油井水泥外加剂（共4篇）
油井水泥外加剂 篇1
2012年7月24日，从中科院长春应用化学研究所水处理材料课题组获悉，研究人员成功研制出新型耐高温油井水泥外加剂，产品包括高温缓凝剂、降失水剂及分散剂等。系列外加剂可较好应用于深井、超深井固井施工，完井效果良好。现已完成中试生产，并在中石油大庆油田固井现场成功应用。该项成果日前已经通过吉林省科技厅组织的项目鉴定。与会专家对项目成果给予高度评价，认为这是一项处于国际先进技术水平的创新性研究成果。与该工作相关的研究内容已申报国家发明专利7项，其中3项获得授权。相关中试产品已于中石油大庆油田固井现场成功应用，固井效果优异，深受油田方好评。
近年来，石油资源的大量消耗给我国石油能源和战略资源安全带来新的挑战。国内几大主力油田相继进入开采中后期，深井及超深井的勘探与开发迫在眉睫。而与之相应的耐高温钻采助剂的研发在国内相对滞后，所有高温产品几乎完全依赖于进口。目前国内市场现有的大量缓凝剂及降失水剂产品，耐高温性能不足，无法满足高温高压固井施工需要。而进口固井水泥外加剂产品不仅价格昂贵(产品价格高达15～25万/t)，其技术壁垒还严重威胁到我国的国家石油战略安全。
油井水泥外加剂 篇2
随着预拌混凝土的飞速发展，混凝土设计除了虑混凝土强度、耐久性之外，还要注意其施工性；改善施工性能的主要措施是掺加外加剂，同时还在水泥与外加剂是否相适应的问题。水泥与外加不相适应主要表现在：混凝土坍落度经时损失大，凝土凝结过快，甚至造成混凝土结构出现裂缝等况，影响混凝土工作性能。外加剂作为混凝土的组部分，所占的比例虽然很小，但是对混凝土的性能影响很大，它能够明显提高混凝土的坍落度，调节结时间，从而很好改善混凝土施工性能，节约生产本、提高经济效益。水泥与混凝土外加剂相容性不，可能是外加剂本身质量问题，也可能是水泥品质原因及施工时使用方法不当造成的。采取相应的术措施，改善水泥与混凝土外加剂相容性，也是水企业所要面对的问题，因为它关系到企业市场占率和企业经济效益。
1.存在的问题
2007年10月16日山东临沂市某搅拌站使用我司生产PO42.5级水泥预拌混凝土，用户反应使用批次水泥配制混凝土经时流动度损失大，不利于凝土的运输和工地施工。虽然搅拌站采取相应技措施，如增加外加剂掺量，适当提高水灰比等措，但效果不理想，特别是10月18日预拌混凝土到达施工现场施工时发生急凝现象，导致工程被迫中断施工，不得不拆除已施工的路面重新施工，造成相当大的经济损失，同时也影响公司和搅拌站的声誉。好在发现问题及时，该搅拌站共进该批次水泥3000t，只用去500t左右，损失相对较小。双方共同取样进行全套水泥物理检验，但检测结果各项指标均符合GB175-1999标准，即水泥质量没有问题。经进一步了解发现，搅拌站为降低生产成本，刚刚更换了外加剂生产厂家，很有可能是水泥与混凝土外加剂不相适应造成的。为验证这一判断，我们和搅拌站一起使用原来和现在的使用外加剂做水泥净浆流动度对比试验，两种外加剂掺量均按水泥质量的1.5%，原来使用的外加剂水泥净浆初始流动度为2110mm，600min后水泥净浆流动度为1740mm，经时流动度损失为370mm；而现在正使用的外加剂水泥净浆初始流动度为2130 mm，600min后水泥净浆流动度为1490mm，经时流动度损失为640mm，试验结果发现 正在使用的外加剂经时流动度损失大，表明水泥与混凝土外加剂相容性差。
2原因分析及采取技术措施
众所周知，水泥水化反应需要小于水泥质量25%的水量，但水泥遇到水会形成絮状结构将水包裹在里面，因此为了使水泥水化更完全和提高混凝土施工性能，需要加入更多的水。外加剂的加入能够在水泥颗粒表面定向性吸附，使水泥颗粒带相同电荷相互排斥而分离开来，从而释放出水泥絮状结构包裹的水分，使更多的水参与水化反应，提高其施工性能。水泥颗粒对外加剂吸附性的大小及外加剂耗量的大小，均能反应出水泥与外加剂适容性的好坏。外加剂与水泥不相适应的问题主要表现在外加剂对水泥工作性能改善不明显。这既有外加剂本身质量问题，也与水泥矿物组成、煅烧状况、石膏掺量、水泥细度和混合材种类、石膏品种和掺量、水泥粉磨温度、水泥新鲜度有关。虽然水泥物性检验均合格，但发生此次凝结时间异常也有水泥因素在里面。因查对原始生产控制记录和化验台帐发现，这批水泥的出磨水泥温度过高，连续18 h出磨水泥温度超过130℃，因此导致二水石膏绝大部分转化为无水石膏，无水石膏的溶解速度最慢，尽管水泥中有石膏提供足够的SO3含量，但仍不足以抑制C3A的早期水化发生急凝现象，导致水泥浆的流动性能变差。
2.1调整熟料矿物组成
水泥熟料四种主要矿物C3S，C2S，C3A，C4AF，它们对外加剂的吸附能力是不一样的，其吸附顺序为：C3A>C4AF>C3S>C2S。其原因是：铝酸盐矿物在水化初期其电动势是正值，能吸附较多的阴离子型的外加剂；而硅酸盐矿物（C3S和C2S）在水泥水化初期其电动势为负值，吸附阴离子型的外加剂的能力较弱。为提高水泥与外加剂的相容性，应适当提高熟料矿物中硅酸盐矿物（C3S+C2S）的含量，降低铝酸盐矿物的含量，特别是C3A的含量。我公司为提高熟料早期强度，曾经提高过C3A含量[即w(C3A)由8.1%提高到9.9%]。为此对熟料矿物进行重新调整，熟料三率值由KH=0.89±0.02，SM=2.65±0.1，IM=1.60±0.1调整
为：KH=0.91±0.02，SM=2.70±0.1，IM=1.50±0.1，且控制熟料中w(Al2O3)=4.8%~5.0%，w(Fe2O3)=3.2%~3.4%，使熟料中w（C3A）值控制在8%以下。
2.2石膏的品种和掺量
石膏作为水泥的缓凝剂，遇水后溶解为Ca2+、SO42-，如果在水泥水化初期能抑制C3A水化速率，水泥和混凝土就能得到所需要的工作性能，因此水泥中硫酸盐的数量和溶解度至关重要。但不同品质，不同形态的石膏溶解度和溶解速度差异很大，它们对水泥的缓凝作用不同。二水石膏应用的最多，但它的溶解度和溶解速度不是最大的，因此在生产中要控制好出磨水泥温度。水泥磨内温度偏低时产生半水石膏少，不能抑制C3A的早期水化，导致急凝，与外加剂相容性变差；水泥磨内温度偏高时几乎全部二水石膏都转化为硬石膏，易导致水泥假凝；水泥磨内温度适当高，使部分二水石膏转化为溶解速度大的半水石膏，能很好地抑制C3A的早期水化，与外加剂适应性好。同时水泥中石膏的掺量对外加剂也有影响，在水泥凝结时间控制范围内，适当提高水泥中SO3的含量，有利于改善水泥与外加剂的相容性，但适宜的SO3含量应根据水泥中C3A的含量、碱含量、水泥比表面积及生产水泥的品种来确定。通过以上分析可知，由于熟料中C3A量上升，而生产中水泥SO3控制指标并没有及时做出相应提高，导致水泥凝结时间缩短；再加上粉磨温度过高，二水石膏转化为溶解速度小的无水石膏，导致水泥凝结时间不正常。为此在调整熟料三率值的基础上，通过实验确定w(SO3)控制指标由2.2%±0.2%调整为2.5%±0.2%，同时对磨机筒体采用淋水的方法，使出磨水泥温度控制在120~130℃。
2.3水泥细度及颗粒级配
在外加剂掺量相同的条件下水泥颗粒越细，其比表面积越大，外加剂对其的塑化效果要差些。因为比表面积越大时，水泥与水接触的面积越大，水泥颗粒表面形成水膜所需水量就大，在相同水灰比的情况下，水泥颗粒之间的自由水就相应减少，水泥浆体流动性变差；同时水泥比表面积越大，水泥早期水化速度越快，絮状水化产物形成越快，水泥浆体流动性变差，同样导致水泥与外加剂相容性变差。水泥颗粒级配也对外加剂有影响，水泥颗粒平均粒径过小时，水泥中的细粉较多，比表面积大，与外加剂相容性差；而水泥颗粒平均粒径过大时，水泥净浆泌水性增大，同样与外加剂相容性变差。公司为提高水泥早期强度，采取提高水泥比表面积的技术措施，这样不但因水泥比表面积过大，产生水泥与外加剂不相适应的问题；而且在研磨比表面积过大的水泥时，研磨温度会上升，导致更多的二水石膏转解成无水石膏，进一步导致水泥与外加剂相容性变差。为此调整出磨水泥比表面积控制指标由（370±10）m2/kg降为（350±10）m2/kg。
2.4延长水泥出库时间
刚磨制的水泥比较干燥，温度高，正电性较强，与水化合快，对外加剂吸附大，降低了外加剂对其的塑化效果，与外加剂相容性差。10月份是水泥销售黄金季节，水泥供不应求，库存量少。为此在保证发货量的基础上，增加水泥库存量，搞好均化搭配，相应延长水泥出库时间，降低水泥温度，当水泥库存小于10m时，禁止水泥出库。
2.5调整混合材品种
水泥中混合材的品种、颗粒形貌及掺量对外加剂均有影响。根据试验和实践表明，水泥中混合材对外加剂相容性由差到好的顺序为：煤矸石＜粉煤灰＜矿渣。这是因为火山灰质混合材具有较大的内表面积，对外加剂有吸附性；另外就是不同品质的粉煤灰对外加剂的相容性相差也较大，优质粉煤灰、超细粉煤灰相容性好，粗粉煤灰和含碳量大的粉煤灰对外加剂相容性差。粒化高炉矿渣本身具有胶凝性和火山灰性，磨细的矿渣粉，还具有填充效果，有利于提高混凝土的流动性，与外加剂相容性好；但如果矿渣粉较粗，水泥易泌水，与外加剂相容性差。为此在确保水泥质量不变的情况下，对水泥配比进行了调整。水泥原质量配比为：熟料∶石膏∶矿渣∶炉渣∶粉煤灰∶石灰石=76∶4∶6∶8∶3∶3，调整后为熟料∶石膏∶矿渣∶炉渣∶粉煤灰∶石灰石=76∶4∶9∶4∶3∶4。经检验水泥各项技术指标均符合控制要求。
3结语
（1）生产实践表明，水泥与外加剂相容性的影响因素众多，很多因素之间既相互作用又相互依赖，几乎所有影响水泥与外加剂相容性的因素都与水泥的其他性能有关。
混凝土外加剂与水泥适应性 篇3
关键词：混凝土外加剂 减水剂 适应性
中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0125-01
混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。混凝土外加剂是提升混凝土性能、提高混凝土耐久性、实现混凝土可持续发展的一个经济有效的技术途径。但在其使用过程中目前存在一些问题，混凝土外加剂特别是减水剂与水泥的适应性就是问题之一。
1 混凝土外加剂的种类
从功能上分，常用的混凝土外加剂主要有减水剂、缓凝剂、早强剂、引气剂、防水剂、膨胀剂、防冻剂、泵送剂、加气剂、阻锈剂、速凝剂、保水剂、增稠剂、减缩剂、保塑剂以及矿物外加剂。实际应用中，还会涉及其他具有特殊功能的外加剂。
2 外加剂与水泥的适应性
外加剂与水泥的适应性是指外加剂掺入后对水泥及新拌混凝土性能和硬化后性能的影响。最直观的是对水泥混凝土施工和易性的影响，通常用混凝土拌和后的坍落度损失来表示。
2.1 外加剂与水泥不适应性的表现
（1）水泥异常凝结
水泥以硬石膏为调凝剂时，由于这类石膏对木质素系减水剂、糖钙类减水剂以及多元醇类减水剂有很强的吸附作用，导致石膏的溶解度降低，无法提供足够的硫酸根离子与C3A反应生成钙矾石，会使C3A急剧水化，当水泥中C3A含量较高时（大于8%），可使混凝土产生“假凝”现象。
案例：某搅拌站用所在地区某品牌水泥给建筑工地供应C40混凝土，由于没有坚持对每一批水泥在开盘前做与外加剂的适应性试验，致使出厂混凝土拌合物坍落度目测有200mm，而到工地往混凝土泵车中卸料时，却发现该车混凝土已经卸不出来，通知厂内送一桶减水剂加入搅拌后，目测坍落度有170mm，基本可以满足泵送要求，但刚卸1m左右时，又卸不出来，立即把该车混凝土返厂，加入大量水及少量的减水剂，才勉强卸出，险些凝固在搅拌车中。
此外，水泥过分缓凝是减水剂导致水泥异常凝结的另一种表现形式。
（2）混凝土工作性不良
具体表现是：诱导期开始时，流动性急剧下降；混凝土泌水、离析，具体表现是，混凝土试配时出现严重的粘底板现象，泵送时与管道内壁摩擦阻力增大，易产生堵泵现象；炭吸附减水剂导致分散效能变差；缓凝、保塑不足；减水剂与缓凝剂不相容；普通引气剂与聚羧酸类外加剂适应性较差，有时也会出现混凝土泌水离析加重。
（3）砂浆、混凝土强度下降
因外加剂抑制水泥水化硬化、过量引气，导致界面区弱化或匀质性问题，使砂浆、混凝土强度大幅下降。
2.2 影响外加剂与水泥适应性的因素
2.2.1 水泥
不同水泥熟料对减水剂的吸附性能不同，其作用次序为：C3A>C4AF>C3S>C2S，减水剂加入到水泥浆体系后，由于C3A水化速度最快，对减水剂的吸附量又最大，首先吸附了大量的减水剂。因此，C3A含量高的水泥，在相同减水剂、相同掺量条件下，吸附减水剂的数量多，必然影响到水泥浆体中其他矿物组分所需要的减水剂数量，表现为混凝土流动性低。此时需要适当增加减水剂的掺量。
水泥中的含碱量对减水剂的作用有很大影响，通常水泥中的碱有明显的早期和促凝作用，因此导致混凝土的流动性降低，无法达到使用减水剂的预期效果。因此，应尽量使用低碱水泥。
同等条件下，水泥中掺加不同混合材，掺加减水剂的作用效果也不同。粉煤灰、磨细礦渣对外加剂的吸附力较水泥低，但要注意，磨细矿渣掺入混凝土后易产生泌水，表面干缩率增大。硅灰会增大对外加剂的吸附量，而减水剂对掺加煤矸石的水泥分散效果差。
2.2.2 减水剂
（1）减水剂的种类
多数羧酸类混凝土外加剂对水泥的适应性较好，这是因为羧酸类外加剂是通过接枝共聚形成的。但聚羧酸类外加剂有时对某些水泥的掺量范围较窄，稍超一点就可出现严重的泌水离析现象；有时对某种水泥的适应性差，对混凝土的需水量特别敏感，例如，C30混凝土，105kg/m3用水量时，混凝土坍落度仅有5cm，而增大5kg/m3用水量时，坍落度超过了21cm，甚至出现了严重的泌水离析。
多数氨基磺酸盐类外加剂对水泥及混合材的适应性较好，改性萘系减水剂，由于复合了部分反应性高分子材料，大大改善了外加剂对水泥及混合材的适应性。
（2）减水剂复掺
有些生产企业常用氨基磺酸盐类外加剂与萘系减水剂复合使用，以此改善掺萘系减水剂混凝土的施工和易性，减少混凝土坍落度的损失，以保证泵送混凝土具有良好的施工性能。但萘系减水剂与聚羧酸系外加剂混用，却导致混凝土工作性变差，强度降低。
案例一：生产人员把剩有少量用萘系减水剂配制的混凝土混入用聚羧酸系减水剂配制的混凝土，结果混凝土出厂时坍落度190mm，送到工地后只有100mm，而且几乎没有流动性，振捣时振动棒拔出后较长时间孔洞才能弥合。案例二：搅拌站工人在卸外加剂时，把少量萘系减水剂误卸入聚羧酸系外加剂中，用混合的外加剂配制的混凝土，不仅外加剂掺量大，而且拌合物流动性差，坍落度损失快，但凝结时间延迟，混凝土试件强度比相同水泥用量的混凝土低20%～30%。
因此，不同品种外加剂复合使用时，应注意其相容性及对混凝土性能的影响，使用前应进行试验，满足要求方可使用。
2.2.3 外加剂添加技术的采用
外加剂的掺加方法主要有先掺法、同掺法和后掺法三种。先掺法即外加剂干粉先与水泥混合，然后再与砂、石、水一起搅拌。同掺法即在搅拌混凝土时将外加剂溶液（粉剂应预先溶解）与水一起掺入混凝土中。后掺法即在混凝土拌好后再将外加剂一次或分数次加入混凝土中（须经二次或多次搅拌）。后掺法又分为：滞水法，即在搅拌混凝土过程中，外加剂滞后于水1～3min加入；分批添加，即经时分批掺入外加剂，补偿和恢复坍落度值。
研究表明，木质素磺酸盐先掺法塑化效果与同掺法、滞水法基本一致；萘系高效减水剂先掺法塑化效果比滞水法差。实践表明，采用后掺法更经济合理。采用后掺法的减水剂用量仅为先掺法的60%就可获得相同的流动性。此外，相同流动性和强度条件下，后掺法还可节省10%左右的水泥。在某些水泥中，高效减水剂滞后于水几分钟加入时，新拌混凝土的流动性显著提高，可节省减水剂用量1/3左右，但保水性下降。
硫酸盐对减水剂与水泥品种的适应性具有至关重要的影响。复合适量硫酸盐，可提高减水剂的塑化效果适量的硫酸盐，使溶液中的减水剂总量增加，有利于提高减水剂的分散能力和保坍能力。
3 结语
工程中应按“混凝土外加剂对水泥的适应性检测方法”（GB/T8077-2000）测试混凝土与水泥的相容性，并结合工程设计和施工要求选择外加剂的品种。
参考文献
[1] 蒋亚清.混凝土外加剂应用基础.北京：化学工业出版社，2011.
油井水泥外加剂 篇4
中国石油天然气集团公司工程技术研究院利用固井专业优势,积极参与石油钻井工程专业标准化委员会的工作。早在1988年我们征得美国石油学会副理事长C.T.萨伊尔同意的情况下,翻译并出版了API Spec 10第5版《油井水泥材料和试验规范》,1993年10月翻译并出版了第21版API Spec10A《油井水泥规范》,1997年12月翻译并出版了第22版API RP 10B。设在工程技术研究院的石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心是API组织的世界范围内44个检测中心之一,自1991年成立以来,一直致力API油井水泥及相应规范文件的翻译、修订、制定工作,实时追踪国内外油井水泥及外加剂最新动态,发掘验证前沿科研命题,成为我国油井水泥及外加剂标准体系建立与发展的科研中坚力量。
我国油井水泥及外加剂标准体系的建立与发展阶段
固井是由地质、机械、化学、流体力学和电子等多学科组成的应用科学,其目的是封隔油、气和水层,防止地层之间流体互相窜流,保护采油层;封隔严重漏失层或坍塌等复杂地层,支撑套管和防止地下流体对套管的腐蚀。油井水泥及外加剂就是固井作业的基本材料。标准是组织生产、评定产品质量的基准。我国油井水泥及外加剂标准体系从建立到目前发展主要经历了3个阶段,这3个阶段也是随着我国采标过程的转变为主线,从采用前苏联“静态”方法的标准,到比较接近固井实际,模拟固井施工的“动态”方法标准,即API标准,再到与国际接轨而采用国际标准化组织(ISO)标准。
1 第1阶段(上世纪50年代到70年代末)
我国石油工业发展较迟,1958年制定油井水泥暂行技术条件。1963年制定第一个油井水泥标准GB 202-63。1978年发展为3个标准,包括75℃和95℃油井水泥的国家标准(GB 202-78),45℃油井水泥的部颁标准(JC 241-78)和高温油井水泥的部颁标准(JC 237-78)。当时定义了45℃油井水泥(适用井深范围0~1500m)、75℃油井水泥(适用井深范围1500~2500m)、95℃油井水泥(适用井深范围2500~3500m)和高温油井水泥(150~180℃,适用井深范围5000~7000m)。1958年、1962及1978年标准均参照前苏联堵塞水泥标准,物理性能检验方法与建筑用普通水泥方法相同,检验流动度、凝结时间、抗折强度,属“静态”方法,化学成分只要求水泥熟料中氧化镁含量≤5%,水泥中三氧化硫含量≤3.5%。这一阶段我国油井水泥外加剂产品起步缓慢,还没有规范的行业标准,更谈不上标准体系的建立。
2 第2阶段(上世纪80年代初到90年代末)
随着油田开发对完井的要求越来越高,合理选用油井水泥外加剂成为固井施工的重要手段,这就促使国内外对油井水泥及外加剂进行研究。据美国统计,在石油勘探开发过程中所用的油田化学剂中,固井用油井水泥外加剂的用量约占油田化学剂总量的38%,门类也逐渐增多,同时,外加剂的加入对固井水泥性能改善,带来了不可估量的效益,成为整个油田外加剂的重要组成部分。于是,我国在1985年钻井工程局制定了“固井水泥及外加剂发展规划”后,特别是在“七·五”期间油井水泥及外加剂的发展尤为迅速。
采用国际和国外先进标准一直是发展、制定和执行我国油井水泥相关标准的指导思想。这一阶段我国主要采用国际公认的美国石油学会(API)标准。早在我国采用前苏联标准之前,API(American Petroleum Institute)油井水泥规范就已经发展起来了。1948年,API水泥委员会编写了第一版《油井水泥试验规范》(Code for Testing Cement Use in well)。1952年,首次公布实施《油井水泥试验规范》。1953年,API成立水泥标准委员会,并定期修订API油井水泥试验规范。其中油井水泥产品规范代号为API Spec 10A,试验方法标准代号为API RP 10B。到了1979年4月发表第20版API Spec 10A,同年12月发表第21版API RP 10B。1982年1月API将API Spec 10A和API RP 10B合二为一,命名为《油井水泥材料和试验规范》,简称API Spec 10(第1版),并于1984年、1986年、1988年、1990年分别出版了相应的第2、3、4、5版。1991年API又将API Spec 10分为两部分,9月1日出版第21版API Spec 10A《油井水泥规范》,并于1995年出版第22版。1997年12月第22版API RP 10B。具体到我国实际情况,可以从以下几方面说明。
(1)我国油井水泥标准
与前苏联标准不同,API要求初始稠度、稠化时间,模拟固井施工方法,属于“动态”的方法,更接近固井实际。我国于1982~1984年研制成API Spec 10各级油井水泥。1993年底我国石油使用的油井水泥已实现API油井水泥全部转化。在此阶段,修订了适用于我国油、气井注水泥作业用水泥的生产、检验和验收的标准GB 10238。具体来讲,进行了两次标准修订,分别是1988年、1998年。其中GB 10238-88《油井水泥》参照采用API Spec 10(1986年第3版),GB 10238-1998《油井水泥》等效采用API Spec10A第22版(1995年版)。与GB 10238-88相比,GB 10238-1998取消了J级油井水泥;取消了各级油井水泥的适用井深范围;取消了各级油井水泥压蒸安定性试验及其指标;取消了A、B和C级油井水泥稠化时间模拟试验方案1(27℃、7MPa),只保留方案4(45℃、26.7MPa);取消了油井水泥的验收和拒收;对油井水泥试验条件和试验仪器的校准要求更加严格,这两版标准中水泥细度(比表面积)都没有采用API用Wagner浊度计测定,而是一直采用GB8074-87《水泥比表面积测定方法(勃氏法)》,用Blaine透气仪来测定水泥的比表面积。采用API标准后,这两版对水泥化学成分要求除要求氧化镁(MgO)、三氧化硫(SO3)含量外,还要求烧失量、不溶物、总碱量以及矿物组成(硅酸三钙、铝酸三钙、铁铝四钙)含量,标准要求更严格。
(2)我国油井水泥应用性能试验方法标准
SY/T 5546-92《油井水泥应用性能试验方法》由当时的能源部1993年2月22日发布的石油天然气行业标准,1993年8月1日正式实施。该标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口,由中国石油天然气总公司工程技术研究所负责起草。参照采用API Spec 10《油井水泥材料和试验规范》(第4版,即1988年版)。该标准完全吸收API的应用成果并加进我国研究的流变学成果,规定了取样、水泥浆制备、水泥浆密度、稠化时间、游离水量、失水量、流变性能和水泥石抗压强度、渗透率测定方法。适用于油、气井注水泥作业用的水泥及外加剂、外掺料。
(3)油井水泥外加剂产品标准及相关标准
我国固井水泥浆技术的标准化主要开始于20世纪80年代中期,为适应我国固井技术标准化工作的需要,石油钻井工程专业标准化委员会成立了固井工艺分委会,专门负责固井工艺及水泥浆技术领域的技术标准化工作。当时,林林总总的产品企业标准铺天盖地,不统一,不规范,差异很大,指标要求宽松、随意,无实际意义。企业产品标准内容编制自由度大,对企业有利的指标写上,不利的项目指标不写,这种现象直接影响外加剂产品检验工作的质量。同时,国外尚没有类似的区域性或行业性外加剂评价方法标准可以参考,从国外公司进口外加剂材料时,也未提供相应的产品标准,只有材料说明资料,急需出台我国相应的行业标准。这一阶段,中国石油天然气集团公司工程技术研究院利用固井专业优势,根据我国油井水泥外加剂产品实际,采用API标准中相应的仪器设备及试验方法,进行大量的试验论证,先后出台了油井水泥减阻剂、缓凝剂、降失水剂在固井中使用量最大的3种主要外加剂产品行业标准,特别是后两种产品评价方法标准的出台,填补了我国该行业标准的空白。它们都是由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口,都规定了产品等级评定指标并评定级别,其他很多外加剂产品标准,还只停留在企业标准上,油井水泥浆技术标准体系框架初具规模。
——油井水泥减阻剂标准
根据我国各油田减阻剂的使用情况,油田用减阻剂主要有两种,一是β-萘磺酸钠甲醛缩合物,作为中温减阻剂使用(52℃),如FDN,另一种是磺化丙酮-甲醛缩合物,如USZ、SXY,一般作为高温减阻剂使用(85℃)。油井水泥减阻剂第1版行业标准为SY/T 5406-91《油井水泥用β-萘磺酸钠甲醛缩合物》(1992年1月发布),评价指标是初始稠度、抗压强度。第2版标准为SY/T 5406-1999《油井水泥减阻剂评价方法》。SY/T 5406-1999与SY/T 5406-91的主要技术差异是增加了高温型减阻剂的技术要求。标准中的技术要求以水泥浆应用性能为主,即看其减阻效果,由于流变参数n、K值相比较初始稠度更能准确的反映水泥浆流变性能,规定了流变性能指标,并按3个不同级别做了严格规定。掺入减阻剂的水泥浆析水量大,沉降较严重,成型后的水泥石块其实际水灰比降低,从而导致抗压强度升高不是真实体现,将抗压强度改为抗压强度之比作为评价参数,加入减阻剂的水泥浆略有缓凝作用,因此规定了稠化时间之比这一评价参数,取消了SY/T 5406-91中产品的理化性能指标、包装、标志等。标准依据API Spec 10A第22版(1995年版)及1997年第22版API RP 10B,可操作性比前一版有所增强。
——油井水泥缓凝剂标准
SY/T 5504-1992《油井水泥缓凝剂评价方法》1992年制定,1996年第一次修订,标准代号SY/T5504-1996,1996年12月15日发布,1997年6月30日实施。与1992年版主要技术差异是取消了前版中对缓凝剂掺量范围的限制和不易执行的条款,规定了具体的温度、压力等试验条件,重新规定了性能指标和试验方法,提高了标准的可操作性。该标准制定填补了我国油井水泥缓凝剂产品的空白,标准制定与修订都是由中国石油天然气总公司工程技术研究院在试验论证的基础上起草的,规定了油井水泥缓凝剂的技术要求、试验方法、判定规则和检验报告。适用于油、气井注水泥作业用油井水泥缓凝剂的性能评价。
——油井水泥降失水剂标准
SY/T 5960-1994《油井水泥降失水剂评价方法》1994年8月4日发布,1994年12月1日实施。该标准制定填补了我国的空白,也是由中国石油天然气总公司工程技术研究院负责起草的。规定了油井水泥降失水剂的技术要求、试验方法和判定规则。适用于油、气井注水泥作业用油井水泥降失水剂的性能评价。
——其他相关标准
誗SY/T 6394-1999《油井水泥与外加剂(外掺料)干混作业方法》
SY/T 6394-1999《油井水泥与外加剂(外掺料)干混作业方法》规定了油井水泥与外加剂(外掺料)干混作业方法的基本要求、作业方法和混合成品的质量检验。适用于油井水泥与外加剂(外掺料)的干混作业,由胜利石油管理局黄河钻井总公司固井公司起草;
誗SY/T 5403-91《油井水泥用空心微珠》
SY/T 5403-91《油井水泥用空心微珠》规定了油井水泥用空心微珠的质量指标、试验方法、验收等。适用于检验油井水泥用空心微珠,该标准由华北石油管理局钻井工艺研究所起草;
誗SY/T 5480-92《注水泥流变性设计》
SY/T 5480-92《注水泥流变性设计》由西南石油学院起草,1992年9月17日批准,1993年2月1日实施,适用于油气井注水泥顶替的流变学设计,规定了水泥浆流变性能的测定、流变模式的选用、流变参数的计算及液体流变性、顶替流态设计和流动压降的计算方法;
誗SY/T 6466-2000《油井水泥石抗高温性能评价方法》
SY/T 6466-2000《油井水泥石抗高温性能评价方法》由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口,中国石油天然气集团公司工程技术研究院起草。2000年3月14日发布,2000年10月1日实施,引用标准是1997年12月第22版API RP 10B。众所周知,水泥石具有良好的抗高温衰减性能,对保证固井施工质量,延长油井寿命是非常重要的,否则将导致水泥石渗透率增大,井下气体窜槽等严重事故。该标准是在API规范尚无对水泥石这一性能作出规定的情况下,针对油井水泥石的抗高温稳定性能制定出一套科学的评价方法,分两部分对水泥石抗高温性能进行试验论证,一是根据热采井在注入蒸汽后的油层温度对常用的水泥浆体系进行了试验,二是选择典型的高温井试验温度对水泥浆进行试验。试验方案分别对热采井(315℃及270℃),高温井(153℃)水泥石进行1、3、7、14、28天及3个月不同的养护龄期的养护,得到大量真实可靠的数据。规定了油井水泥石经高温养护的抗压强度、渗透率试验方法和判定规则。适用于热采井和高温井注水泥作业后油井水泥石及油井水泥外加剂抗高温性能的评价;
誗SY/T 5374-1991《油气井注水泥前置液使用方法》
SY/T 5374-1991《油气井注水泥前置液使用方法》规定了注水泥作业的前置液性能要求、主要指标、相容性试验方法和设计。适用于油气井注水泥。注水泥塞、挤水泥作业亦应参考。华北石油管理局第二勘探公司负责起草。1991年7月19日发布,1991年12月1日实施。
3 第3阶段(上世纪90年代末至今)
采用国际标准是我国标准化战线长期坚守的一项技术经济政策。按照国家七部委《关于推进采用国际标准的若干意见》要求,积极采用国际标准制定国家标准,推进与国际接轨,促进贸易和技术交流。我国早在1990年加入国际标准化组织ISO(International Standard Organization),成为ISO/TC 67成员国,参与了ISO石油专业委员会油井水泥标准的制定工作。1993年8月,中国石油天然气总公司成立石油工业国际标准工作委员会,加速油井水泥和外加剂与国际接轨,也为油井水泥及外加剂走入国际市场发挥重要作用。
(1)我国油井水泥标准
现行油井水泥国际标准(ISO 10426-1)由ISO/TC 67/SC 3/WG 2石油及天然气工业技术委员会TC67材料、设备及海上结构分技术委员会SC 3即钻井液与完井液及油井水泥分会第2工作组和API10合作制定的。ISO 10426-1,即石油及天然气工业—固井用油井水泥与材料—第1部分:规范,是API Spec 10A的英文版。其2001年版实质是以2002年4月实施的API Spec 10A第23版为基准的。
我国油井水泥标准于2005年又进行了一次修订,即GB 10238-2005,其修改采用ANSI/API 10A ISO 10426-1-2001《固井用油井水泥与材料规范》。与ANSI/API 10A/ISO 10426-1-2001相比主要做了如下修改:未采用其第13章膨润土、附录B API花押字程序、附录C采标的编辑性修改内容;但油井水泥的取样方法、细度试验、化学分析方法等分别采用我国相应的国家标准GB 12573、GB/T 8074、GB/T 176-1996(eqv ISO 680:1990)。与GB 10238-1998相比主要变化如下:对标准的编写结构和顺序作了修改,与ANSI/API 10A/ISO 10426-1-2001一致;依据ANSI/API 10A/ISO10426-1-2001要求,增加了新的术语和定义;水泥浆制备时,取消了用玻璃量筒量取试验用水的方法,采取直接称质量法;游离液试验方法由用500mL锥形瓶称质量法代替用250mL量筒量取体积法,将G级和H级水泥游离液要求由不超过3.5mL修改为游离液质量百分含量不得超过5.90%;取消了油井水泥检验规则、交货与验收。特别要指出的是,石油工业油井水泥及外加剂质量检验中心于2001年参加API组织的全世界40多个国家和地区参与的合作试验时,就参与了游离液测定方法由锥形瓶法代替量筒法的试验论证。
(2)我国油井水泥应用性能试验方法标准
现行油井水泥试验方法国际标准为ISO10426-2,即石油及天然气工业-固井用油井水泥和材料-第2部分:油井水泥试验方法,现为2003版,是2003年出版的第23版API RP 10B英文版。
GB/T 19139-2003《油井水泥试验方法》由国家质量监督检验检疫总局2003年5月23日发布,2004年1月1日正式实施。该标准为推荐性国家标准,由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口,由中国石油集团工程技术研究院负责起草。该标准修改采用1997年12月第22版API RP 10B,进行了编辑性修改。标准规定了油井水泥应用性能的试验方法和有关参数的计算,对于油井模拟抗压强度试验和油井模拟稠化时间试验,还给出了具有代表性的试验方案。适用于油、气井注水泥作业用油井水泥浆的设计和性能评价,油井水泥浆可基于(但不限于)GB 10238规定的油井水泥级别和类型。该标准代替SY/T 5546-92。
与SY/T 5546-92《油井水泥应用性能试验方法》相比增加了很多内容,主要变化如下:
增加了“术语和定义、水泥非破坏性声波试验、水泥浆在套管和环空内的压降和流态计算方法、北极注水泥试验方法、井下流体的相容性、火山灰质材料;增加了测定长水泥柱顶部水泥石抗压强度的方法;修改了油井模拟稠化时间试验方案表;增加了用岩心渗透仪测定水泥石的液体渗透率和气体渗透率的方法;修改了水泥浆流变性能测定方法,增加了胶凝强度测定方法;增加了水泥浆沉降稳定性试验方法;增加了规范性附录“制备大体积水泥浆的方法”;增加了规范性附录“用于油井模拟稠化时间试验的补充仪器”;增加了资料性附录“与稠化时间试验方案有关的附加信息”。
(3)油井水泥外加剂产品标准及相关标准
我国3个主要的油井水泥外加剂标准从无到有,都已经运行了10年左右,产品等级判定可操作性差,实际未在各油田得到很好地执行,并且通过调节水泥浆配方能够改变主要指标如初始稠度、失水量、游离液等项目性能等级,所以在这一阶段进行的标准制、修订取消了等级判定,考虑到方便实用增加了理化性能指标如外观、水分、细度等,考虑到施工安全的因素增加了稠化线形(要求稠化曲线前80%段未出现鼓包和台阶线形),考虑到质量稳定性因素,增加了对产品批次关键指标的检验与评价等等,尽可能全面地反映各方面应用性能。标准具体分析如下。
——油井水泥缓凝剂标准
SY/T 5504.1-2005《油井水泥外加剂评价方法第1部分缓凝剂》代替SY/T 5504-1996《油井水泥缓凝剂评价方法》,由中海油田服务股份有限公司起草,采用中英文版。主要引用文件GB 10238-1998及GB/T 19139-2003。与SY/T 5504-1996相比,主要变化如下:
誗修改了评价方式,由在单剂配制浆中(以“缓凝剂单剂+油井水泥+水”配制水泥浆)评价改为在配套水泥浆体系中(缓凝剂单剂+油井水泥+水+减阻剂+降失水剂等)评价。一定程度解决了在某些检验为合格的产品却不能应用于现场及现场应用良好的产品却检验不合格的问题;
誗修改了试验温度,由原单一温度点试验(中温缓凝剂循环温度77℃,高温缓凝剂循环温度118℃)改为评价时在其系列温度点条件下进行,质检时在代表温度点条件下进行。解决了单点温度下性能试验不能代表整个温度使用范围内缓凝剂性能的全貌问题,对缓凝剂的适用温度范围加以确认;
誗修改了“稠化时间可调性”试验内容与判定方法。“稠化时间可调性”是定性指标,SY/T 5504-1996规定中温缓凝剂稠化时间120~270min可调,高温温缓凝剂稠化时间180~420min可调,试验中要求的稠化时间点难以控制,并且两个稠化时间数据点难以判定稠化时间可调性问题。而SY/T 5504.1-2005要求,按初始配方配制水泥浆,在推荐的试验条件下,通过改变缓凝剂加量,调出相邻点稠化时间间隔不小于30min,并且其值落在试验温度所对应的适宜稠化时间范围内的3个配方,稠化线形正常,记录3个配方初始稠度中最大值及40~100Bc的时间最大值,并且稠化时间要随缓凝剂加量的增加而增加,这些都满足标准要求方可判定稠化时间可调,否则则判为不可调;
誗删除了产品等级的评定内容与判定规则。SY/T 5504-1996根据初始稠度、40~100Bc所经过的时间及游离水量的不同将产品判定为一级品、二级品和合格品。几年的实践证明可操作性差,实际也未在油田中得到执行;
誗删除了“168h抗压强度与48h抗压强度之比”检验项目。此项检验用来检验缓凝剂对水泥石强度衰退影响,操作内容繁琐,检测中心多年的实际检验结果来看,未发现强度衰退指标不合格情形,实际也未在油田中得到执行;
誗增加了“稠化线形”检查项目;
誗增加了不同循环温度条件下稠化和抗压强度的试验推荐条件。这是根据我国固井作业现状,以地温梯度2.7℃/100m为基准,运用数理统计中拟合曲线的方法确定了一系列试验推荐条件(稠化试验温度、稠化试验压力、升温时间、适宜稠化时间范围、适宜稠化时间范围中值及相应的强度试验温度);
誗增加了试验仪器及材料的要求。其中石英砂和水要求有所改变,SY/T 5504-1996要求,石英砂粒径在0.095~0.075mm(160~200目)之间,且二氧化硅含量不低于96%,试验用水为蒸馏水;而SY/T 5504.1-2005要求,石英砂(硅粉)0.095~0.075mm(160~200目)筛筛余小于4%,二氧化硅含量不低于98%。试验用水由只能用蒸馏水,改为蒸馏水或生活饮用水,另外,还有质量稳定性检验时需要准备参比样;
誗增加了质量稳定性试验方法及指标要求。在相同的水泥批次、水质、配方及相同试验条件下,缓凝剂的质量稳定性应符合稠化时间偏差率不大于20%,40~100Bc的时间之差的绝对值不大于10min;
誗增加了可选项目“温度敏感性”和“加量敏感系数”的评价内容。温度敏感性要求同样配方的水泥浆增加5℃稠化时间变化率不大于20%,是评价水泥浆稠化时间受温度变化的敏感特性;要求加量敏感系数在0.1~3.0,它是定量指标,是评价缓凝剂在确定温度下稠化时间是否容易调节,即考察在某温度下的稠化时间可调性程度;
誗增加了材料外观、密度、水溶性、细度、凝固点及水分等理化性能试验方法及要求;
誗增加了组批和采样方法。
——油井水泥降失水剂标准
SY/T 5504.2-2005《油井水泥外加剂评价方法第2部分降失水剂》代替SY/T 5960-1994《油井水泥降失水剂评价方法》,由中海油田服务股份有限公司起草,中英文版。主要引用文件GB 10238-1998及GB/T 19139-2003。与SY/T 5960-1994相比,主要变化如下:
誗明确了不同评价类型的试验温度条件。评价检验与质量检验之间在工作内容上有本质差异,在此基础上确定不同检验类型的试验温度条件也是检验工作的基础;
誗删除了稠化时间指标要求。考虑到稠化时间不是由降失水剂材料本身起决定作用,不符合评价实际,故删除该项指标要求;
誗删除了产品等级的评定内容与判定规则;
誗修改了水泥浆失水的指标要求。根据目前固井施工要求,规定加有降失水剂的淡水水泥浆的不大于150mL,有利于促进降失水剂技术水平的提高;
誗修改了“40~100Bc的时间”检测项目与指标要求;
誗增加了“稠化线形”检查项目(即稠化曲线前80%段有无出现鼓包和台阶);
誗增加了不同循环温度条件下稠化和抗压强度的试验推荐条件。与缓凝剂同样方法确定了一系列试验推荐条件(稠化试验温度、稠化试验压力、升温时间、适宜稠化时间范围、适宜稠化时间范围中值及相应的强度试验温度);
誗增加了试验仪器及材料的要求。石英砂和水要求与SY/T 5504.1-2005要求相同;
誗增加了抗盐降失水剂的评价方法与性能要求。除失水量指标由加有降失水剂的淡水水泥浆的不大于150mL变为不大于250mL外,加有降失水剂的18%盐水水泥浆的其它性能要求都与加有降失水剂的淡水水泥浆的性能要求一样,为普遍使用的抗盐降失水剂提供了规范的检验方法与性能要求,填补了我国该项空白;
誗增加了材料外观、密度、细度、凝固点及固含或水分等理化性能试验方法与要求;
誗增加了组批和采样方法。
——油井水泥减阻剂标准
SY/T 5504.3-200×(待发布实施,标准名称为《油井水泥外加剂评价方法第3部分减阻剂》代替SY/T 5406-1999《油井水泥减阻剂评价方法》,是第2次修订。该标准由石油钻井工程专业标准化委员会提出并归口,由中国石油集团工程技术研究院负责修订,还邀请中国石油长庆油田分公司和大港油田集团公司固井技术服务公司参加起草。广泛征求油田、科研院所、生产厂家等的意见,采纳合理建议。2007年已通过报批稿,等待发布与实施。与SY/T5406-1999相比,SY/T 5504.3-200×删除了产品等级的评定内容与判定规则,删除了附录B关于API Spec 10A(1995年第22版)译文的摘录,增加了物理性能指标要求,即外观、细度,增加了液体减阻剂的掺量要求,基于喷雾前有效成分在30%~33%,固体减阻剂掺0.5%,0.5%×3=1.5%,要求液体减阻剂的掺量占水泥质量的1.5%,改变了以前按有效成分或固含量折算的方法,防止人为加入过多的水而降低产品的性能。增加了稠化线形检测项目,增加了试验仪器及材料要求,增加了组批和采样。引用文件GB 10238-2005(等效ANSI/API 10A/ISO10426-1-2001)及GB/T 19139-2003。
——油井水泥促凝剂标准
在固浅井或深井的导管和表层套管时,由于温度较低,纯水泥浆相对来说水化速度较慢,水泥浆稠化时间较长,在确保固井施工作业完成的前提下,要求稠化时间尽量短些,以便缩短候凝时间,减少水泥浆的游离液和可能遭到的水侵或气窜,并使水泥石尽早达到二次钻进的机械强度,及支撑套管,为继续钻进赢得时间。为此需加入油井水泥促凝剂,加速水泥的凝结与硬化,缩短水泥浆的稠化时间,在低温下提高水泥的抗压强度。另外,某些特殊固井施工,如打定向井的造斜塞、防循环漏失塞或挤水泥等,需要根据具体实际情况使用合适的促凝剂,加速水泥的凝结与硬化,提高早期强度。促凝剂品种多,用量大,国外尚未有相关标准的报道,而国内企业标准存在可操作性差、试验条件和性能指标制定不合理的问题,基于这些原因,中国石油集团工程技术研究院负责制定SY/T 5504.4-200×《油井水泥外加剂评价方法第4部分:促凝剂》,参加起草的还有中国石油长庆油田分公司和大港油田集团公司固井技术服务公司。由在大量试验论证与广泛征求意见的基础上,2007年已通过报批稿,等待发布与实施。引用文件GB 10238-2005(等效ANSI/API 10A/ISO10426-1-2001)及GB/T 19139-2003。规定了理化指标(外观、细度)、掺量(固体≤3%、液体≤8%)、试验方案及评价参数,即稠化时间之比(32℃、8.3MPa)、抗压强度(39℃、6h)抗压强度之比(39℃、常压、24h)。
——其他相关标准
誗SY/T 6544-2003《油井水泥浆性能要求》
SY/T 6544-2003《油井水泥浆性能要求》规定了油气井常规注水泥作业和尾管注水泥作业对水泥浆性能的要求。适用于常规注水泥作业和尾管注水泥作业水泥浆性能设计;特殊井注水泥作业亦可参考使用。该标准由长庆石油勘探局工程技术研究院起草,2003年3月18日发布,2003年8月1日实施;
誗SY/T 10022.1-2001《海洋石油固井设计规范第1部分:水泥浆设计与试验》
规定了海洋石油固井作业对水泥浆性能设计的要求、水泥浆试验条件确定的依据以及试验方法,主要用于海洋石油及天然气固井、修井及注水泥作业。标准内容类似于SY/T 6544-2003《油井水泥浆性能要求》和GB/T 19139-2003《油井水泥试验方法》,在试验条件相同的情况下,技术指标针对海洋石油固井作业要求更加苛刻,例如,生产套管滤失量,领浆滤失量小于200mL(SY/T 6544-2003《油井水泥浆性能要求》小于250mL),尾浆滤失量小于100mL(SY/T 6544-2003《油井水泥浆性能要求》小于150mL)。
对完善我国今后油井水泥浆标准体系的思路与认识
综观我国油井水泥及外加剂技术标准体系的建立与发展,我国水泥浆技术标准化道路是曲折的。在老一辈石油人的努力下,标准体系模式及框架逐步构建并得以发展,标准化程度不断提高,同时,标准化工作本身也推动了技术的迅猛发展。但目前标准体系存在几个方面的重大问题,迫切需要改进。
1 建立及时高效的油井水泥浆技术标准编制与运行机制
我国的相关采标滞后问题非常明显。例如:GB 10238-1998《油井水泥》等效采用API Spec 10A第22版(1995年版);GB 10238-2005修改采用ANSI/API 10A/ISO 10426-1-2001《固井用油井水泥与材料规范》(2001年版生效日期:2002年10月1日);SY/T 5546-92《油井水泥应用性能试验方法》参照采用API Spec 10《油井水泥材料和试验规范》(第3版,即1988年版);GB/T 19139-2003《油井水泥试验方法》修改采用1997年12月第22版API RP 10B。另外,技术标准制修订周期(标龄)问题过长。例如:SY/T 5403-91《油井水泥用空心微珠》、SY/T 5480-92《注水泥流变性设计》标龄太长,GB10238-1998《油井水泥》到GB 10238-2005修订经过了7年,SY/T 5546-92《油井水泥应用性能试验方法》到GB/T 19139-2003《油井水泥试验方法》修订经过了11年,而API、ISO标准版本更新就很快,标龄一般2~5年。
为此,我们需要建立及时高效的油井水泥浆技术标准编制委员会与运行机制。主要从以下几个方面着手:(1)建立高效的专标委。选择行业专家、厂家代表、质检人员组成专标委,人数少但具有代表性;(2)设定适宜的标准制修订周期。现代技术生命周期大大缩短,要充分利用先进技术,发挥经济效益,必须及时修订相关标准,推进技术的快速实施利用;(3)充分利用现代网络技术,发挥信息化优势,提高办公效率。网上开辟专栏,征求意见、反馈、审核标准、召开网上专家会议,减少成本与时间安排等矛盾,也解决了专业人员精力分配与自我调配;(4)加大对质检部门的研发投入。作为连接油田现场需求和生产厂家的纽带,质检部门既可以及时了解固井提出的新问题,也可以发现生产的不足;在大量检测试验中积累大量数据,成为创新技术的重要基地。而目前质检部门普遍存在着经费不足的现象,极大制约了研发的能力和积极性。
2 进一步提高油井水泥浆技术标准体系的科学性
目前,我国油井水泥浆技术标准体系基本明确了主要有“水泥浆设计与试验规范313”和“油井水泥外加剂评价方法标准314”两个体系分支表(见表1、表2)。
(1)由表1看,SY/T 5403-1991《油井水泥用空心微珠》,放在这个体系表显得不合适,应剔除掉。建议与油井水泥常用的其他材料诸如用于高温井的硅粉,用于低密度水泥浆的粉煤灰,以及膨润土和水玻璃等众所周知的一大批外掺料,可归为第3个标准体系分支。由于它们的用量在固井施工作业中相当可观,还没有统一的标准,如对硅粉细度要求差异很大,有要求140目,有160目,有200目通过率,二氧化硅含量(纯度)指标要求不一,缺乏整个市场的统一性,所以规范外掺料技术标准,不容忽视。
(2)SY/T 10022.1-2001《海洋石油固井设计规范第1部分:水泥浆设计与试验》试验方法与GB/T19139-2003《油井水泥试验方法》一样修改采用1997年12月第22版API RP 10B,水泥浆设计内容又与SY/T 6544-2003《油井水泥浆性能要求》有重复,建议象类似的情况应去掉重叠部分,作合并处理,使脉络更清晰。同时,联系我国固井现场实际,伴随技术发展,加快我国研究与制定水泥石韧性、膨胀性、防冻性等水泥浆设计与试验规范。另外,仍应坚持随时跟踪国外及国际先进标准的发展动态,关注其它相关引用标准的发展动态,满足不断提高的固井特殊工况的作业要求。我们已了解到ISO10426-3:2003,即第3部分:深水油井水泥配方的试验方法(第1版为2003年8月15日实施,现在为2004年版);ISO 10426-4,即第4部分:常压泡沫水泥浆的制备和试验方法;ISO 10426-5,即第5部分:常压下油井水泥配方收缩及膨胀的试验方法;ISO10426-6,即第6部分:水泥浆配方静胶凝强度的试验方法(2005年6月5日提出该标准的工作草案,现在正在制定)。
(3)由表2看,笔者认为“油井水泥外加剂评价方法标准314”体系称法存在问题,虽然明确了体系的内容,但限制了油井水泥外加剂通用技术条件、包装、验收、环保、配伍性等标准的发展空间,这是对油井水泥浆体系发展很不利的。建议称为“油井水泥外加剂”。另外,仅就标准314体系中所设计的油井水泥外加剂评价方法所含数量还是远远不够的。目前,国外对各类油田化学剂的分类方法(根据API/I-ADC方法)分类,将油井水泥外加剂分为12大类。它们包括:密度降低剂(Extenders and Density Reducing Additives)、促凝剂和盐(Accelerators and Salts)、分散剂(Dispersants)、缓凝剂(Retarders)、降失水剂(Fluid Loss Control Additives)、防气窜剂(Antigas Migeation Agents)、膨胀剂(Bond Improving and Expanding Agents)、加重剂(Density Increasing and Weighting Agents)、防高温衰退剂(Silica to Reduce or Prevent High Temperature Strength Retrogression)、消泡剂(Anti-foam or Defoaming Agents)、自由水控制和悬浮剂(Free-water Control and Suspending Agents)、防漏剂(Materials to Reduce or Prevent Lost Circulation)。要是都编制一个评价方法或材料规范,也要12个标准,而我们只有4个。相比较钻井液(19大类产品,46个标准),酸化液(26大类产品,13个标准)等其他油田化学专业主要技术标准相比数量还较少。象冲洗液、隔离液、膨胀剂、消泡剂等未列在体系314中,它们是我们日常使用多年的外加剂产品,企业标准铺天盖地,参差不齐,首先应列入体系中,从而组织相应行业标准的制定。而有效防止气体环空气窜,提高高压气层水泥浆封固能力的防气窜剂及控制水泥浆相弱胶结或孔洞性地层漏失的防漏剂虽已列在体系中,还应加快行业标准的制定。
3 进一步提高油井水泥浆标准的技术可操作性
标准可操作性是衡量标准效力的重要指标。固井水泥浆技术的特殊性造成了标准的不易制定。水泥浆配方的调节是一个动态的过程,改变一个外加剂用量在多数情况下并非只影响某一项水泥浆性能,而是“牵一发动全身”的过程,即会影响到水泥浆其他一系列性能因素,这些因素又会相互制约。如水泥浆失水较大时,降失水剂用量增加,尽管失水量降低,水泥浆稳定性得到改善,游离液可能得到控制,但同时却会导致初始稠度增加,流变性降低,可泵性变差。所以,水泥浆配方调节是多种产品共同作用的结果,标准的可操作性提高,无疑会给固井现场施工带来很大便利。我国油井水泥及外加剂标准通过近半个世纪运作,技术可操作性不断提高,但仍有许多问题将要解决和改善。
(1)产品质量稳定性指标的确定应进一步研究
油井水泥、油井水泥外加剂、外掺料各批次质量稳定性对固井配方的影响也日益突出,对其进行均质性研究、合理量化、制定控制质量稳定性指标(稠化时间、固含量及粘度等指标),是对生产厂家、标准编制及现场服务提出更高的要求。清理标准,简化程序,发掘科学的试验及评价方法,才能保证固井安全,节约成本,提高效率,走出大量重复试验的泥潭。
(2)油井水泥与外加剂配伍性问题不可避免
油井水泥单检合格,但与外加剂复配问题,一直困扰着我们,这就造成对产品评价的不客观性,不能判定是油井水泥问题还是外加剂问题,研究影响油井水泥与外加剂配伍性,提到日程上来。表3列出了同样合格的G(HSR)油井水泥与降失水剂及减阻剂复配得出的不同的结果。
从表3中可以看出,同样合格的G级油井水泥3#、4#与同一优选的降失水剂配伍性差,不但起不到降失水的作用,反而在很短的时间内就窜了;另外,同样合格的G级油井水泥6#、10#与同一优选的减阻剂配伍性差,表现为流变性能不但没有改善,反而使水泥浆体流变性能变得很差。
注:*列代表G级油井水泥与降失水剂配伍性试验结果,其中水泥浆组成为:水泥800g+蒸馏水352g+减阻剂USZ0.3%+降失水剂(优选的G309)1.5%+消泡剂0.2g。**列代表G级油井水泥与减阻剂配伍性试验结果,其中水泥浆组成为:水泥800g+蒸馏水352g+减阻剂USZ0.5%。
结束语
在石油钻井工程专业标准化委员会统一协调下,各大油田、科研院所和生产企业的相关专家和工程技术人员积极参与合作,经过半个世纪的共同努力实现了我国油井水泥浆技术标准体系从无到有,从简单采标到自主创新。随着石油技术的飞速发展和固井施工作业中发现的新问题,油井水泥浆标准体系还需要进一步完善,及时高效地反映最新技术进步,提高油井水泥及外加剂产品的质量水平与技术水平,促进石油工业更快地发展。
参考文献
[1]沈伟.油井水泥外加剂评价方法标准应用指南[M].北京:石油工业出版社,2006.