我國油井水泥及外加劑現行標準應用淺析

楊 威，王麗敏，宋 鶴，唐俊峰，黃 晨

中國石油集團工程技術研究院石油工業油井水泥及外加劑質量監督檢驗中心（天津300451）

我國油井水泥及外加劑現行標準應用淺析

楊 威，王麗敏，宋 鶴，唐俊峰，黃 晨

中國石油集團工程技術研究院石油工業油井水泥及外加劑質量監督檢驗中心（天津300451）

油井水泥及外加劑類標準給出了水泥漿性能評價方法及各類固井材料的基本性能要求，對確保固井質量起著不可替代的重要作用。目前，作為油井水泥及外加劑標準體系中的基礎性國家標準GB/T 10238-2015《油井水泥》已于2015年9月11日正式發布，將于2016年8月1日正式實施。基于舊版《油井水泥》國家標準制修訂的相關標準都需要進行相應修訂或確認繼續有效。詳細介紹了各現行標準需要修訂的內容，并結合各標準運行的實際情況給出了相應的修訂建議。

油井水泥；水泥外加劑；技術標準

1 油井水泥及外加劑標準體系簡介

標準對產品質量的穩定和連續性控制具有不可替代的重要作用，自20世紀80年代，我國逐漸開始推進油井水泥及外加劑標準體系的建設工作[1]。經過30多年的發展，目前，我國已經建立起涵蓋國家標準、行業標準和企業標準的較為完備的油井水泥及外加劑標準體系[2]。該體系可以分為兩個部分，第一部分為油井水泥及其試驗方法類標準，第二部分是油井水泥外加劑評價方法類標準。現行的油井水泥及外加劑標準體系中“油井水泥及其試驗方法類標準”主要由2個國家標準和2個行業標準組成，見表1。

現行的“外加劑評價方法類標準”見表2。

從表1、表2中可以看到，雖然現行的油井水泥及外加劑標準體系已經比較完善，但也存在著部分標準運行時間長，需要修訂、更新等問題。日前，GB/T 10238-2015已經正式發布[3]，GB/T 19139-2012也已有效實施了3年的時間[4]。由于兩部基礎性國家標準的先后更新，油井水泥及外加劑技術標準體系中其他相關標準也應進行相應的修訂或經確認后繼續實施。結合體系表中各標準的實際應用情況，將對各標準的修訂內容和修訂方向進行簡單探討，以促進油井水泥及外加劑標準不斷完善。

表1 油井水泥及其試驗方法類標準

2 現行標準簡析

2.1 油井水泥及其試驗方法類標準

GB/T 10238-2015《油井水泥》將于2016年8月1日正式實施，該標準通過修改采用ISO 10426-1:2009《固井用油井水泥與材料第1部分：規范》代替了運行了11年的GB 10238-2005，相比于上一版，現行油井水泥標準在以下內容上做出了修改：①標準性質由強制性國家標準改為推薦性國家標準；刪除了E級，F級兩個級別油井水泥。②對溫度測量和控制系統的溫度允許偏差值和壓力測量系統要求做了修改：第8章溫度允許偏差由原來的±1.7℃（3℉）修改為±2℃（3℉）；第9章壓力機的示值誤差由原來的±1%修改為±2%；第10章稠化時間試驗中升溫和加壓過程中，由原來規定溫度±1℃（±2℉）和規定壓力±0.7MPa（±100psi）范圍修改為溫度±3℃（±6℉）和規定壓力±2MPa（±300psi）范圍。③對計時器和溫度測量系統的校準頻次要求做了修改：第7章拌合裝置校準次數由原來無規定修改為每年校準1次；第8章常壓稠化儀溫度測量系統校準頻率由1次/月修改為至少每季度1次，計時器由半年校準1次修改為每年校準1次；第9章溫度測量系統校準由每月不應少于1次修改為每季度校準1次；第10章稠化時間試驗溫度測量系統校準次數由每月不應少于1次修改為至少每季度校準1次，計時器由每半年校準1次修改為至少每年校準1次。④抗壓強度試模邊長由原來的50.8mm修改為50mm或2in（50.8mm）。⑤增壓稠化儀所用烴類油的各項性能指標發生了變化。黏度由7～75mm2/s修改為6～79mm2/s；比熱由2.1～2.4kJ/(kg·K)修改為1.9～2.5kJ/(kg·K)；導熱系數由0.119～0.133W/(m·K)修改為0.112～0.138W/(m·K)；比重由0.85～0.91修改為0.83～0.93。

表2 油井水泥外加劑評價方法類標準

新標準實施后，通過對標準變化后的內容、所用儀器設備、人員能力等方面的確認，我們認為新標準對儀器設備、實驗室環境的要求和舊版標準一致，未發生變化，具備舊版標準檢測能力的機構完全具備按照新標準開展油井水泥檢驗的能力，但是按照新標準開展檢測活動前應該按照相關程序對標準變更進行確認。結合標準的實際使用情況，在對新標準的理解過程中，應該注意到以下內容：①取樣時，袋裝水泥和散裝水泥要分別編號，袋裝水泥一個編號不能超過400t。取樣是按照GB/T 12573-2008《水泥取樣方法》規定的內容進行取樣的，取樣量不少于12kg；②結合GB/T 10238-2015對“游離液”的定義和技術指標可以確認：游離液含量是靜置條件下，從水泥漿中離析出的液體占水泥漿體積的百分數。標準8.4部分游離液的計算公式是經變形后的最終計算形式，其轉換過程如下：

式中：φ為游離液含量，%；VFF為游離液的體積，mL；V為初始的水泥漿體積，mL；ms為初始的水泥漿質量，g；ρ為水泥漿的密度，g/cm3。

注：GB 10238-2005規定當水泥相對密度為3.14、水灰比為0.44時，G級水泥漿密度為1.90g/cm3；而GB/T 10238-2015中規定當水泥的密度為（3.18± 0.04）g/cm3、G級水泥水灰比為0.44時，水泥漿密度為1.91g/cm3，其他情況需要通過計算獲得。

GB/T 10238-2015《油井水泥》和GB/T 19139-2012《油井水泥試驗方法》是我國油井水泥技術標準中2個國家標準，它們一起規范了我國油井水泥材料和水泥試驗方法，是我國水泥漿技術標準的基礎。但是GB/T 10238-2015《油井水泥》是由全國水泥標準化委員會歸口、中國建筑材料科學研究總院聯合各水泥生產廠家、相關儀器生產廠家和國家水泥質檢中心聯合起草。在整個起草過程中，油井水泥的使用單位參與度較低，造成了2個國家標準在某些基本術語的定義上存在一定的差異，不利于2個基礎性標準的統一和實施。例如GB/T 10238-2015中對稠度單位、游離液和稠化時間的定義與GB/T 19139-2012的規定存在一定差異，而且在兩部標準中對“油井水泥外加劑（Oil Well Cement Ad?ditive）”這一術語的描述，一個稱之為“油井水泥添加劑”（GB/T 10238-2015），一個稱之為“外加劑”（GB/T 19139-2012），所以建議兩部標準在起草制定過程中，制修訂單位和歸口的標準化委員會能夠相互溝通，避免描述性用語的差異。

GB/T 19139-2012《油井水泥試驗方法》是于2013年7月1日正式實施的，GB/T 19139-2012是通過修改采用ISO 10426-2:2003《固井用油井水泥與材料第2部分：油井水泥試驗方法》制定的。該標準規定了油井水泥應用性能的試驗方法和相關參數的計算，對于水泥石抗壓強度和水泥漿的稠化試驗，還給出了具有代表性的試驗方案。現行標準在前言部分列出了與舊版標準相比的主要變化，目前該標準已有效運行3年多的時間，在油井水泥及外加劑技術領域發揮了重要作用。由于該標準引用的GB/T 10238-2015已更新至最新版本，建議重新修訂“3.1.11水泥級別”，刪除E、F兩個級別的油井水泥。標準中其他相關內容也建議進行相應的修訂。例如“9.2.2”部分對烴類油的性能要求，在最新的GB/T 10238-2015中已有不同程度變化。這些相關性的內容建議進行修改，達到兩部基礎性標準對設備等要求的統一。

由表1可看到體系中包含2個行業標準，SY/T 6544-2010《油井水泥漿性能要求》主要規定了油氣井常規固井和特殊井固井的水泥漿性能要求和試驗方法，該標準是固井設計的指導性標準之一，主要試驗方法是按照GB/T 19139-2012和SY/T 6466-2000的規定進行的，但是該標準也給出了相容性試驗的方法和稠化過渡時間的定義。SY/T 6466-2000《油井水泥石抗高溫性能評價方法》規定了油井水泥石經高溫養護后的抗壓強度、滲透率的試驗方法和判定規則。而SY/T 6466-2000自2000年10月1日正式實施以來已經運行15年以上，目前水泥石的性能測試方法已有了不同程度的發展和改進，建議根據標準的使用情況進行重新修訂，提高標準的可執行性，以利于該標準的實施和推廣。

2.2 油井水泥外加劑評價方法類標準

目前，常見的油井水泥外加劑主要有緩凝劑、降失水劑、減阻劑、促凝劑、防氣竄劑、減輕劑、加重劑、膨脹劑、消泡劑、增韌劑、堵漏劑、強度衰退抑制劑、游離液控制與固體懸浮調節劑、特種外加劑等14類[5]。而油井水泥外加劑評價方法類標準已經涵蓋前8種外加劑。在按照標準對外加劑進行檢驗前，首先提醒大家注意的是8個標準中，樣品的取樣方法都是引用GB/T 6678-2003、GB/T 6679-2003和GB/T 6680-2003這3個標準，但是有部分標準規定了相應外加劑的取樣量，見表3。

表3 部分標準中規定的外加劑取樣量

防氣竄劑、減輕劑和加重劑雖然沒有規定具體的取樣量，但是都規定要滿足評價試驗和留樣的需求，根據日常試驗的經驗我們建議防氣竄劑的取樣量不少于1 000g、減輕劑的取樣量不少于2kg，加重劑的取樣量不少于6kg。

SY/T 5504.1-2013相比于舊版標準增加了密度指標范圍[6]，即基準密度±0.02/cm3，給出明確的指標范圍將有利于督促生產廠家生產出連續、穩定、均勻的產品。不過，和舊版標準相比，現行標準刪除了“40Bc～100Bc的時間”等術語，不利于標準的實施。例如該標準5.4.3.2章中規定：“按GB/T 19139-2012進行稠化試驗，讀取基準配方的初始稠度、過渡時間、稠化線性突變值及稠化時間”。但是，在GB/T 19139-2012中只有稠化時間的定義，而SY/T 5504.1-2013中也僅對基準配方、稠化線性突變值2個術語給出了定義，剩余的初始稠度和過渡時間（40Bc～100Bc的時間）2個術語卻沒有給出解釋，雖然固井專業的技術人員能夠理解類似的術語，但是作為標準的制修訂單位在關鍵術語上應該給出定義或者引用，以方便標準的實施和推廣。此外，“4.2應用性能”部分基準配方水泥漿的推薦密度范圍是（1.90±0.01）g/cm3，建議根據GB/T 10238-2015第8.4章和GB/T 19139-2012第5.3.1.4章的內容重新修訂為（1.91±0.01）g/cm3，使行業標準的內容符合新版國家標準的要求。SY/T 5504.2-2013引用了SY/T 5504.1-2013規定的術語和定義，但是同樣在指標中對“初始稠度”和“過渡時間”2個未定義參數有要求，建議在標準中給出具體的定義或引用。而且，該標準的第“4.2應用性能”部分，基準配方水泥漿的推薦密度范圍也需要根據國家標準的更新而重新修訂。

SY/T 5504.3-2008[7]雖然已經實行了8年多的時間，但是不影響該標準的繼續使用，尤其是該標準的制定思路值得借鑒，該標準中：①規定了減阻劑的加量，使的所有的減阻劑能用同一把“尺子”進行評判；②提出了“抗壓強度之比”和“稠化時間之比”2個參數，利于檢驗不同減阻劑和水泥之間的相容性。這兩點內容在標準中的確立，可以使得油田用戶選出符合自身實際情況的合格減阻劑。而且，該標準在涉及到“稠化線性”和“初始稠度”等需要解釋的術語時，在文本中給出了詳細的描述，利于標準的理解和執行。建議該標準及時確認繼續有效，以保證標準代號的更新。此外，SY/T 5504.4-2008也同樣需要及時確認有效。

SY/T 5504.5-2010引用的SY/T 5313《鉆井工程術語》已于2015年1月14日作廢，目前尚無現行的術語類標準，而且已經作廢的SY/T 5313-2006第16.2.28條“初始稠度”的定義是：“在水泥漿稠化試驗中，從試驗開始的15min內測量到的稠度值”，這與SY/T 5504.4-2008以及我們常規理解的“15～30min之間最大稠度值”不一致，建議標準重新修訂時予以明確。

SY/T 5504.6-2009和SY/T 5504.7-2010這2個標準在重新修訂時建議更新規范性引用文件，盡量引用現行有效的國家或行業標準。而SY/T 5504.8-2013在重新修訂時建議按照最新國家標準要求將“5.4.2.1”節中制備的水泥漿密度范圍調整為（1.91± 0.01）g/cm3，另外，對“初始稠度”這一術語也應進行描述或者引用。

2.3 其他標準

兩大體系表以外的標準主要是各類相關的企業標準，目前行業標準還沒有覆蓋到的一個常用產品就是油井水泥消泡劑，因為各類油井水泥消泡劑的消泡機理不盡相同，這就造成了相關企業標準的測試方法也各不相同。現在企業標準中，比較具有代表性的就是中國石油天然氣集團公司的企業標準Q/SY 1582-2013《油井水泥消泡劑技術規范》，該標準規定了油井水泥消泡劑的技術要求和試驗方法。該標準中主要的技術指標是“水泥漿密度恢復率”，該指標能夠有效評價油井水泥消泡劑的消泡性能，但是該標準不能評價消泡劑對水泥漿和水泥石本身性能的影響。一般情況下，理想的油井水泥消泡劑在消除水泥漿或水泥漿體系中的氣泡后不能影響或者明顯影響水泥漿的稠化試驗和水泥石的抗壓強度。所以建議參考SY/T 5504.3-2008引入“稠化時間之比”和“抗壓強度之比”等參數來評價消泡劑與水泥漿或水泥漿體系之間的相容性。歸口和起草單位可以重新修訂該企業標準，并且推動新的企業標準成為行業標準或為行業標準的制定做好相關基礎性預研工作。

3 結論及建議

1）油井水泥及外加劑技術標準體系中2個基礎性標準，GB/T 10238-2015和GB/T 19139-2012是由不同的標準化技術委員會歸口管理的，2個單位之間缺少必要的溝通造成了某些術語和定義的解釋存在差異，建議各起草單位在標準的征求意見及送審階段能廣泛征求生產、使用和檢測部門的意見，有利于標準的統一和推廣。

2）由于2個基礎性國家標準的先后更新，造成了“油井水泥外加劑評價方法”類標準也需要不同程度上進行修訂或確認。而目前外加劑評價方法類標準中某些標準在術語定義和解釋上有缺失或引用錯誤，希望各標準的制修訂單位能夠根據各標準的實際運行情況做出相應的修訂。

3）雖然外加劑評價方法類標準已經涵蓋了14類外加劑中的8種，但是目前油田常用的油井水泥消泡劑還沒有相應的行業標準。希望鉆井專標委能夠組織相關單位討論該標準的編制思路，推動消泡劑評價方法類標準的調研、立項工作。

[1]聶海濱，安耀彬，呂偉.我國油井水泥及外加劑技術標準應用現狀[J].石油工業技術監督,2007,23（9）:10-12.

[2]沈偉.對我國油井水泥及外加劑技術標準化工作的認識與建議[J].中國海上油氣,2007,19（2）:121-124.

[3]全國水泥標準化技術委員會.油井水泥：GB/T 10238-2015 [S].北京：中國標準出版社，2016.

[4]全國石油天然氣標準化技術委員會.油井水泥試驗方法: GB/T 19139-2012[S].北京：中國標準出版社，2013.

[5]沈偉.油井水泥外加劑評價方法標準應用指南[M].北京:石油工業出版社,2006.

[6]國家能源局.油井水泥外加劑評價方法:第1部分緩凝劑: SY/T 5504.1-2013[S].北京：石油工業出版社，2014.

[7]石油工業標準化技術委員會石油鉆井工程專標委.油井水泥外加劑評價方法:第3部分減阻劑:SY/T 5504.3-2008 [S].北京：石油工業出版社，2008.

The relevant standards for oil well cement and its additives present the performance evaluation method of cement slurry and the basic performance requirements for various kinds of cementing materials,which plays an important role in ensuring cementing quali?ty.At present,the basic national standard in the oil well cement and its additive standard system GB/T 10238-2015“Oil Well Cement”had been officially published in September 11,2015 and will be officially implemented in August 1,2016.The relevant standards to the old version of“Oil Well Cement”should be revised or their validity should be determined.The contents of the existing standards to be revised are explained in detail,and the corresponding revision suggestions are proposed based on the actual operation situation of the standards.

oil well cement;oil well cement additive;technical standard

路萍

2016-03-24

楊威（1989-），男，碩士，工程師，現從事油田化學劑產品質量監督檢驗工作。