1937年美国石油协会(API)成立了油井水泥研究委员会,1952年API批准了关于油井水泥实验的API规程32(第一版),1969年API发表了关于基本水泥的概念。中国油井水泥于1993年全部转化为符合API标准的油井水泥系列,将油井水泥分为A、B、C、D、E、F、G、H8个等级。普遍使用抗硫酸型G、H级硅酸盐水泥(波特兰水泥)普遍使用,A、B和C级水泥在世界不同地区的油井注水泥施工中于一定时间内使用,D、E和F级水泥很少使用。
同一级别的油井水泥根据铝酸三钙(分子式为3CaO·A12O3,简写为C3A)含量,分为:普通型(O),C3A<15%;中抗硫酸盐型(MSR),C3A≤8%、二氧化硅(SO2)≤3%;高抗硫酸盐型(HSR),C3A≤8%,铁铝酸四钙(C4AF)+2C3A≤24%,以示其抗硫酸盐侵蚀的能力。
A级油井水泥。只有普通型一种,化学成分和细度类似于ASTMC150,Ⅰ型水泥。适合无特殊要求的浅层固井作业。在中国大庆、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级油井水泥。分为中抗硫酸盐型(MSR,简称中抗型)和高抗硫酸盐型(HSR,简称高抗型)。B级中抗型的化学成分和细度类似于ASTMC150,Ⅱ型水泥。B级高抗型类似于ASTMC150,Ⅴ型水泥。一般适用于需抗硫酸盐的浅层固井作业,目前在中国还没有使用。
C级油井水泥。又称早强油井水泥。有普通型(O)、中抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)3种类型。普通型(O)的化学成分和细度类似于ASTMC150,Ⅲ型。一般适用于需早强和抗硫酸盐的浅层固井作业。C级油井水泥凭借其低密度、高强度的特性,在浅层油气井的封固和低密度水泥浆的配制中都有较大的优势,只是中国在固井配方设计上习惯用G级油井水泥,限制了C级油井水泥的使用,故它在中国几乎没有使用。
D级、E级、F级油井水泥。又称缓凝油井水泥。分为中抗硫酸盐型(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级油井水泥在中国华北油田、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,因而造成成本较高。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,但使用量逐渐下降。E级、F级油井水泥在中国尚未使用。
G级、H级油井水泥。又称基本油井水泥,分为中抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)。可以与外加剂和外掺料相混合,适用于大多数固井作业。G级、H级油井水泥可与低密材料(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(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级油井水泥在中国用量最大,各个油田都有使用,生产厂家也最多。H级油井水泥比G级油井水泥磨得粗一些、水灰比小,配成水泥浆密度约为1.98,更适合配制高密度水泥浆体系,用于高压气井的封固,在中国塔里木油田使用较多。