浅谈生产G级高抗硫酸盐型油井水泥的体会.doc

水泥技术2010年第四期发表浅谈生产G级高抗硫酸盐型油井水泥的体会我公司于2005年开始生产G级高抗硫酸盐型油井水泥，经过逐步摸索，不断总结、积累经验，已能稳定的生产符合GB 102382005要求的G级高抗硫酸盐型油井水泥，经国家水泥质量监督检验中心、石油工业油井水泥及外加剂质量监督检验中心检测，各项理、化性能良好，与外加剂相容性较好，产品畅销本区与周边省区，2008年，年销量突破7万吨,并受到用户的广泛赞誉。现就自己在生产G级高抗硫酸盐型油井水泥过程中的配料设计、生料粉磨、熟料煅烧、水泥粉磨及出厂方面的一些体会，做一个总结，与同行共同探讨，希望能起到抛砖引玉的作用。一：我公司生产G级高抗硫酸盐型油井水泥的情况简介主机设备情况生料磨：3.510m中卸式烘干磨回转窑：3.246m预热器：五级悬浮预热器分解炉：TD炉带N-MFC炉水泥磨：3.813m开流磨，带HF1400-700辊压机。原燃材料、熟料化学成分及水泥主要性能与国家标准对比(见表1-表4)表1 原燃材料的化学成分分析 LOSSSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO石灰石39.807.621.220.7147.412.43型砂1.7689.673.340.791.970.91粉煤渣4.3553.2326.129.853.841.23铁矿粉5.7928.144.9251.273.921.85煤灰46.1317.9318.975.721.14表2 烟煤的工业分析Mad%Aad%Vad%FCad%Qnet.ad(KJ/Kg)3.3718.8932.1345.6124385.16表3 熟料的化学成分，率值，矿物组成熟料化学成分率值矿物组成SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3FCaOKHNPC3SC2SC3AC4AF21.713.725.3263.883.590.800.250.912.400.7060.1016.880.8816.18表4 我公司油井水泥主要性能与国家标准（GB 102382005）对比化学要求物理性能要求项目标准要求实际水平项目标准要求实际水平不溶物/%0.750.65游离液含量/%5.94.5烧失量/%3.01.038，8h抗压强度/MPa2.14.0C3S /%4865505560，8h抗压强度/MPa10.314.0C3A /%3.02.01530min稠度/Bc3020C4AF+2 C3A /%2419稠化时间min9012095115二：油井水泥在生产过程中的若干注意事项配料设计因GB 102382005对G级高抗硫酸盐型油井水泥的化学成分及物理性能有着严格的规定，因此，采用的原燃材料及配料方案必须要满足生产油井水泥的质量要求。1. 选用优质原燃材料。我公司生产油井水泥熟料时，采用石灰石、型砂、粉煤渣、铁矿粉四组分配料，（见表 1），燃料使用优质烟煤（见表 2）。其中，石灰石为自备矿山开采，储量丰富，但因石灰石矿构造较复杂，矿石夹层较多，不易剔除，造成石灰石品位较低（钙低镁高），且不稳定，生产普通熟料时，石灰石在进行适度挑选与搭配后，CaO含量能稳定在46.5%左右，MgO的含量在2.7%左右，有时高达3.8%，但生产油井水泥熟料时，我公司石灰石内控指标：CaO含量47%，MgO含量2.5%。硅质原料取自公司附近架子梁天然砂岩矿的粉状砂岩（我公司惯称型砂），储量丰富，质量稳定。粉煤渣质量稳定。进厂铁矿粉中Fe2O3含量48%，但Al2O3含量较高，一般在4.5%6.5%之间，有时高达9.0%，在采取严格控制进厂质量及有效的均化措施后，能稳定在5.0%左右。生产时，要严格控制各种进厂原材料的质量，密切关注石灰石中MgO及铁矿粉中Al2O3的含量。如MgO的含量过高，易导致熟料在煅烧过程中因液相量过大，液相粘度低，熟料烧结范围较窄，看火工操作被动，不利于窑系统安全稳定运转；如铁矿粉中Al2O3的含量过高，配料时，可采用三组分配料，停用铝质原料。各种原材料在使用前，要做好均化措施，使其化学成分基本稳定，符合生产要求。2. 合理确定熟料率值。因GB 102382005规定， G级高抗硫酸盐型油井水泥中C3S为48%-65%、C3A3.0%、C4AF+2 C3A24，这就要求，在确定配料方案时，必须要满足上述条件。在实际生产时，因熟料在转运、储存、粉磨过程中不可避免的要带入其他杂质，易导致水泥中C3S含量减少、C3A含量增加，不能满足上述要求，因此，在确定配料方案时，要保证熟料中有较高的C3S和较低的C3A。我公司生产的G级高抗硫酸盐型油井水泥熟料时，熟料率值按如下范围控制：KH=0.910.02，N=2.400.10，P=0.700.10，可确保熟料中C3S含量在57%-64%、C3A1.0%。（为保证较高的C3S和较低的C3A，在实际生产中，KH偏上限控制，P偏下限控制），熟料化学成分见表3。生料粉磨及熟料煅烧1. 要生产优质的熟料，就必须要有质量合格、稳定的生料。生料磨工要根据各种原材料的变化，及时合理的调整入磨物料配比及各项操作参数，岗位工要勤检查，保证各种入磨物料下料通畅，不发生断料现象，确保入窑生料质量稳定，符合煅烧要求。2. 稳定窑内热工制度，合理控制熟料煅烧参数，保证出窑熟料质量。因为G级高抗硫酸盐型油井水泥熟料中Fe2O3的含量较高，同时，因我公司原料中的MgO含量偏高，熟料在窑内煅烧时，液相量大且液相粘度低，如操作不当，会导致窑况恶化，出现结圈、结球现象，窑内热工制度紊乱，致使出窑熟料质量不稳定，因此，看火工在操作时，要尽可能做到“薄料快转，长焰顺烧”，要加强风、煤、料、窑转速的合理配合，保证熟料结构致密，结粒细小均匀，冷却效果良好，立升重、游离氧化钙符合质量要求（我公司内控指标：立升重1300g/l，游离氧化钙0.80%）。3.因条件所限，我公司生产的油井水泥熟料只能露天堆放储存，储存采取逐层平铺堆放，并使料堆保持较高的高度，以起到良好的均化效果，如遇雨天，也可减少熟料被雨水浸湿的面积，避免熟料水化，影响水泥物理性能（可明显导致水泥浆游离液升高，抗压强度下降）。熟料在转运、堆放、储存期间，要避免混入杂质（如其它品种熟料、泥土等杂物）。水泥粉磨及包装出厂有了合格的熟料，并不意味着就一定能够磨制出合格的油井水泥，粉磨过程的各项指标的控制效果，在很大程度上决定着油井水泥的各项性能是否合格稳定。1. 制定适宜的水泥粉磨工艺参数。普通水泥在粉磨过程中，一般只要水泥中S O3含量合格，筛余小于控制指标即可保证水泥各项指标合格，除考虑到磨机能耗外，一般不对筛余下限做出要求。而油井水泥则不同，因其对稠化时间、游离液、抗压强度有特殊的要求，我公司在实际生产中，对出磨水泥的筛余不但控制上限，也控制下限，这样控制的目的，是为了在一定程度上，间接、粗略的控制水泥的颗粒级配。从理论上讲，水泥在制备成水泥浆后，水泥的颗粒级配就决定了水泥颗粒的水化速度和水化程度。水泥颗粒越细小，水泥水化速度就越快，水化程度就越高，水泥浆的稠化时间也就越短、游离液越低、抗压强度越高；反之，水泥颗粒越粗大，水泥水化速度就越慢，水化程度就越低，水泥浆的稠化时间也就越长、游离液越高、抗压强度越低。我公司在生产G级高抗油井水泥时，在确保入磨物料（熟料、石膏）质量稳定的情况下，出磨水泥 S O3含量控制在1.70%0.20%， 80m方孔筛余控制在1.3%-2.0%（比表面积在300-360 m2/kg）之间，水泥各项理化性能基本稳定。我公司生产的油井水泥主要性能见表4。2. 在水泥粉磨过程中使用优质石膏。因油井水泥在粉磨时，只加入熟料和石膏，在熟料质量稳定的情况下，如石膏质量波动较大，油井水泥的各项性能也随之发生明显变化。根据我公司多次的试验数据表明；水泥中S O3含量、筛余保持稳定的情况下，若使用的石膏品位较低，因其S O3含量较低，不溶物及杂质含量较高，在磨制水泥时，为保证水泥中S O3含量稳定，只有增加石膏掺入量，这样，带入水泥中的不溶物及杂质含量增加，在磨制成水泥后，不溶物较高，C3S含量下降幅度大，初始稠度也较高，严重时会导致上述指标不符合GB102382005的规定，但使用S O3含量大于40%优质石膏后，初始稠度、不溶物较低，C3S含量下降幅度小，水泥各项性能指标均符合标准要求，且各项性能优良、稳定。3. 在水泥粉磨时，最好使用已采取均化措施且有一定数量的熟料，因其化学成分基本稳定，对不同批次（编号）的水泥来说，只要粉磨效果（筛余、S O3含量）基本稳定，使用的石膏品位稳定，水泥各项理化性能也就基本稳定，同时，也便于企业控制。粉磨时，要尽可能避免使用刚出窑的熟料，因为刚出窑的熟料，其不同时段的化学成分不同，按同一控制指标磨制的水泥，其理化性能就不同，同时，如果熟料冷却效果差，温度高，直接入磨，易导致磨内温度过高（尤其在夏季气温高时），使磨况恶化（如糊磨），控制指标失控，严重时，必须停磨处理，此外，如温度过高，也易造成石膏脱水，使水泥性能发生根本变化。4. 合理调整磨内研磨体级配。在各项操作参数、熟料质量、石膏质量基本稳定的前提下，磨内研磨体级配发生变化，可导致出磨水泥颗粒级配发生变化，致使出磨水泥性能（主要是稠化时间，游离液）发生变化，各企业要根据实际情况，合理制定磨内研磨体级配方案，一旦确定，轻易不要改变，以确保水泥各项性能稳定。5. 水泥磨在运转一定时间后，磨内研磨体会出现不同程度的磨损、碎裂，金属碎屑随水泥进入包装袋内，在固井作业时，会导致水泥浆的可泵性、流动性变差，严重时，堵塞、损坏设备，甚至使固井作业失败，各企业要根据各自的实际情况，采取相应的措施进行预防，避免给企业及客户造成不必要的损失。6. 包装时采取多库搭配的方式，包装好的水泥在储存、运输期间，要注意做好防雨，防潮措施，避免水泥受潮水化，质量发生变化。如水泥受潮，可明显导致稠化时间延长，游离液增高。7. 严格按标准要求对水泥进行各项物理、化学性能检测，检测仪器、设备要运转正常，符合检验要求，同时，取样要有代表性，所取试样要及时检测，避免受潮，以确保检测数据准确可靠，正确指导水泥生产。以上总结，均为个人经验之谈，不同生产厂家，因原燃材料、配