摘要:
1.項(xiàng)目背景
油井水泥又稱(chēng)堵塞水泥，是專(zhuān)用于油井、氣井的固井工程的水泥。它具有合適的密度與凝結(jié)時(shí)間以及較低的稠度，用其配制的預(yù)拌油井混凝土具有良好的抗沉降性和可泵性。將油井水泥注入預(yù)定（溫度、壓力）的井段，能迅速凝結(jié)硬化并產(chǎn)生一定的機(jī)械強(qiáng)度，混凝土固化后具有良好的抗?jié)B性、穩(wěn)定性和耐腐蝕性。油井水泥屬特種水泥，它由硅酸鹽水泥熟料（主要成分為水硬性硅酸鈣），加入適量石膏和助磨劑磨細(xì)制成。油井水泥分為普通型、中抗硫酸鹽型和高抗硫酸鹽型3類(lèi)，A~H8個(gè)等級(jí)。其中，A 級(jí)油井水泥只有普通型；B 級(jí)油井水泥有中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽2種類(lèi)型；C 級(jí)油井水泥有普通型和中抗硫酸鹽、高抗硫酸鹽3種類(lèi)型；D、E、F 級(jí)油井水泥分別用作中溫、中壓，高溫、高壓，超高溫、高壓等不同條件和不同井深的油井，分中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽2種類(lèi)型；G、H級(jí)屬基本油井水泥，分中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽2種類(lèi)型。因注入油井的條件不同，油井水泥有時(shí)還與促凝劑或緩凝劑一起使用。
進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，國(guó)產(chǎn)石油的缺口越來(lái)越大，國(guó)家需要?jiǎng)佑么罅客鈪R用于進(jìn)口石油，石油進(jìn)口量已占國(guó)內(nèi)產(chǎn)量的一半。為此，國(guó)家正在大力加強(qiáng)石油和天然氣的生產(chǎn)。隨著石油、天然氣開(kāi)發(fā)工作的推進(jìn)，油井水泥的需求量也在不斷增長(zhǎng)。由于油井水泥的生產(chǎn)一般是采用特殊化學(xué)成分配料煅燒的方法，生產(chǎn)的熟料密實(shí)度高，熟料難磨，且粉磨水泥時(shí)不允許加入混合材，因此，水泥窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量低，質(zhì)量難控制，水泥磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量也低。與生產(chǎn)通用硅酸鹽水泥相比，資源消耗高，能耗高，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量低，生產(chǎn)效率低，會(huì)引起嚴(yán)重的溫室氣體排放。
目前，國(guó)家大力提倡節(jié)能減排和資源的綜合利用、循環(huán)利用，水泥工業(yè)應(yīng)將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與節(jié)能減排有機(jī)結(jié)合起來(lái)。山東宏藝科技股份有限公司為順應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要，特制訂了企業(yè)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)出合成G級(jí)中抗硫酸鹽油井水泥。
2.設(shè)計(jì)要求
從GB10238-2005《油井水泥》標(biāo)準(zhǔn)中可知，其物理性能要求中的混合水、游離液含量、8小時(shí)養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度（38℃、60℃）、稠化時(shí)間等指標(biāo)是為滿(mǎn)足油井混凝土工作性和堅(jiān)固性的需要，而化學(xué)要求則主要是為了滿(mǎn)足油井混凝土的抗硫酸鹽性能的需要。由此可見(jiàn)，只要滿(mǎn)足了抗硫酸鹽性能以及工作性、堅(jiān)固性（強(qiáng)度）的要求，就可用于油井混凝土的施工。這樣，就可以設(shè)計(jì)一種合成水泥，采用普通硅酸鹽水泥熟料，用合成的方法滿(mǎn)足其性能方面的要求。
根據(jù)硫酸鹽侵蝕的特點(diǎn)，通用硅酸鹽水泥熟料中的C3A （鋁酸三鈣）含量較高，可摻入部分混合材降低其C3A含量，減少水泥水化后單硫鋁酸鈣的生成數(shù)量，以降低其在硫酸鹽侵蝕下轉(zhuǎn)化為鈣礬石的幾率，減少漿體內(nèi)部體積膨脹，使膨脹產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小于混凝土的應(yīng)力強(qiáng)度。在加入混合材時(shí)還應(yīng)注意，不能因混合材的加入而帶入較多的Al2O3（三氧化二鋁），從而遭受硫酸鹽的侵蝕，形成鈣礬石，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。因此，粉煤灰、煤矸石等Al2O3含量較高的混合材不宜選用，宜選用Al2O3含量低的礦渣、磷礦渣等混合材。
外加劑在水泥工業(yè)中已廣泛應(yīng)用，其主要作用是降低生產(chǎn)成本、改善水泥性能，還可以增加混合材的摻量。在通用硅酸鹽水泥熟料中摻入部分混合材后，水泥中C3S（硅酸三鈣）含量降低，會(huì)影響水泥的8小時(shí)凈漿強(qiáng)度，這時(shí)加入外加劑可激發(fā)混合材的活性，提高水泥強(qiáng)度，滿(mǎn)足其堅(jiān)固性的要求。
礦渣是鋼鐵廠冶煉生鐵時(shí)產(chǎn)生的廢渣，是一種具有“潛在水硬性”的材料，是水泥廠經(jīng)常使用的優(yōu)質(zhì)混合材。而電爐磷渣則是采用磷礦石、硅石、焦炭，在電爐內(nèi)以電升華法制取黃磷所得到的廢渣。在熔融狀態(tài)下（1400℃～1600℃）水淬急冷而得到的粒化電爐磷渣，它的化學(xué)成分與礦渣相似，主要不同點(diǎn)是CaO （氧化鈣，45%～48%）和SiO2（二氧化硅，38%～43%）含量稍高，Al2O3（2%～7%）含量稍低，其活性比礦渣略低。將其作為水泥混合材使用時(shí)，會(huì)使水泥早期強(qiáng)度偏低，但后期強(qiáng)度增進(jìn)率較大，凝結(jié)較慢。?；姞t磷渣的應(yīng)用與粒化高爐礦渣相同，除可以作為活性混合材摻入通用水泥里之外，也可以作為水泥原料的配料組分用于特種水泥的生產(chǎn)（如抗硫酸鹽水泥、低熱水泥、道路水泥、彩色水泥等）。
針對(duì)礦渣和磷礦渣等混合材的結(jié)構(gòu)特征，在粉磨時(shí)采用固體高效復(fù)合礦渣活化劑對(duì)其進(jìn)行活化處理，激發(fā)它們的潛在活性，以提高水泥強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本。
