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合成G级中抗硫酸盐油井水泥的制备

2020-06-17 03:00 作者:pokerstars官网下载 点击:

  油井水泥又称堵塞水泥,是专用于油井、气井的固井工程的水泥。它具有合适的密度与凝结时间以及较低的稠度,用其配制的预拌油井混凝土具有良好的抗沉降性和可泵性。将油井水泥注入预定(温度、压力)的井段,能迅速凝结硬化并产生一定的机械强度,混凝土固化后具有良好的抗渗性、稳定性和耐腐蚀性。油井水泥属特种水泥,它由硅酸盐水泥熟料(主要成分为水硬性硅酸钙),加入适量石膏和助磨剂磨细制成。油井水泥分为普通型、中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型3类,A~H8个等级。其中,A 级油井水泥只有普通型;B 级油井水泥有中抗硫酸盐和高抗硫酸盐2种类型;C 级油井水泥有普通型和中抗硫酸盐、高抗硫酸盐3种类型;D、E、F 级油井水泥分别用作中温、中压,高温、高压,超高温、高压等不同条件和不同井深的油井,分中抗硫酸盐和高抗硫酸盐2种类型;G、H级属基本油井水泥,分中抗硫酸盐和高抗硫酸盐2种类型。因注入油井的条件不同,油井水泥有时还与促凝剂或缓凝剂一起使用。

  进入新世纪以来,国产石油的缺口越来越大,国家需要动用大量外汇用于进口石油,石油进口量已占国内产量的一半。为此,国家正在大力加强石油和天然气的生产。随着石油、天然气开发工作的推进,油井水泥的需求量也在不断增长。由于油井水泥的生产一般是采用特殊化学成分配料煅烧的方法,生产的熟料密实度高,熟料难磨,且粉磨水泥时不允许加入混合材,因此,水泥窑的台时产量低,质量难控制,水泥磨台时产量也低。与生产通用硅酸盐水泥相比,资源消耗高,能耗高,台时产量低,生产效率低,会引起严重的温室气体排放。

  目前,国家大力提倡节能减排和资源的综合利用、循环利用,水泥工业应将产业结构调整与节能减排有机结合起来。山东宏艺科技股份有限公司为顺应形势发展的需要,特制订了企业科技攻关计划项目,开发出合成G级中抗硫酸盐油井水泥。

  从GB10238-2005《油井水泥》标准中可知,其物理性能要求中的混合水、游离液含量、8小时养护抗压强度(38℃、60℃)、稠化时间等指标是为满足油井混凝土工作性和坚固性的需要,而化学要求则主要是为了满足油井混凝土的抗硫酸盐性能的需要。由此可见,只要满足了抗硫酸盐性能以及工作性、坚固性(强度)的要求,就可用于油井混凝土的施工。这样,就可以设计一种合成水泥,采用普通硅酸盐水泥熟料,用合成的方法满足其性能方面的要求。

  根据硫酸盐侵蚀的特点,通用硅酸盐水泥熟料中的C3A (铝酸三钙)含量较高,可掺入部分混合材降低其C3A含量,减少水泥水化后单硫铝酸钙的生成数量,以降低其在硫酸盐侵蚀下转化为钙矾石的几率,减少浆体内部体积膨胀,使膨胀产生的内应力小于混凝土的应力强度。在加入混合材时还应注意,不能因混合材的加入而带入较多的Al2O3(三氧化二铝),从而遭受硫酸盐的侵蚀,形成钙矾石,破坏混凝土的结构。因此,粉煤灰、煤矸石等Al2O3含量较高的混合材不宜选用,宜选用Al2O3含量低的矿渣、磷矿渣等混合材。

  外加剂在水泥工业中已广泛应用,其主要作用是降低生产成本、改善水泥性能,还可以增加混合材的掺量。在通用硅酸盐水泥熟料中掺入部分混合材后,水泥中C3S(硅酸三钙)含量降低,会影响水泥的8小时净浆强度,这时加入外加剂可激发混合材的活性,提高水泥强度,满足其坚固性的要求。

  矿渣是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣,是一种具有“潜在水硬性”的材料,是水泥厂经常使用的优质混合材。而电炉磷渣则是采用磷矿石、硅石、焦炭,在电炉内以电升华法制取黄磷所得到的废渣。在熔融状态下(1400℃~1600℃)水淬急冷而得到的粒化电炉磷渣,它的化学成分与矿渣相似,主要不同点是CaO (氧化钙,45%~48%)和SiO2(二氧化硅,38%~43%)含量稍高,Al2O3(2%~7%)含量稍低,其活性比矿渣略低。将其作为水泥混合材使用时,会使水泥早期强度偏低,但后期强度增进率较大,凝结较慢。粒化电炉磷渣的应用与粒化高炉矿渣相同,除可以作为活性混合材掺入通用水泥里之外,也可以作为水泥原料的配料组分用于特种水泥的生产(如抗硫酸盐水泥、低热水泥、道路水泥、彩色水泥等)。

  针对矿渣和磷矿渣等混合材的结构特征,在粉磨时采用固体高效复合矿渣活化剂对其进行活化处理,激发它们的潜在活性,以提高水泥强度、降低生产成本。

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