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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
60℃抗压强度减小幅度比38℃大，即实验温度越高，抗压 强度对水灰比的变化越敏感;随着水灰比的增加，游离液 含量增加。 （6）化学成分影响：
1、 铝酸三钙
C3A的水化速度快，早期水化热高，凝
结速度快，如不加石膏等缓凝剂，C3A可在数秒内凝结，导
第三节 油井水泥化学指标和物理性能
一、化学分析
标准中的化学要求是随水泥的级别和类型而不同的。对
于化学成分的要求在前面的API化学要求中已经提过，如果想
了解可以看看 API化学要求表及我国的化学要求表。
二、物理性能
2.1对于水泥物理性能的介绍先从以下几个概念介绍起。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
成本也较高。水泥的细度是影响水泥水化性能的一项重要 指标。一般认为水泥颗粒粒径大于40 µm时水泥几乎不水化 或水化速度很慢，直接影响水泥的结石强度。另一方面水
泥细度与可注入加固裂缝的尺寸成正比例，水泥越细，可
注入裂缝的尺寸愈小，扩散半径愈大，注浆效果愈好。表
一、化学组成 水泥的质量主要取决于化学成分，以G级水泥为例，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，油井水泥包括4种主要成分: 铝酸三钙C3A(3CaO· A12O3)； 铁铝酸四钙C4AF(4CaO· A12O3· Fe2O3)；
硅硅酸三钙（3CaO· SiO2)；
硅酸二钙C2S(2CaO· SiO2)。
1.2.4中。
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第二节 油井水泥组成、级别和类型
表1.2.4 油井水泥水灰比、水泥浆密度和产浆率
级 别 A、B 需水量 46 水泥浆密度% 1.87 产浆率% 0.78 备 注
C
G D、E、F、H
56
44 38
1.77
1.89 1.96
0.88
0.76 0,70
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密度。因为稠化时间、抗压强度等性能受水灰比影响很大，
为了获得合适的水泥性能，混合作业时，对浆液的密度应 该仔细加以控制。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
水泥浆失水：是指替浆时水从浆液中向地层流失的水量。 当液体从水泥中被压出时，增大了浆液密度，同时改变了浆
液的特性。如果失去大盘水，浆液变得太稠或太粘，泵送就
第二节 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。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。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。
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第二节 油井水泥组成、级别和类型
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第二节 油井水泥组成、级别和类型
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。一般适用 于需早强和抗硫酸盐的浅层井作业。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。
致水泥急凝。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
C3A的硬化速度很快，3d即可发挥出大部分强度。但强度的 绝对值不高,3d以后强度几乎不再增长，甚至倒缩。C3A水化硬 化过程的干缩变形大，硬化产物抗硫酸性能差。在比表面积、
石膏加量一定的条件下，C3A含量对油井水泥稠化时间、初始
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
稠化时间：是指水泥浆在井中仍然可以泵送的时间。
这是油井水泥最关键性的性质。稠化时间允许短时间内泵
送浆液到预定位置，迅速恢复工作。 浆液的密度：是水泥浆的重量除以它的体积。这个密度 应该低到能被弱岩层所支承，高到能控制油井压力。为了 控制油井压力并能清除泥浆，这个密度绝对不能小于泥浆
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第二节 油井水泥组成、级别和类型
二、油井水泥级别、分类及应用 2.1油井水泥级别、分类
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，何种水泥适用
于不同的井深、温度和压力。
困难，而且高失水的水泥浆所形成的水泥饼会阻碍水泥流动， 粘结阻塞套管等等。 渗透性：是度量流体流过岩石或水泥孔隙的难易程度， 以达西表示。当然，凝固的水泥渗透性愈低，则管子保护愈 好。抗压强度增加则渗透性减少;同样抗压强度减小，则渗 透性增加。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
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第二节 油井水泥组成、级别和类型
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。
水灰比：是指水的重量与水泥重量之比。最大水量是指
一种油井水泥在发生固体分离之前能够加入的水量。最小水
量是指配成可以泵送的水泥浆所要求的水量。因此，正常水 的比率对于某一特定的水泥等级来说，应控制在最大和最小 水灰比范围之间。 细度：是指水泥颗粒总体的粗细程度。水泥颗粒越细， 与水发生反应的表面积越大，因而水化反应速度较快，而且 较完全，早期强度也越高，但在空气中硬化收缩性较大。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
因此，在井下温度超过110℃时，为防止水泥石抗压强度衰 减，必须在G级油井水泥中加入适量磨细的石英粉，以满足高温 油气井固井工程技术要求。 （4）压力影响：在52℃下，水灰比为0.44时，压力变化对油 G级油井水泥稠化时间的影响结果见下表 。从下表可以看出， 随着压力的升高，稠化时间缩短。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
表1.3.4压力对水泥稠化时间的影响
P/MPa
t/min
25

40
109
45
104
(5)水灰比影响：当温度、压力和配浆转速保持不变时，水 灰比变化对油井水泥稠化时间、抗压强度的影响见表1.3.5。 由表1.3.5看出，随着水灰比的增加，稠化时间增长，抗压强 度减小。
稠度的影响见表。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
(2) 硅酸三钙(3CaO·SiO2)
C3S其水化较快，早期强度高。8h抗压强度随C3S含量的增
加而明显增大，C3S含量对初始稠度和稠化时间的影响无规律性。 同时区C3S水化时要析出较多的Ca(OH)2，又会造成抗硫酸盐性 能差，因而G级油井水泥的C3S含量不宜过高。但C3S含量过低时， 8h抗压强度低。
1.3.1反应了比表面对G级油井水泥物理性能的影响。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
（2）石膏加量：石膏加量对G级油井水泥物理性能的影响
结果见表1.3.2 。由表1.3.2可以看出，当水泥比表面积相近
时，随着石膏加量的增加，水泥物理性能变化明显。所以一 般控制水泥中S03含量为2.0%士0.2%，水泥各项物理性能比较 理想。表1.3.2 石膏加量对G级水泥物理性能的影响。
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第二章
一、API油井水泥标准
普通油井水泥介绍
第一节 油井水泥工业标准
API油井水泥标准是采用的稠化时间、初始稠度、游离水 含量和抗压强度等物理性能技术指标，以及在模拟不同井深的 温度和压力条件下注水泥作业的动态试验方法得出的标准。为 了保证油井水泥质量的稳定性，API油井水泥规范还对不同级 别水泥的化学成分及其矿物组成的要求作了严格规定。下面两 表列出了API油井水泥的化学要求和物理性能。
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第一节 油井水泥工业标准
二、我国油井水泥标准
我国油井水泥标准经历了两个不同的体系。但最后认为，
执行国际先进标准可以提高油气井固井、修井质量，因此通
过室内试验得出的标准。基本上靠近了API标准。
修定后的标准中，油井水泥的化学要求和物理性能要求
见我国油井水泥工业标准表。
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第三节 油井水泥化学指标和物理性能
(3) 硅酸二钙(2CaO· SiO2)
C2S是硅酸盐水泥矿物中水化较慢的化合物，特别在低
温(低于60℃)条件下其水化速度缓慢，如水泥中C2S含量高， 会导致稠化时间延长,8h抗压强度低。所以，G级油井水泥
2.2影响油井水泥物理性能的因素主要是锻烧工艺、细度
（比表面积）、石膏及其加量、水泥化学成分(含矿物组成)、
温度和压力、水灰比等。 下面以G级水泥通过室内实验的出的结论来对影响油井水泥 物理性能的因素进行分析： 1）细度：细度是指水泥颗粒总体的粗细程度。水泥颗粒 越细，与水发生反应的表面积越大，因而水化反应速度较快， 而且较完全，早期强度也越高，但在空气中硬化收缩性较大，
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目
一.概述
录
二.普通油井水泥介绍 三.特种油井水泥及应用
四.油井水泥外加剂介绍
五.目前施工工艺及要求
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第一章
概
述
油井水泥是应用于油气田进行固井、修井、挤注等用途 的硅酸盐水泥和非硅酸盐水泥的总称，包括掺有各种外加剂 的改性水泥。 由于井下环境比地面条件恶劣得多，所以对其化学组 成和物理性质方面的要求比建筑水泥严格得多，况且，由于 施工方法不同，特别是对水泥浆密度、稠度、稠化时间和抗 压强度等都具有更高的要求。