API油井水泥级别
油井水泥组成、级别和类型
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。
普通水泥也称建筑水泥，列入ASTM标准，而油井水泥列入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，而且在生产时除允许加入3%-6%的二水石膏以外不得加其它材料。
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。
一、化学组成水泥的质量主要取决于化学成分，而先进的分析方法已为获得水泥的化学成分铺平了道路。
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，波特兰水泥包括4种主要成分: 铝酸三钙C3A(3CaO·A12O3)；铁铝酸四钙C4AF(4CaO·A12O3·Fe2O3)；硅酸三钙C3S（3CaO·SiO2)；硅酸二钙C2S(2CaO·SiO2)。
通过各相显微镜检查，熟料颗粒含有4种矿物成分(熟料占水泥总量的95%): 表1.2.1 API G级水泥化学分析二氧化硅SiO222.70%三氧化二铝A12O3 3.39%三氧化二铁Fe2O3 4.81%氧化钙CaO 65.60%氧化镁MgO 0.90%氧化钾K2O 0.37%三氧化硫SO3 1.21%氧化钛0.19%氧化锰MnO2 0.09%氧化钠NaO 0.13%氧化铬GeO 0.01%五氧化二磷P2O50.11%烧失量LO1 0.49%（1）硅酸三钙C3S （3CaO·SiO2）：是多边性晶体，占表面的50-60%。
（2）硅酸二钙C2S （2CaO·SiO2）：圆形晶体占表面的10-25%。
以上两种硅酸钙(三钙和二钙)总量占75 % 。
（3）铁铝酸四钙C4AF （4CaO·A12O3·Fe2O3）：围绕以上两种硅酸盐形成孔隙结构。
（4）C3A(3CaO·A12O3)：针状铝酸盐，也属于孔隙结构。
两种硅酸盐占水泥总量的75%，C4AF+C3A的总量占水泥矿物的25%。
15 固井与完井 well cementing and completion
15 固井与完井well cementing and completion15.1 油井水泥oil-well cement:适用于油气井或水井固井的水泥或水泥与其他材料的任何混合物。
15.1.1 硅酸盐水泥(波特兰水泥) portland cement:以硅酸钙为主要成分的水泥总称。
是指不加外掺料，只在熟料中加适量石膏共同磨细而成的一种强度较高的水泥。
15.1.1.1 API水泥API cement:美国石油协会(API)把用于油井的水泥称API水泥。
且制定了标准。
15.1.1.2 API水泥分级API cement classification:美国石油协会把油井水泥分为A，B，C，D，E，F，G，H，J九个等级。
15.1.1.3 基本水泥basic cement:指API油井水泥系列中的G，H级水泥。
加入外加剂后使用更大的范围。
15.1.1.4 抗硫酸盐水泥sulfate resistant cement:具有较高抗硫酸盐侵蚀性能的水泥，即C3A矿物受到限制的水泥。
按GB10238规定：C3A＜8%者为中抗硫酸盐型(MSR);C3A ＜3%,C4AF+2C3A＜24%者为高抗硫酸盐型水泥(HSR)。
15.1.1.5 净水泥neat cement:没有外加剂或外掺料的水泥。
15.1.1.6 水硬性水泥hydraulic cement:在水环境中不被稀释而加速硬化或凝固的水泥。
15.1.2 火山灰水泥pozzolanic cement:由火山灰、烧粘土、粉煤灰等硅质物质与石灰或奎酸盐水泥混合，具有抗高温、高强度、抗腐蚀的水泥。
15.1.3 高铝水泥high alumina cement:铝矾土与石灰石混合，经烧结，磨细而制成耐火度在1650度以上的一种铝酸盐水泥。
15.1.4 改性水泥modified cement:通过外加剂改变化学或物理性能的水泥。
15.1.4.1 早强水泥high early strength cement(high initial strength cement):提高水泥石早期强度的水泥。
石油英语固井与完井术语
固井与完井术语15 固井与完井 well cementing and completion15.1 油井水泥 oil-well cement:适用于油气井或水井固井的水泥或水泥与其他材料的任何混合物。
15.1.1 硅酸盐水泥(波特兰水泥) portland cement:以硅酸钙为主要成分的水泥总称。
是指不加外掺料，只在熟料中加适量石膏共同磨细而成的一种强度较高的水泥。
15.1.1.1 API水泥 API cement:美国石油协会(API)把用于油井的水泥称API水泥。
且制定了标准。
15.1.1.2 API水泥分级 API cement classification:美国石油协会把油井水泥分为A，B，C，D，E，F，G，H，J九个等级。
15.1.1.3 基本水泥 basic cement:指API油井水泥系列中的G，H级水泥。
加入外加剂后使用更大的范围。
15.1.1.4 抗硫酸盐水泥 sulfate resistant cement:具有较高抗硫酸盐侵蚀性能的水泥，即C3A矿物受到限制的水泥。
按GB10238规定：C3A＜8%者为中抗硫酸盐型(MSR);C3A＜3%,C4AF+2C3A＜24%者为高抗硫酸盐型水泥(HSR)。
15.1.1.5 净水泥 neat cement:没有外加剂或外掺料的水泥。
15.1.1.6 水硬性水泥 hydraulic cement:在水环境中不被稀释而加速硬化或凝固的水泥。
15.1.2 火山灰水泥 pozzolanic cement:由火山灰、烧粘土、粉煤灰等硅质物质与石灰或奎酸盐水泥混合，具有抗高温、高强度、抗腐蚀的水泥。
15.1.3 高铝水泥 high alumina cement:铝矾土与石灰石混合，经烧结，磨细而制成耐火度在1650度以上的一种铝酸盐水泥。
15.1.4 改性水泥 modified cement:通过外加剂改变化学或物理性能的水泥。
15.1.4.1 早强水泥 high early strength cement(high initial strength cement):提高水泥石早期强度的水泥。
API油井水泥级别
油井水泥及油井水泥外加剂API规范和我国标准把油井水泥分为A〜H八个级别，每种水泥都适用于不同的井深、温度和压力。
同一级别的油井水泥，又根据C3A的含量分为：普通型（O）: GA<15%中抗硫酸盐型（MSR: GA W 8%,S（3X 3%;高抗硫酸盐型（HSR: C3A<3%,C4AF+2C3 < 24%以示抗硫酸盐侵蚀的能力。
1 、API 油井水泥级别A级：A级水泥旨在无特殊性能要求时使用，仅有普通型（O）。
根据API规范10A, A级水泥试验时的水灰比为0.46（干水泥：拌和水=100: 46）。
A级水泥适用于从地面到1830m的浅井。
B级：B级水泥在需要中抗硫酸盐或高抗硫酸盐的使用。
B级水泥类似于A 级水泥，但它既有中抗硫酸盐型（MSR,又有高抗硫酸盐型（HSR。
目前，国际上已有不再生产或很少生生产B级水泥，而被G级水泥所代替。
B级水泥适用于从地面到1830m的浅井。
C级：C级水泥旨在需要高早强时使用。
它是API水泥中磨得最细的水泥。
此种水泥有普通型（O）、中抗硫酸盐型（MSR和高抗硫酸盐型（HSR）。
根握API 规范10A, C 级水泥试验时的水灰比为0.56（干水泥：拌和水=100: 56）。
C级水泥适用于从地面到1830m的浅井。
D E和F级油井水泥，适用于中深井注水泥。
D 级：D 级水泥是一种缓凝水泥，在中、高温条件下使用。
D 级水泥包括中抗硫酸盐型（MSR和高抗硫酸盐型（HSR。
根据API规范10A, D级水泥试验时水灰比为0.38（干水泥：拌和水=100：38）。
D级水泥适用于1830m到3050m井深的注水泥作业。
E级：E级水泥类似于D级水泥，是一种较强的缓凝水泥，分为中抗硫酸盐型（MSR 和高抗硫酸盐型（HSR,旨在井下高温情况下使用。
根据API规范10A. E 级水泥试验时水灰比为0.38（干水泥：拌和水=100：38）。
E级水泥适用于3050m到4270m的井深进行注水泥作业。
油井水泥、外加剂_以及固井工艺技术
硅酸二钙2CaO· 2 （C2S） SiO
含量一般在24％～30％之间； 水化反应缓慢，强度增长慢； 对水泥的最终强度有影响
第一节 油井水泥 Oil well cement
铝酸三钙3CaO· 2O3（简称C3A） Al
促进水泥快速水化； 其含量是决定水泥初凝和稠化时间的主要因素； 对水泥浆的流变性及早期强度有较大影响； 对硫酸盐极为敏感； 对于有较高早期强度的水泥，其含量可达15％。
现代完井工程简介
固井可能带来的危害
涩北气田气层埋藏浅，分布井段长（408.0-1738.2m），层数多（54-79），气水界面复杂,浅层气、 浅层盐水活跃。台H6-1井、台6-7井，一开钻至800m下入表层套管固井后，候凝过程中套管外地表窜
出盐水和水溶气，被迫报废
台H6-1井339.7mm表层套管固完井 候凝时，北东方向约250米冒气水 后目前情况 台6-7 井273mm 表层套管固完 井候凝时，地表窜出盐水和 水溶气
油井水泥、外加剂 以及固井工艺技术
分级注水泥器api标准
分级注水泥器api标准
API（美国石油学会）分级注水泥器是一种用于在石油钻井和完井过程中注入水泥的设备。
API标准是指由美国石油学会制定的技术标准，用于规范石油钻井和完井过程中的设备、工具和材料。
API分级注水泥器标准主要包括以下几个方面：
1. 尺寸和重量：规定分级注水泥器的尺寸和重量，以确保其能够满足钻井和完井工程的需求。
2. 材料和制造：规定分级注水泥器的材料和制造要求，以确保其具有足够的强度、耐久性和可靠性。
3. 工作压力和流量：规定分级注水泥器的工作压力和流量，以确保其能够满足钻井和完井工程的需求。
4. 操作和控制：规定分级注水泥器的操作和控制要求，以确保其能够安全、准确地完成注入水泥的过程。
5. 标记和标识：规定分级注水泥器的标记和标识要求，以确保其能够被准确地识别和追溯。
需要注意，具体的技术标准和要求可能因地区、国家和机构而有所不同。
在实际的钻井和完井工程中，需要参考当
地的法规、标准和相关政策，以确保分级注水泥器的设计、制造和应用符合相关的技术标准和要求。
咨询专业的石油钻井和完井设备供应商和咨询机构也是获得准确信息的一种途径。
油井水泥
吐哈油田井下技术作业公司
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
油井水泥及水化原理
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油
井
水
泥
3、水泥熟料矿物水化反应能力的热力学判断
1）、矿物与水相互作用的自由能变化：
（1）、2CaO· SiO2+1.17H2O 2CaO· SiO2·1.17H2O ΔGo298= -592.9+524.19+1.17*56.69=-2.41(kcal/mol) （2）、 3CaO· SiO2+2.17H2O 2CaO· SiO2·1.17H2O +Ca(OH)2 ΔGo298= -592.9-214.33+665.47+2.17*56.69=-18.76(kcal/mol) （3）、 3CaO· Al2O3+15H2O 3CaO· Al2O3 · 6H2O + 9H2O ΔGo298= -1187-9*56.69+807+15*56.69=-40.46(kcal/mol) 从其自由能变化值均为负值表明，这些水化反应均能自发进行， ΔGo298值负得愈多，则表明其反应进行的可能性愈大。
油
井
水
泥
2、油井水泥的生产、组成及性质
3）、性质—水泥熟料矿物的结构特征
（1）C3A： a、在C3A结构中，Ca2+具有不规则的配位数，其中 处于配位数为6的钙离子以及虽然配位数为12但联系松 散的钙离子，均具有较大的活性； b、在C3A晶体结构中，Al3+也具有两种配位情况， 而且四面体[AlO4]5-是变了形的，因此铝离子也具有较 大的活性； c、在C3A结构中具有较大的“空穴”，OH-离子容 易进入晶格内部，因此C3A水化速度较大。
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油
井
水
泥
1）、油井水泥的生产过程示意图
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油井水泥及油井水泥外加剂API规范和我国标准把油井水泥分为A～H八个级别，每种水泥都适用于不同的井深、温度和压力。
同一级别的油井水泥，又根据C3A 的含量分为：普通型（O）：C3A<15%；中抗硫酸盐型（MSR）：C3A≤8%,SO3≤3％；高抗硫酸盐型（HSR）：C3A≤3%,C4AF+2C3≤24％以示抗硫酸盐侵蚀的能力。
1、API油井水泥级别A级：A级水泥旨在无特殊性能要求时使用，仅有普通型(O)。
根据API规范10A，A级水泥试验时的水灰比为0.46(干水泥:拌和水=100：46)。
A级水泥适用于从地面到1830m的浅井。
B级：B级水泥在需要中抗硫酸盐或高抗硫酸盐的使用。
B级水泥类似于A 级水泥，但它既有中抗硫酸盐型（MSR），又有高抗硫酸盐型（HSR）。
目前，国际上已有不再生产或很少生生产B级水泥，而被G级水泥所代替。
B级水泥适用于从地面到1830m的浅井。
C级：C级水泥旨在需要高早强时使用。
它是API水泥中磨得最细的水泥。
此种水泥有普通型(O)、中抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型(HSR)。
根握API 规范10A，C级水泥试验时的水灰比为0.56(干水泥：拌和水=100：56)。
C级水泥适用于从地面到1830m的浅井。
D、E和F级油井水泥，适用于中深井注水泥。
D级：D级水泥是一种缓凝水泥，在中、高温条件下使用。
D级水泥包括中抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）。
根据API规范10A，D级水泥试验时水灰比为0.38(干水泥：拌和水＝100：38)。
D级水泥适用于1830m到3050m井深的注水泥作业。
E级：E级水泥类似于D级水泥，是一种较强的缓凝水泥，分为中抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR），旨在井下高温情况下使用。
根据API规范10A．E 级水泥试验时水灰比为0.38(干水泥：拌和水=100：38)。
E级水泥适用于3050m到4270m的井深进行注水泥作业。
F级：F级水泥是一种高缓凝水泥，有中抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）两种，在极高温度条件下使用。
根据API规范10A，F级水泥试验时水灰比为0.38（干水泥：拌和水=100：38）。
F级水泥适用于3050m到4880m的超深井进行注水泥作业。
G级：G级水泥是1962年由美国西部太平洋沿岸的石油公司，水泥厂和服务公司共同研制的，继G级水泥之后，美国又出现了一种H级水泥，二者均是基本油井水泥，有中抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）两种。
此种水泥有中抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)。
根据API规范10A．G级水泥试验时的水灰比为0.44(干水泥：拌和水=100：44)。
G级水泥适用于从地面到井深2440m井深注水泥，加入速凝剂或者缓凝剂适用于更广泛的井深和温度范围。
H级：H级水泥类似于G级水泥，作为基本水泥使用，但与G级水泥相比，不同之处在于这种水泥磨得较粗，根据API规范10A，H级水泥试验时的水灰比为0.38(干水泥：拌和水=100：38)。
G级水泥适用于从地面到井深2440m井深注水泥，加入速凝剂或者缓凝剂适用于更广泛的井深和温度范围。
表l API油井水泥类型参见API规范10A2、外加剂一般地说，油井水泥外加剂可分为：1）调节水泥浆稠化时间的外加剂：促凝剂、缓凝剂；2）改变水泥浆失水性能的外加剂：降失水剂3）改善水泥浆流变性能的外加剂：分散剂；4）水泥浆密度调节剂：加重剂、减轻剂；5）降低循环漏失的外加剂：堵漏剂；6）提高水泥石热稳定性的外加剂：石英砂；7）配制含盐水泥浆；8）其它外加剂（一）促凝剂促凝剂是指能缩短水泥浆凝固时间，加快抗压强度形成速度的化学品。
在浅井或表层套管注水泥施工中，虽然水泥浆满足泵送的要求，但往往存在稠化时间长、强度发展慢的问题，严重影响钻井进尺和固井质量。
而加入促凝剂或早强剂，可以改变水泥浆性能，既能满足固井作业的要求，又能使强度尽快地达到继续钻进的要求。
油井水泥促凝剂有以下几种类型：1）氯化物促凝剂：氯化物促凝剂主要包括氯化钙、氯化钠、氯化钾和海水等。
2）无氯促凝剂：主要包括碳酸钠、硅酸钠和石膏等无机物，以及低相对分子质量的有机物，贸易公司甲酰胺，三乙醇胺等。
3）复合促凝剂：用这些材料固井，既能缩短水泥浆的凝固时间，又能提高它的流动性。
4）促凝促凝剂：这种促凝剂，不使水泥浆产生沉降。
并适用于任何水基水泥浆，缩短其候凝时间，它不仅含有铝酸钾、碳酸钾，还含有一定量的氢氧化钾。
5）其它促凝剂：铝酸钠、三聚氰胺甲醛树脂、硫酸铝、明矾等。
（二）缓凝剂缓凝剂是指延长水泥浆凝固时间的化学品，缓凝剂的作用是能够有效的延长或者维持水泥浆处于液态或者可泵状态的时间。
油井水泥缓凝剂有以下几种类型：1）木质素磺酸盐及其异构体或衍生物；2)单宁、磺化单宁及其衍生物；3)羧酸、羟基羧酸、异构体或衍生物及其盐类；5）葡糖酸及其衍生物的钠盐或钙盐；6）低相对分子质量的纤维素及其衍生物；7）有机或无机磷酸盐；8）酸及其盐类等。
（三）降失水剂降失水剂是指能够控制水泥浆中的水向地层滤失的化学材料。
油井水泥降失水剂有以下几种类型：1）颗粒材料：最初用作降失水剂的是膨润土，属于这类材料还有沥青、石灰石粉=热塑性树脂等，均可用作降失水剂；2）纤维素类：这类材料包括羧甲基纤维素（CMC）、羟乙基纤维素（HEC）、）和水解聚丙烯睛（HPAN）；羧甲基羧乙基纤维素（CMHEC）、纤维素硫酸盐（CelSO43）淀粉类：这类材料包括羧甲基淀粉、黄原酸淀粉和丙基淀粉等；4）聚酰胺类：是阴离子聚合物降失水剂中为数量最多的一种类型，它包括丙烯酰胺及其衍生物的聚合物、二元共聚物和三元共聚物等；5）聚胺类：聚胺属于阳子聚合物；6）磺化聚合物：这类化合物也属于阴离子聚合物；7）聚乙烯吡咯烷酮：是非离子型合成聚合物，缩写为PVP；8）聚乙烯醇（PVA）：聚乙烯醇是一种非离子型降失水剂，缩写PVA或PVAL；分散剂又称减阻剂或紊流诱导剂。
其主要作用是提高水泥浆的可泵性，降低一定流速下的泵压，使水泥施工顺利。
油井水泥分散剂有以下几种类型：1）磺酸盐类：磺酸盐类是最通用的油井水泥分散剂。
其种类有以下几种a：木质素磺酸盐；b：聚萘磺酸盐从；c：密胺磺酸盐；d：醛酮加成聚合物；e：亚硫酸盐改性酚酞树脂；f：其它磺酸盐聚合物。
2）羧酸盐类：a：丙烯酰胺—丙烯酸或甲基丙烯酰胺—甲基丙烯酸共聚物；b:聚马来酸酐；c:苯乙烯—马来酸酐磺化共聚物。
（五）加重剂增加水泥浆密度的外加剂或外掺料称加重剂，其自身密度都比水泥大。
增密水泥浆最常用的加重剂是重晶石、钛铁矿和赤铁矿等。
（六）减轻剂减轻剂也称填充剂，是一些填充材料。
主要用于降低水泥浆密度，减少固井时静水液柱压力，避免水泥浆通过裂缝性地层、多孔隙地层、高渗透性地层和溶洞漏失层时流失，同时，又可增加水泥造浆率，降低水泥用量，节约固井成本。
通常减轻剂可分为三类：吸水性材料、轻质材料和泡沫水泥。
（七）热稳定剂热稳定剂主要是石英砂。
（八）防气窜剂在油、气井注水泥中，特别是某些高压气井，毗邻环空的地层，含苞欲放有一定压力的原生气，这种气体能够进入注水泥后的环空，造成气体泄漏，有时可能到达地面或其它低压层，这就是气窜，也称气侵。
防气窜剂就是配制可压缩水泥、不渗透水泥、触变性水泥、零游离水泥和不胶凝水泥等所使用的外加剂。
（九）消泡剂常用消泡剂剂有以下几种类型：1）醇类：甘油聚醚、斯盘－80、聚磷酸三丁酯、乙二醇、聚丙稀醇、正丁醇等等。
2）有机硅类：硅醚油、硅氧烷等。
油井水泥堵漏剂有以下几种类型：1）防漏材料：在水泥中，防止井漏常用的方法是降失水浆密度、缩短水泥柱高度和减少环空摩擦阻力，以达到平衡压力固井；也可使用硅酸钾溶液作前置液，或在水泥浆中加入片状、纤维状、颗粒状或凝胶材料，如赛璐珞、玻璃纤维、云母片和硬沥青等帮助控制漏失。
当然还要以使用触变性水泥。
2）桥塞剂：桥塞剂一般是颗粒状、薄片状、纤维状和封包吸液颗粒。
在使用中可以根据不同情况加到钻井液中，水泥浆中或聚合物一起直接封堵漏层。
3）有机聚合物：通常所说的化学堵漏剂指的就是有机聚合物堵漏剂。
主要包括树脂类、丙烯腈类和胶乳类等。
4）无机胶凝剂:此类材料是处理井露最常用的堵剂，并在提高封堵效果和降低成本方面取得显著效果。
主要包括：钙铝灰渣、低密度封堵液、快凝水泥、菱镁矿石堵剂、油井水泥和聚乙烯醇、触变性水泥等。
3、油井水泥外加剂产品介绍固井化学品技术服务公司的产品是对十几年油井水泥外加剂研究、生产和应用总结，下表列出一些典型国产油井水泥外加剂及厂家：表2 国产油井水泥外加剂另外，世界上具有代表性的固井公司，如哈利伯顿公司、道威尔公司、BJ休斯公司等公司均生产油井水泥外加剂。
其典型产品如下表：表3 国外油井水泥外加剂失。