬水泥漿制備、注水泥和頂替全過程,才能與實(shí)際固井作業(yè)狀態(tài)相符,才能準(zhǔn)確地指導(dǎo)現(xiàn)場固井施工。由“靜態(tài)”到“動(dòng)態(tài)”的試驗(yàn)方法被我國固井界公認(rèn)為是具有“科學(xué)性、先進(jìn)性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性”的試驗(yàn)方法。

2.2 與GB 10238—1988相比，GB 1023—1998 《油井水泥》的主要變化

1995年,美國石油學(xué)會(huì)(API)出版第22版API Spec 10A。1998年，我國按照等效采用第22版API Spec 10A的原則，對(duì)GB 10238—1988《油井水泥》進(jìn)行了修訂。GB 10238—1998《油井水泥》在技術(shù)內(nèi)容上作了如下修改。

2.2.1 取消各級(jí)水泥的適用井深范圍

雖然各級(jí)油井水泥都有其適用井溫范圍,但是井底溫度與井深二者之間并不遵循確定的比例關(guān)系,因?yàn)榫诇囟扰c井深的關(guān)系主要取決于地溫梯度,即在相同井深條件下,地溫梯度不同,井底溫度也不同。美國石油學(xué)會(huì)在原油井水泥標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的適用井深范圍,主要是根據(jù)美國西南部及墨西哥灣地區(qū)70余口油井的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而確定,而這些地區(qū)的井下溫度和壓力不能代表世界其他地區(qū)的井況。我國不同油田的地溫梯度也不同并且差別較大，所以規(guī)定各級(jí)水泥的適用井深范圍對(duì)于現(xiàn)場固井施工沒有任何意義。

2.2.2 取消J級(jí)油井水泥

隨著勘探開發(fā)的不斷發(fā)展，深井超深井不斷增加，長封固段固井也越來越多，此類井固井突出的難點(diǎn)就是封固段長、底部溫度高，頂部溫度低，底部和頂部形成“大溫差”，頂部水泥漿易出現(xiàn)緩凝甚至超緩凝現(xiàn)象，固井質(zhì)量難以得到保證。在進(jìn)行水泥漿設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮水泥漿的稠化時(shí)間必須滿足安全固井施工的要求，又要考慮封固段頂部水泥石強(qiáng)度發(fā)展的問題。而J級(jí)油井水泥的主要礦物為硅酸二鈣(C2S)，水化速率很慢,僅為硅酸三鈣(C3S)的1/20左右。所以，使用J級(jí)油井水泥對(duì)長封固段井進(jìn)行一次注水泥，往往出現(xiàn)底部高溫段環(huán)空水泥漿水化硬化快，而頂部低溫段水泥漿幾天不凝的問題，導(dǎo)致頂部固井質(zhì)量差或達(dá)不到固井的目的。

根據(jù)緩凝劑吸附理論，進(jìn)行抗高溫緩凝劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一是引入含有多羧酸基官能團(tuán)，吸附在水泥顆粒表面，降低水泥水化速度，實(shí)現(xiàn)緩凝；二是引入絡(luò)合陰離子，與Ca2+生成難溶性沉淀，并吸附在水泥顆粒表面，降低水泥漿中Ca2+離子濃度和水泥水化速度，實(shí)現(xiàn)緩凝。并且在溫度一定時(shí)，該緩凝劑加量與稠化時(shí)間具有良好的線性關(guān)系；當(dāng)稠化時(shí)間一定時(shí)，試驗(yàn)溫度越高，緩凝劑加量就越大[7]。該類緩凝劑特點(diǎn)是對(duì)溫度和加量不敏感，也不會(huì)產(chǎn)生超緩凝現(xiàn)象。使用G級(jí)水泥，加入此類緩凝劑，完全可以代替J級(jí)油井水泥，解決深井超深井長封固段固井難題。

2.2.3 取消安定性指標(biāo)及試驗(yàn)方法

在我國實(shí)施GB 10238—1988《油井水泥》后的兩三年間,作為檢驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)，部分生產(chǎn)企業(yè)的油井水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)后，試體發(fā)生彎曲變形、裂紋、斷裂或線性膨脹率超標(biāo)等問題。究其原因主要是原材料中的有害成分控制、石膏加量、燒成和粉磨工藝等還不適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求。從20世紀(jì)90年代初期開始,經(jīng)對(duì)全國各油井水泥生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn),未出現(xiàn)過壓蒸安定性不合格問題。美國石油學(xué)會(huì)就壓蒸安定性指標(biāo)是否取消進(jìn)行過24 000多次試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，各級(jí)別油井水泥的壓蒸膨脹率都較低(一般小于0.1%)，無一出現(xiàn)安定性不合格問題。

2.2.4 取消了A和B級(jí)油井水泥稠化時(shí)間試驗(yàn)方案1

GB 10238—1988《油井水泥》要求，A和B級(jí)油井水泥在試驗(yàn)方案1(27℃、7.0 MPa)和試驗(yàn)方案4(45℃、26.7 MPa)條件下的稠化時(shí)間指標(biāo)相同(≥90 min)，此要求顯然不科學(xué)。表1和表2試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)溫度或壓力越高，水泥漿稠化時(shí)間越短。所以，只要在試驗(yàn)方案4條件下稠化時(shí)間滿足要求(≥90 min)，則在試驗(yàn)方案1條件下，A和B級(jí)水泥的稠化時(shí)間肯定符合要求。

表1 油井水泥稠化時(shí)間與試驗(yàn)溫度之間的關(guān)系

表2 油井水泥稠化時(shí)間與試驗(yàn)壓力之間的關(guān)系

2.2.5 將游離水改為游離液

制備水泥漿時(shí),需加入一定比例的拌和水,使水泥漿具有一定的流動(dòng)性,以便固井施工。拌和水首先需滿足4個(gè)部分的要求：①填滿水泥顆粒的間隙，此部分水為填充水；②濕潤水泥顆粒表面，在表面形成一層足夠厚的水膜，此部分水為表面層水；③滿足水泥的水化，稱為水化水；④水泥中如含有疏松多孔組分，會(huì)吸收水分到孔隙內(nèi)部，此部分水為吸附水。另外,多余的水會(huì)在水泥凝結(jié)過程中保留起來,由于不同的油井水泥保水性不同,保水性不好的水泥將有少量“水”析出,而析出的“水”是經(jīng)過與水泥攪拌之后產(chǎn)生的,它已變?yōu)楹衅渌x子的水溶液,所以,將物理性能指標(biāo)游離水改為游離液更為確切。

2.3 與 GB 10238—1998相比,GB 10238—2005《油井水泥》的主要變化

2005年，中國建筑材料科學(xué)研究院等單位修改采用ANSI/API 10A/ISO 10426-1—2001《固井用油井水泥與材料規(guī)范》，制定了我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)GB 10238—2005《油井水泥》。與GB 10238—1998相比，主要變化如下：①依據(jù)ANSI/API 10A/ISO 10426-1—2001要求，增加了新的術(shù)語和定義；②在水泥漿制備時(shí)，取消了用玻璃量筒量取試驗(yàn)用水的方法，采用直接稱質(zhì)量法；③游離液（游離水）試驗(yàn)方法由500 mL錐形瓶稱質(zhì)量法代替用250 mL量筒量取體積法，相應(yīng)地將G級(jí)和H級(jí)水泥游離液要求由不超過3.5 mL修改為游離液質(zhì)量百分含量不得超過5.90%。

2.4 與 GB 10238—2005相比，GB/T 10238—2015《油井水泥》的主要變化

一是GB/T 10238—2015《油井水泥》改為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。二是自GB 10238—1988實(shí)施至今，還未見過生產(chǎn)E級(jí)和F級(jí)油井水泥的報(bào)導(dǎo)。其主要原因是采用G級(jí)基本油井水泥摻入不同的外加劑對(duì)水泥漿性能進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同的固井作業(yè)要求，國外主要產(chǎn)油國也是以G、H油井水泥為基礎(chǔ)，利用外加劑技術(shù)制備具有綜合性能的水泥漿，代替E級(jí)和F級(jí)油井水泥進(jìn)行不同井況的固井施工。所以,我國現(xiàn)行GB/T 10238—2015刪除了E級(jí)和F級(jí)油井水泥。

3 問題及建議

半個(gè)多世紀(jì)以來，油井水泥標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過歷次修訂和實(shí)施，在各個(gè)不同的階段發(fā)揮了積極的作用，促進(jìn)了油井水泥質(zhì)量大幅度提高，特別是和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌后，有效地推動(dòng)了我國油氣勘探開發(fā)的進(jìn)步。但在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施和油井水泥現(xiàn)場應(yīng)用過程中,也反映出一些急需解決的問題，這些問題為下一步修訂標(biāo)準(zhǔn)提出了課題和方向，需要組織油井水泥生產(chǎn)企業(yè)和油氣田相關(guān)單位聯(lián)合攻關(guān)。

3.1 油井水泥和外加劑的相容性問題

借鑒JC/T 1083—2008《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》,油井水泥與外加劑相容性的定義為:使用相同外加劑時(shí),由于油井水泥的質(zhì)量而引起水泥漿綜合性能發(fā)生變化的程度。眾所周知,為滿足現(xiàn)場不同井況的固井施工,必須在油井水泥中加入不同的外加劑，獲得最佳的水泥漿和水泥石綜合性能，其前提是所使用的油井水泥不影響所加入的外加劑的各種性能，即油井水泥與外加劑具有良好的相容性，只有這樣，才是保證固井質(zhì)量的基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，在89個(gè)油井水泥樣品中，以加入現(xiàn)場常用的醛酮縮合類減阻劑為例，有67個(gè)油井水泥樣品存在不同程度的相容性問題。更為嚴(yán)重的是，4個(gè)油井水泥樣品在加入此類減阻劑后，在常壓85℃攪拌過程中，漿體反而逐漸失去流動(dòng)性，以致不能進(jìn)行下一步的測試，這種問題對(duì)固井施工存在巨大隱患。固井科技與施工人員共同的愿景是在油井水泥中加入所需的外加劑配制成水泥漿后獲得最終的結(jié)果是一榮俱榮而不是一損俱損。

3.2 油井水泥質(zhì)量穩(wěn)定性問題

隨著固井技術(shù)的發(fā)展和施工難度的增大，對(duì)油井水泥質(zhì)量提出一系列新的要求，如與外加劑的相容性、良好的流變性和稠化特性、不同腐蝕環(huán)境下的抗侵蝕性等，其中油井水泥質(zhì)量穩(wěn)定性是最基本的要求。相對(duì)油氣田固井而言，總是希望所使用的油井水泥質(zhì)量比較穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)在限定的標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍之內(nèi)。只有這樣，才能順利模擬現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果才有參考的價(jià)值，才能降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3.3 油井水泥外摻料質(zhì)量問題

對(duì)于深井、超深井固井、稠油熱采井固井，低壓漏失層固井，高溫高壓井固井、大斜度井和水平井等復(fù)雜井固井，僅用油井水泥加入外加劑顯然不能解決這些井的固井問題。對(duì)于深井、超深井、稠油熱采井固井，必須加入二氧化硅粉，防止強(qiáng)度倒退。對(duì)于低壓漏失層固井，需加入粉煤灰、漂珠或氮?dú)庵苽涞兔芏人酀{，解決地層漏失的問題。對(duì)于高溫高壓井固井既要解決強(qiáng)度倒退的問題，又要加入重晶石或鐵礦粉，平衡地層壓力防止井涌或井噴。對(duì)于大斜度井和水平井等復(fù)雜井固井，必須加入懸浮穩(wěn)定劑，確保水泥漿體系穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)無游離液產(chǎn)生，避免第二界面形成通道發(fā)生竄槽，影響固井質(zhì)量或縮短油井壽命。遇到腐蝕地層還要加入防腐材料，防止腐蝕環(huán)境對(duì)水泥環(huán)的腐蝕。由此可知，外摻料在固井中的作用不可替代。筆者曾對(duì)某油田公司固井所用粉煤灰、二氧化硅微粉和漂珠性能進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)，其結(jié)果令人擔(dān)憂。

3.4 建議

1）鑒于固井工程面臨的實(shí)際問題,我國現(xiàn)行油井水泥標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)借鑒建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，增加油井水泥與外加劑的相容性和油井水泥質(zhì)量穩(wěn)定性指標(biāo)，提高我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)我國油氣勘探開發(fā)的發(fā)展。

2）根據(jù)固井施工的特點(diǎn)和要求，制定固井所用外摻料的技術(shù)指標(biāo)，作為我國固井材料標(biāo)準(zhǔn)的一部分，并將我國油井水泥標(biāo)準(zhǔn)名稱改為“油井水泥與材料”，與ISO 10426-1保持一致。

[1]中國建筑材料科學(xué)研究院.油井水泥:GB 10238—1988[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1990,1-3

[2]全國水泥標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).油井水泥:GB 10238—1998[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004,1-3.

[3]安耀彬,周 怡,劉翠微,等.國內(nèi)外油井水泥及外加劑標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和動(dòng)態(tài)[A].《2010年固井技術(shù)研討會(huì)論文集》編委會(huì).2010年固井技術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京:石油工業(yè)出版社,2010:83-97.

[4]李 楊,盧東紅,莫繼春,等.油井水泥石斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)研究[J].鉆采工藝,2000,23(3):31-33.

[5]文寨軍,付守娣.油井水泥新標(biāo)準(zhǔn)中若干問題簡述[J].中國建材科技,1999(4):11-12.

[6]安耀彬,唐俊峰,楊 威,等.油井水泥與外加劑相容性試驗(yàn)研究[A].《2014年固井技術(shù)研討會(huì)論文集》編委會(huì).2014年固井技術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京:石油工業(yè)出版社,2014:95-100.

[7]張 華,馮宇思,靳建洲,等.大溫差水泥漿體系的研究與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2012,29(5):54-57.

The development history of oil well cement in China is briefly reviewed,and the evolution of classification method of oil well cement in China is expounded.The technical differences and reasons of the previous revision of oil well cement standards in China are analyzed.According to the requirements of cementing site construction and the present situation of cementing material quality in different well conditions in China,the suggestion for revising the oil well cement and material standard in China is put forward.

standard;oil well cement;cementing

唐俊峰（1984-），男，工程師，現(xiàn)從事油井水泥和鉆井液材料檢測工作。

賈 強(qiáng)

2017-10-26