油井水泥产品技术工艺应用与现状分析

第一节 油井水泥产品分类与构成分析

一、油井水泥行业产品分类标准

实施的最新标准GBl0238-2005《油井水泥》把油井水泥分为了八种：A级、B级、C级、D级、E级、F级、G级、H级。其类型有O型、MSR和HSR型。

二、油井水泥产品国内市场份额

API各级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ASTMCl50，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ASTMCl50，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（0）型的化学成份和细度类似于ASTMCl50，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（重晶石粉、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。

2009年油井水泥产品国内市场需求区域份额分析

第二节 国内油井水泥产品技术工艺应用分析

我国油井水泥自1991年3月1日起采用美国石油会标准后，对产品的质量要求大大提高。前期，我国生产条件较好的大中型水泥厂，油井水泥的成品率也不高。为此部分企业研究改进生产工艺和装备，采用新型干法生产油井水泥，提高成品合格率，使产品质量达到美国和日本等国的实物质量标准。

第三节 国外油井水泥产品技术工艺应用分析

一、美国

1903年在美国加利福尼亚劳木波斯油田使用水泥浆封堵油层上部的水层，该油井被称为世界上最早的注水泥井。到目前为止油井水泥的研究和探索，已有百年的历史。在这一百多年里对油井水泥的研究取得了较为显著的成果。

在油井水泥中掺合各种纤维材料提高水泥石性能。David.Laprade将紧密堆积技术与Micro-ribbon技术联合使用，使油井水泥的PVF值达到58%～60%，增加了水泥的用水量，使水泥浆流变性得到改善的同时，纤维类材料的加入使水泥石的强度、韧性、抗地层流体污染能力都得到很大的提高，在美国LosAngeles盆地的浅井中得到很好的应用。

二、日本

1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。　20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批特种水泥，如油井水泥等。

1971年，日本的石川岛播磨公司在旋风预热器的基础上研制成功窑外分解窑（NSP窑）。到此为止，在湿法旋窑之后完成了新型干法窑的开发。

三、欧盟

在1824年英国人（Aspdin）阿斯普丁第一个获得波特兰水泥的专利，到1872年，英国人Johson取得了“仓窑”的专利，它与“杯窑”的工艺基本上相同，不同的是增加了预热系统，料子先装在烟囱干燥、预热，然后再装到杯窑里面烧，所以又进了一步了，进步之处在于为了节省煤耗而进行预热。由于预热过了，烧出来的熟料质量大大提高。

到了1884年，德国人德齐在“仓窑”的基础上进行了改良，叫“立窑”。它与“仓窑”不同的是多了一个冷却装置，它的预热、烧成和冷却都在窑里面。大约在第一次世界大战（1914年—1918年）前后，德国完成了立窑的机械化设计，接着进行推广，完成了机械化立窑发明的全过程。

立窑发明了以后，进入了旋窑的普通干法阶段。干法旋窑的发明，最早由英国人克拉登在1887年首先产生旋窑生产波特兰水泥的构想。

50年代的时候发明了生料均化库和预均化技术，再加上生料的计算机控制，保证了生料的均化，电收尘的发明，解决了干法窑尾的收尘问题，使新型干法的技术发展迅速。

第四节 我国油井水泥产品技术应用成熟度解析

油井水泥是用于油井和气井固井工程的特种硅酸盐水泥。我国虽已生产了几十年，但技术应用成熟度较低。与美国、日本和苏联等国相比，技术水平有很大差距。

由于油井水泥的生产一般是采用特殊化学成分配料煅烧的方法，生产的熟料密实度高，熟料难磨，且粉磨水泥时不允许加入混合材，因此，水泥窑的台时产量低，质量难控制，水泥磨台时产量也低。与生产通用硅酸盐水泥相比，资源消耗高，能耗高，台时产量低，生产效率低，会引起严重的温室气体排放。

第五节 油井水泥产品技术工艺与市场应用关系分析

我国油井水泥的生产工艺主要为回转窑，生产存在能耗高，产量小。随着我国特种水泥生产工艺的提高，目前部分企业已经采用新型干法窑生产油井水泥。随着我国石油、天然气的开发，油气井固井工程需求量大，将会带动油井水泥市场的发展。

第六节 不同类型生产工艺优缺点比较

油井水泥的生产工艺同普通硅酸盐水泥相同。但在某些生产环节上，必须满足油井水泥生产的基本要求。生产中所使用的原材料中，要求石灰石的氧化钙含量要高，粘土中的钾、钠含量要低，出磨生料应入均化库均化，以保证入窑生料的成分符合规定要求；煅烧熟料时，要严格控制熟料的升重和游离氧化钙的含量，必须达到规定的控制指标；出磨水泥入库后，应进行充分的均化，以保证出厂的产品质量全部符合标准规定的技术要求。

水泥的生产方法按照生料制备方法的不同有干法、半干法、湿法三种，而半干法、湿法工艺由于能耗高，绝大多数已被淘汰。将原料同时烘干与粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，喂入窑内煅烧，这一过程叫做干法生产。

将生料粉加水后制成生料球，然后喂入窑内（立窑或立波尔窑）煅烧，这一过程叫做半干法生产。

将原料加水，粉磨后变成生料浆，喂入窑内，这一过程叫做湿法生产。

湿法生产热好高，但电耗低，生料易于均化，孰料质量好，粉尘少。随着生产技术的发展，特别是均化技术的发展，收尘设备的改进，自动化水平的提高，使干法生产的孰料质量逐步提高，是目前发展的主要方向。目前，油井水泥生产厂家多数采用干法回转窑煅烧，生料预热充分，烧成化学反应完全，易于控制，熟料合格率高。

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