張鵬飛

(山西中條山新型建材有限公司 043400)

淺談生產(chǎn)G級(jí)HSR油井水泥質(zhì)量技術(shù)控制措施

張鵬飛

(山西中條山新型建材有限公司 043400)

隨著公司的發(fā)展與普通水泥市場(chǎng)的白熱化，公司加快了對(duì)特種水泥市場(chǎng)前進(jìn)的步伐，我公司一條2500噸/日新型干法生產(chǎn)線，公司于2014年開(kāi)始研制試生產(chǎn)G級(jí)HSR油井水泥，2016年成功的生產(chǎn)了G級(jí)HSR油井水泥，經(jīng)過(guò)近3年的試生產(chǎn)與摸索，已經(jīng)初步掌握了G級(jí)HSR生產(chǎn)質(zhì)量控制技術(shù)，下面根據(jù)公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，總結(jié)生產(chǎn)控制技術(shù)論述如下，希望可以和同行交流探討。

油井水泥；生料配料；熟料煅燒；粉磨技術(shù)

1、前言

眾所周知，油井水泥又稱堵塞水泥或固井水泥。油井底部的溫度和壓力隨著井深的增加而提高，每深入100 m，溫度約提高3℃，壓力增加1.0～2.0 MPa。因此，高溫高壓，特別是高溫對(duì)水泥各種性能的影響是油井水泥生產(chǎn)和使用的最主要問(wèn)題；油井水泥主要差別在于所燒制熟料化學(xué)成分，C3A≤8.0%（中抗）或 C3A≤3.0%（高抗），C4AF+2C3A≤24.0%，游離鈣≤1%，物理指標(biāo)要求：游離液含量≤5.90%，38℃常壓8h，抗壓強(qiáng)度≥2.1MPa，60℃常壓8h，抗壓強(qiáng)度≥10.3MPa，15-30min稠度≤30Bc，稠化時(shí)間≥90min，≤120min。

生產(chǎn)過(guò)程中原燃材料的均化、原燃材料質(zhì)量的穩(wěn)定和配料計(jì)量裝備的穩(wěn)定與準(zhǔn)確，是整個(gè)過(guò)程質(zhì)量控制的重點(diǎn)，隨后就是燒成技術(shù)，燒成系統(tǒng)是水泥企業(yè)的核心，燒成決定整個(gè)生產(chǎn)的成敗，生產(chǎn)油井水泥對(duì)鋁值成分和鐵值成分是有明確規(guī)定的，對(duì)中控窯操控制技術(shù)是有挑戰(zhàn)的，我公司要求生料入窯后，中控窯操及時(shí)調(diào)整參數(shù)、燃燒器的調(diào)整、頭尾煤的用量、燒成溫度、分解爐溫度等其他崗位都有控制措施，防止結(jié)圈結(jié)球；對(duì)磨制成品水泥的細(xì)度（0.08mm）、比表面積、SO3等都是有規(guī)定的。

下面根據(jù)公司實(shí)際生產(chǎn)、配料、質(zhì)量控制要求，做一些技術(shù)總結(jié)，希望可以對(duì)需要生產(chǎn)的企業(yè)有所幫助、也希望和同行有所交流。

一：我公司生產(chǎn)G級(jí)HSR油井水泥的主要設(shè)備

生料磨：Φ4.6*10+3.5m烘干中卸磨

回轉(zhuǎn)窯：Φ4.0*60m新型干法旋窯

預(yù)熱器：五級(jí)雙系列旋風(fēng)預(yù)熱器窯系統(tǒng)

水泥磨：Φ3.8×13 m閉路粉磨系統(tǒng)、選粉機(jī)opsa-N2000

二、原燃材料化學(xué)成分、煙煤的熱值成分和配料計(jì)算

1、原材料化學(xué)成分（表一）

LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO石灰石39.693.592.021.1349.51.72碎屑2.5781.296.724.170.711.16銅礦渣-5.5332.709.3447.866.245.93鎂渣1.529.52.55.5152.57.5

2、煙煤的工業(yè)分析（表二）

原煤水分%Mad(%)Aad(%)Vad(%)Qnet.ad(kcal/kg) St(%)6.601.00%27.00%235500 1.8

3、配料計(jì)算（表三）、原料的采用和生料的制備

項(xiàng)目原料名稱 配比(%)lossSiO2AL2O3Fe2O3CaOMgO石灰石77.5 30.76 2.78 1.57 0.88 38.36 1.33碎屑6.5 0.17 5.28 0.44 0.27 0.05 0.08銅礦渣6-0.331.960.562.870.370.36鎂渣 10 0.15 2.95 0.25 0.55 5.25 0.75生料100.0030.7512.982.814.5744.032.51灼燒生料 96.47 / 18.08 3.92 6.36 61.33 3.50煤灰摻入 3.53 / 1.68 1.11 0.20 0.08 0.03熟料100/19.765.036.5661.413.53KHSMIMC3SC2SC3AC4AF熟料率值及礦物組成0.9111.700.7755.0315.142.2019.95KHSMIMKHSMIM細(xì)度配方計(jì)算結(jié)果生料控制值1.0401.760.62///≤10.0%

3.1 、配料設(shè)計(jì)

我公司采用銅礦渣為鐵質(zhì)原料，其鐵質(zhì)元素在45-50%之間，在合理的均化情況下滿足生產(chǎn)需要，因GB/T10238-2015對(duì)G級(jí)高抗硫酸鹽型油井水泥的化學(xué)成分及物理性能有著嚴(yán)格的規(guī)定，所以，采用的原燃材料必須要滿足生產(chǎn)油井水泥的質(zhì)量要求。

3.2 、選用優(yōu)質(zhì)原燃材料。

我公司生產(chǎn)油井水泥熟料時(shí)，采用石灰石、碎屑、鎂渣、銅礦渣配料，化學(xué)成分（見(jiàn)表 一），燃料使用優(yōu)質(zhì)煙煤（見(jiàn)表 二），四組分配料計(jì)算，（見(jiàn)表 三）。石灰石為自備礦山開(kāi)采，儲(chǔ)量豐富，生產(chǎn)油井水泥熟料時(shí)，我公司石灰石內(nèi)控指標(biāo)：CaO含量≥48%，MgO含量≤2.0%。硅質(zhì)原料取公司自購(gòu)的碎屑，質(zhì)量穩(wěn)定。自購(gòu)鎂渣質(zhì)量穩(wěn)定其中CaO含量≥50%。自購(gòu)銅礦渣中Fe2O3含量≥45%，但Al2O3含量較高，有時(shí)高達(dá)9.0%，原料進(jìn)廠采取嚴(yán)格的控制質(zhì)量，實(shí)施有效的均化措施后，質(zhì)量夠能穩(wěn)定下來(lái)；在生產(chǎn)時(shí)，嚴(yán)格控制各種進(jìn)廠原材料的質(zhì)量，密切關(guān)注石灰石中MgO及銅礦渣中Al2O3的含量。如MgO的含量過(guò)高，易導(dǎo)致熟料在煅燒過(guò)程中因液相量過(guò)大，液相粘度低，熟料燒結(jié)范圍較窄，不利于窯系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)；所以各種原材料在使用前，充分做好均化管理，有利于生產(chǎn)。

3.3 、生料的制備

水泥企業(yè)講究?jī)赡ヒ粺?，為保證生料入窯的穩(wěn)定，在生料制備過(guò)程中降低、穩(wěn)定原料磨得臺(tái)效（不得隨意加減產(chǎn)量），提升選粉機(jī)轉(zhuǎn)速,使生料細(xì)度 0.08mm＞10%，生料質(zhì)量的穩(wěn)定是直接影響熟料得煅燒的關(guān)鍵因素，因此在生料配料、下料過(guò)程中保證各種入磨物料下料通暢與穩(wěn)定和計(jì)量的準(zhǔn)確，不發(fā)生斷料現(xiàn)象，確保入窯生料質(zhì)量穩(wěn)定，才能符合煅燒要求。

二、熟料煅燒率值的控制、窯內(nèi)熱工制度生產(chǎn)流程控制圖

1、熟料率值。

KH SM IMC3SC2SC3AC4AF0.9111.700.7755.0315.142.2019.95

因GB 10238規(guī)定，G級(jí)高抗硫酸鹽型油井水泥中C3S為48%-65%、C3A≤3.0%、C4AF+2 C3A≤24，要求，在確定配料方案時(shí)，必須要滿足國(guó)標(biāo)條件。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，因熟料的存放等其他因素，易導(dǎo)致水泥中C3S含量減少、C3A含量增加，不能滿足要求，因此，在確定配料方案時(shí)，要保證熟料中有較高的C3S和較低的C3A。我公司生產(chǎn)的G級(jí)高抗硫酸鹽型油井水泥熟料時(shí)，熟料率值按如下范圍控制要求f-CaO＜1.0%、KH：0.920±0.02、SM：1.80±0.1、IM：0.7±0.1、C3S+C2S＞65%、C3A＜3.0%、C4AF＞18.0%。

2、穩(wěn)定窯內(nèi)熱工制度，保證出窯熟料質(zhì)量

油井水泥熟料要求有較高的C3S和較低的C3A，熟料在窯內(nèi)煅燒時(shí)由于鋁低鐵高的變化使窯內(nèi)液相量大、液相粘度低，如操作不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致窯況惡化，出現(xiàn)結(jié)圈、結(jié)球得現(xiàn)象，易造成窯系統(tǒng)絮亂；我公司要求生料入窯后，中控室必須精心操作及時(shí)調(diào)整操作參數(shù)，調(diào)整燃燒器位置，合理調(diào)整頭煤和尾煤的用量，避免引起窯內(nèi)結(jié)長(zhǎng)厚窯皮和出黃心料，適當(dāng)降低燒成溫度，要求窯二次風(fēng)溫控制在1100 ±50℃、煙室溫度控制在1000以下，分解爐溫度控制在850±20度，適當(dāng)提高要的轉(zhuǎn)速，燃燒器每?jī)尚r(shí)前后移動(dòng)一次，預(yù)熱器崗位每小時(shí)清理煙室及各級(jí)下料管膨脹倉(cāng)各一次，確保下料的舒暢，防止結(jié)圈結(jié)球，保證出窯熟料的質(zhì)量。

3、油井水泥生產(chǎn)流程控制圖

三、水泥粉磨的調(diào)整措施與石膏的選用

按常理說(shuō)熟料合格，生產(chǎn)水泥必然沒(méi)有任何問(wèn)題，但按照這個(gè)邏輯生產(chǎn)油井水泥就千錯(cuò)萬(wàn)錯(cuò)了，生產(chǎn)通用水泥時(shí)只對(duì)SO3、細(xì)度、比表面積等指標(biāo)控制好就可以保證水泥沒(méi)有問(wèn)題了，然而生產(chǎn)油井水泥所謂天壤之別，因?yàn)槌砘瘯r(shí)間、游離液、抗壓強(qiáng)度都有特殊的要求，初期在水泥粉磨過(guò)程中經(jīng)常糊磨，在水泥粉磨技術(shù)上可以說(shuō)是舉步維艱啊，各項(xiàng)過(guò)程控制都將影響油井水泥的性能。

1、水泥粉磨石膏的選用

油井水泥在粉磨時(shí)，只加入熟料和石膏，在熟料質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，如石膏質(zhì)量波動(dòng)較大，油井水泥的各項(xiàng)性能也隨之發(fā)生明顯變化，我公司試驗(yàn)初采用天然石膏，后因其SO3含量較低(20%-28%)之間波動(dòng)且不穩(wěn)定，不溶物及雜質(zhì)含量較高，水泥SO3含量（1.00%-1.9%）之間，在為保證水泥中SO3含量穩(wěn)定，只有增加石膏摻入量（最高摻加 8%），這樣，帶入水泥中的不溶物及雜質(zhì)含量增加，在磨制成水泥后，不溶物較高，C3S含量下降幅度大，初始稠度也較高，導(dǎo)致磨制的成品水泥不合格，后經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)，選用脫硫石膏 SO3含量（35%-40%）且質(zhì)量穩(wěn)定，磨制的水泥SO3含量穩(wěn)定在（2.0%-2.5%）初始稠度、不溶物較低，水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且各項(xiàng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定。

2、水泥粉磨熟料均化管理

在水泥粉磨時(shí)，為了穩(wěn)定水泥質(zhì)量，我公司將出窯熟料先入熟料庫(kù)，再?gòu)膸?kù)里放出，實(shí)施露天堆放，然后二次入熟料庫(kù)，實(shí)施多次均化，這樣既保證了熟料的多次均化也使熟料溫度接近常溫，因?yàn)閯偝龈G的熟料，不同時(shí)段的化學(xué)成分不同，按同一控制指標(biāo)磨制的水泥，其理化性能就不同，同時(shí)，如果熟料冷卻效果差，溫度高，直接入磨，易導(dǎo)致磨內(nèi)溫度過(guò)高，使磨況惡化（如糊磨），控制指標(biāo)失控，停磨處理，此外，如溫度過(guò)高，也易造成石膏脫水，使水泥性能發(fā)生根本變化。

3、水泥粉磨磨機(jī)工藝的控制

公司水泥磨為Φ3.8×13 m閉路粉磨系統(tǒng)、選粉機(jī)opsa-N2000，經(jīng)過(guò)多次的失敗，公司加大對(duì)磨機(jī)筒體內(nèi)的襯板、隔倉(cāng)板、進(jìn)、出料裝置和選粉機(jī)是控制的檢查調(diào)整，加強(qiáng)對(duì)磨機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的控制（防止糊磨）、研磨體的種類、級(jí)配、平均球徑和裝載量提高了要求。

4、水泥粉磨控制調(diào)整

我公司在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)出磨水泥的篩余 0.08mm（1.5%-2.5%），這樣控制的目的，是為了在一定程度上，間接、粗略的控制水泥的顆粒級(jí)配。因水泥在制備成水泥漿后，水泥的顆粒級(jí)配就決定了水泥顆粒的水化速度和水化程度。水泥顆粒越細(xì)小，水泥水化速度就越快，水化程度就越高，水泥漿的稠化時(shí)間也就越短、游離液越低、抗壓強(qiáng)度越高；反之，水泥顆粒越粗大，水泥水化速度就越慢，水化程度就越低，水泥漿的稠化時(shí)間也就越長(zhǎng)、游離液越高、抗壓強(qiáng)度越低。通過(guò)試驗(yàn)得知比表面積大的稠化時(shí)間影響越大，比表面積增加時(shí)，稠化時(shí)間縮短，就會(huì)造成不合格，水泥 SO3的大小也會(huì)影響稠化時(shí)間，通過(guò)我們的多次試驗(yàn)水泥SO32.0%-2.5%、比表面積310-340m2/kg之間為適宜狀態(tài)。

四、我公司油井水泥主要性能與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

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通過(guò)多次的失敗與不斷的經(jīng)驗(yàn)積累，我公司在2016年成功的生產(chǎn)出G級(jí)HER油井水泥，在水泥使用中廣泛的得到了客戶的認(rèn)可，上述總結(jié)，均為個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)之談，不同的生產(chǎn)企業(yè)，因原燃材料的限制于差異，在配料設(shè)計(jì)過(guò)程、生產(chǎn)工藝控制、操作及管理水平上的差異，都有不同的看法，在實(shí)際生產(chǎn)中，在控制指標(biāo)及控制方式上都會(huì)有所不同，不能一概而論，各生產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)自己的實(shí)際情況，制定適合本企業(yè)的控制指標(biāo)及控制方式，只要各項(xiàng)指標(biāo)符合GB/T 10238—2015規(guī)定，且便于控制、性能穩(wěn)定、優(yōu)良即可，以上論述是個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，該論述希望能夠幫助準(zhǔn)備生產(chǎn)的企業(yè)，也希望能與同行進(jìn)行積極的交流。

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1007-6344（2017）02-0006-02