我国油井水泥及外加剂现行标准应用浅析

杨 威，王丽敏，宋 鹤，唐俊峰，黄 晨

中国石油集团工程技术研究院石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心（天津300451）

我国油井水泥及外加剂现行标准应用浅析

杨 威，王丽敏，宋 鹤，唐俊峰，黄 晨

中国石油集团工程技术研究院石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心（天津300451）

油井水泥及外加剂类标准给出了水泥浆性能评价方法及各类固井材料的基本性能要求，对确保固井质量起着不可替代的重要作用。目前，作为油井水泥及外加剂标准体系中的基础性国家标准GB/T 10238-2015《油井水泥》已于2015年9月11日正式发布，将于2016年8月1日正式实施。基于旧版《油井水泥》国家标准制修订的相关标准都需要进行相应修订或确认继续有效。详细介绍了各现行标准需要修订的内容，并结合各标准运行的实际情况给出了相应的修订建议。

油井水泥；水泥外加剂；技术标准

1 油井水泥及外加剂标准体系简介

标准对产品质量的稳定和连续性控制具有不可替代的重要作用，自20世纪80年代，我国逐渐开始推进油井水泥及外加剂标准体系的建设工作[1]。经过30多年的发展，目前，我国已经建立起涵盖国家标准、行业标准和企业标准的较为完备的油井水泥及外加剂标准体系[2]。该体系可以分为两个部分，第一部分为油井水泥及其试验方法类标准，第二部分是油井水泥外加剂评价方法类标准。现行的油井水泥及外加剂标准体系中“油井水泥及其试验方法类标准”主要由2个国家标准和2个行业标准组成，见表1。

现行的“外加剂评价方法类标准”见表2。

从表1、表2中可以看到，虽然现行的油井水泥及外加剂标准体系已经比较完善，但也存在着部分标准运行时间长，需要修订、更新等问题。日前，GB/T 10238-2015已经正式发布[3]，GB/T 19139-2012也已有效实施了3年的时间[4]。由于两部基础性国家标准的先后更新，油井水泥及外加剂技术标准体系中其他相关标准也应进行相应的修订或经确认后继续实施。结合体系表中各标准的实际应用情况，将对各标准的修订内容和修订方向进行简单探讨，以促进油井水泥及外加剂标准不断完善。

表1 油井水泥及其试验方法类标准

2 现行标准简析

2.1 油井水泥及其试验方法类标准

GB/T 10238-2015《油井水泥》将于2016年8月1日正式实施，该标准通过修改采用ISO 10426-1:2009《固井用油井水泥与材料第1部分：规范》代替了运行了11年的GB 10238-2005，相比于上一版，现行油井水泥标准在以下内容上做出了修改：①标准性质由强制性国家标准改为推荐性国家标准；删除了E级，F级两个级别油井水泥。②对温度测量和控制系统的温度允许偏差值和压力测量系统要求做了修改：第8章温度允许偏差由原来的±1.7℃（3℉）修改为±2℃（3℉）；第9章压力机的示值误差由原来的±1%修改为±2%；第10章稠化时间试验中升温和加压过程中，由原来规定温度±1℃（±2℉）和规定压力±0.7MPa（±100psi）范围修改为温度±3℃（±6℉）和规定压力±2MPa（±300psi）范围。③对计时器和温度测量系统的校准频次要求做了修改：第7章拌合装置校准次数由原来无规定修改为每年校准1次；第8章常压稠化仪温度测量系统校准频率由1次/月修改为至少每季度1次，计时器由半年校准1次修改为每年校准1次；第9章温度测量系统校准由每月不应少于1次修改为每季度校准1次；第10章稠化时间试验温度测量系统校准次数由每月不应少于1次修改为至少每季度校准1次，计时器由每半年校准1次修改为至少每年校准1次。④抗压强度试模边长由原来的50.8mm修改为50mm或2in（50.8mm）。⑤增压稠化仪所用烃类油的各项性能指标发生了变化。黏度由7～75mm2/s修改为6～79mm2/s；比热由2.1～2.4kJ/(kg·K)修改为1.9～2.5kJ/(kg·K)；导热系数由0.119～0.133W/(m·K)修改为0.112～0.138W/(m·K)；比重由0.85～0.91修改为0.83～0.93。

表2 油井水泥外加剂评价方法类标准

新标准实施后，通过对标准变化后的内容、所用仪器设备、人员能力等方面的确认，我们认为新标准对仪器设备、实验室环境的要求和旧版标准一致，未发生变化，具备旧版标准检测能力的机构完全具备按照新标准开展油井水泥检验的能力，但是按照新标准开展检测活动前应该按照相关程序对标准变更进行确认。结合标准的实际使用情况，在对新标准的理解过程中，应该注意到以下内容：①取样时，袋装水泥和散装水泥要分别编号，袋装水泥一个编号不能超过400t。取样是按照GB/T 12573-2008《水泥取样方法》规定的内容进行取样的，取样量不少于12kg；②结合GB/T 10238-2015对“游离液”的定义和技术指标可以确认：游离液含量是静置条件下，从水泥浆中离析出的液体占水泥浆体积的百分数。标准8.4部分游离液的计算公式是经变形后的最终计算形式，其转换过程如下：

式中：φ为游离液含量，%；VFF为游离液的体积，mL；V为初始的水泥浆体积，mL；ms为初始的水泥浆质量，g；ρ为水泥浆的密度，g/cm3。

注：GB 10238-2005规定当水泥相对密度为3.14、水灰比为0.44时，G级水泥浆密度为1.90g/cm3；而GB/T 10238-2015中规定当水泥的密度为（3.18± 0.04）g/cm3、G级水泥水灰比为0.44时，水泥浆密度为1.91g/cm3，其他情况需要通过计算获得。

GB/T 10238-2015《油井水泥》和GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》是我国油井水泥技术标准中2个国家标准，它们一起规范了我国油井水泥材料和水泥试验方法，是我国水泥浆技术标准的基础。但是GB/T 10238-2015《油井水泥》是由全国水泥标准化委员会归口、中国建筑材料科学研究总院联合各水泥生产厂家、相关仪器生产厂家和国家水泥质检中心联合起草。在整个起草过程中，油井水泥的使用单位参与度较低，造成了2个国家标准在某些基本术语的定义上存在一定的差异，不利于2个基础性标准的统一和实施。例如GB/T 10238-2015中对稠度单位、游离液和稠化时间的定义与GB/T 19139-2012的规定存在一定差异，而且在两部标准中对“油井水泥外加剂（Oil Well Cement Ad⁃ditive）”这一术语的描述，一个称之为“油井水泥添加剂”（GB/T 10238-2015），一个称之为“外加剂”（GB/T 19139-2012），所以建议两部标准在起草制定过程中，制修订单位和归口的标准化委员会能够相互沟通，避免描述性用语的差异。

GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》是于2013年7月1日正式实施的，GB/T 19139-2012是通过修改采用ISO 10426-2:2003《固井用油井水泥与材料第2部分：油井水泥试验方法》制定的。该标准规定了油井水泥应用性能的试验方法和相关参数的计算，对于水泥石抗压强度和水泥浆的稠化试验，还给出了具有代表性的试验方案。现行标准在前言部分列出了与旧版标准相比的主要变化，目前该标准已有效运行3年多的时间，在油井水泥及外加剂技术领域发挥了重要作用。由于该标准引用的GB/T 10238-2015已更新至最新版本，建议重新修订“3.1.11水泥级别”，删除E、F两个级别的油井水泥。标准中其他相关内容也建议进行相应的修订。例如“9.2.2”部分对烃类油的性能要求，在最新的GB/T 10238-2015中已有不同程度变化。这些相关性的内容建议进行修改，达到两部基础性标准对设备等要求的统一。

由表1可看到体系中包含2个行业标准，SY/T 6544-2010《油井水泥浆性能要求》主要规定了油气井常规固井和特殊井固井的水泥浆性能要求和试验方法，该标准是固井设计的指导性标准之一，主要试验方法是按照GB/T 19139-2012和SY/T 6466-2000的规定进行的，但是该标准也给出了相容性试验的方法和稠化过渡时间的定义。SY/T 6466-2000《油井水泥石抗高温性能评价方法》规定了油井水泥石经高温养护后的抗压强度、渗透率的试验方法和判定规则。而SY/T 6466-2000自2000年10月1日正式实施以来已经运行15年以上，目前水泥石的性能测试方法已有了不同程度的发展和改进，建议根据标准的使用情况进行重新修订，提高标准的可执行性，以利于该标准的实施和推广。

2.2 油井水泥外加剂评价方法类标准

目前，常见的油井水泥外加剂主要有缓凝剂、降失水剂、减阻剂、促凝剂、防气窜剂、减轻剂、加重剂、膨胀剂、消泡剂、增韧剂、堵漏剂、强度衰退抑制剂、游离液控制与固体悬浮调节剂、特种外加剂等14类[5]。而油井水泥外加剂评价方法类标准已经涵盖前8种外加剂。在按照标准对外加剂进行检验前，首先提醒大家注意的是8个标准中，样品的取样方法都是引用GB/T 6678-2003、GB/T 6679-2003和GB/T 6680-2003这3个标准，但是有部分标准规定了相应外加剂的取样量，见表3。

表3 部分标准中规定的外加剂取样量

防气窜剂、减轻剂和加重剂虽然没有规定具体的取样量，但是都规定要满足评价试验和留样的需求，根据日常试验的经验我们建议防气窜剂的取样量不少于1 000g、减轻剂的取样量不少于2kg，加重剂的取样量不少于6kg。

SY/T 5504.1-2013相比于旧版标准增加了密度指标范围[6]，即基准密度±0.02/cm3，给出明确的指标范围将有利于督促生产厂家生产出连续、稳定、均匀的产品。不过，和旧版标准相比，现行标准删除了“40Bc～100Bc的时间”等术语，不利于标准的实施。例如该标准5.4.3.2章中规定：“按GB/T 19139-2012进行稠化试验，读取基准配方的初始稠度、过渡时间、稠化线性突变值及稠化时间”。但是，在GB/T 19139-2012中只有稠化时间的定义，而SY/T 5504.1-2013中也仅对基准配方、稠化线性突变值2个术语给出了定义，剩余的初始稠度和过渡时间（40Bc～100Bc的时间）2个术语却没有给出解释，虽然固井专业的技术人员能够理解类似的术语，但是作为标准的制修订单位在关键术语上应该给出定义或者引用，以方便标准的实施和推广。此外，“4.2应用性能”部分基准配方水泥浆的推荐密度范围是（1.90±0.01）g/cm3，建议根据GB/T 10238-2015第8.4章和GB/T 19139-2012第5.3.1.4章的内容重新修订为（1.91±0.01）g/cm3，使行业标准的内容符合新版国家标准的要求。SY/T 5504.2-2013引用了SY/T 5504.1-2013规定的术语和定义，但是同样在指标中对“初始稠度”和“过渡时间”2个未定义参数有要求，建议在标准中给出具体的定义或引用。而且，该标准的第“4.2应用性能”部分，基准配方水泥浆的推荐密度范围也需要根据国家标准的更新而重新修订。

SY/T 5504.3-2008[7]虽然已经实行了8年多的时间，但是不影响该标准的继续使用，尤其是该标准的制定思路值得借鉴，该标准中：①规定了减阻剂的加量，使的所有的减阻剂能用同一把“尺子”进行评判；②提出了“抗压强度之比”和“稠化时间之比”2个参数，利于检验不同减阻剂和水泥之间的相容性。这两点内容在标准中的确立，可以使得油田用户选出符合自身实际情况的合格减阻剂。而且，该标准在涉及到“稠化线性”和“初始稠度”等需要解释的术语时，在文本中给出了详细的描述，利于标准的理解和执行。建议该标准及时确认继续有效，以保证标准代号的更新。此外，SY/T 5504.4-2008也同样需要及时确认有效。

SY/T 5504.5-2010引用的SY/T 5313《钻井工程术语》已于2015年1月14日作废，目前尚无现行的术语类标准，而且已经作废的SY/T 5313-2006第16.2.28条“初始稠度”的定义是：“在水泥浆稠化试验中，从试验开始的15min内测量到的稠度值”，这与SY/T 5504.4-2008以及我们常规理解的“15～30min之间最大稠度值”不一致，建议标准重新修订时予以明确。

SY/T 5504.6-2009和SY/T 5504.7-2010这2个标准在重新修订时建议更新规范性引用文件，尽量引用现行有效的国家或行业标准。而SY/T 5504.8-2013在重新修订时建议按照最新国家标准要求将“5.4.2.1”节中制备的水泥浆密度范围调整为（1.91± 0.01）g/cm3，另外，对“初始稠度”这一术语也应进行描述或者引用。

2.3 其他标准

两大体系表以外的标准主要是各类相关的企业标准，目前行业标准还没有覆盖到的一个常用产品就是油井水泥消泡剂，因为各类油井水泥消泡剂的消泡机理不尽相同，这就造成了相关企业标准的测试方法也各不相同。现在企业标准中，比较具有代表性的就是中国石油天然气集团公司的企业标准Q/SY 1582-2013《油井水泥消泡剂技术规范》，该标准规定了油井水泥消泡剂的技术要求和试验方法。该标准中主要的技术指标是“水泥浆密度恢复率”，该指标能够有效评价油井水泥消泡剂的消泡性能，但是该标准不能评价消泡剂对水泥浆和水泥石本身性能的影响。一般情况下，理想的油井水泥消泡剂在消除水泥浆或水泥浆体系中的气泡后不能影响或者明显影响水泥浆的稠化试验和水泥石的抗压强度。所以建议参考SY/T 5504.3-2008引入“稠化时间之比”和“抗压强度之比”等参数来评价消泡剂与水泥浆或水泥浆体系之间的相容性。归口和起草单位可以重新修订该企业标准，并且推动新的企业标准成为行业标准或为行业标准的制定做好相关基础性预研工作。

3 结论及建议

1）油井水泥及外加剂技术标准体系中2个基础性标准，GB/T 10238-2015和GB/T 19139-2012是由不同的标准化技术委员会归口管理的，2个单位之间缺少必要的沟通造成了某些术语和定义的解释存在差异，建议各起草单位在标准的征求意见及送审阶段能广泛征求生产、使用和检测部门的意见，有利于标准的统一和推广。

2）由于2个基础性国家标准的先后更新，造成了“油井水泥外加剂评价方法”类标准也需要不同程度上进行修订或确认。而目前外加剂评价方法类标准中某些标准在术语定义和解释上有缺失或引用错误，希望各标准的制修订单位能够根据各标准的实际运行情况做出相应的修订。

3）虽然外加剂评价方法类标准已经涵盖了14类外加剂中的8种，但是目前油田常用的油井水泥消泡剂还没有相应的行业标准。希望钻井专标委能够组织相关单位讨论该标准的编制思路，推动消泡剂评价方法类标准的调研、立项工作。

[1]聂海滨，安耀彬，吕伟.我国油井水泥及外加剂技术标准应用现状[J].石油工业技术监督,2007,23（9）:10-12.

[2]沈伟.对我国油井水泥及外加剂技术标准化工作的认识与建议[J].中国海上油气,2007,19（2）:121-124.

[3]全国水泥标准化技术委员会.油井水泥：GB/T 10238-2015 [S].北京：中国标准出版社，2016.

[4]全国石油天然气标准化技术委员会.油井水泥试验方法: GB/T 19139-2012[S].北京：中国标准出版社，2013.

[5]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.

[6]国家能源局.油井水泥外加剂评价方法:第1部分缓凝剂: SY/T 5504.1-2013[S].北京：石油工业出版社，2014.

[7]石油工业标准化技术委员会石油钻井工程专标委.油井水泥外加剂评价方法:第3部分减阻剂:SY/T 5504.3-2008 [S].北京：石油工业出版社，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

杨威（1989-），男，硕士，工程师，现从事油田化学剂产品质量监督检验工作。