專利名稱：一種改性油井水泥及其制備方法和生產(chǎn)線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特種水泥技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改性油井水泥及其制備方法和生產(chǎn)線。
背景技術(shù)：
油井水泥(oil well cement)，又稱堵塞水泥(blockage ce-ment)或固井水泥，它屬于特種水泥，由水硬性硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏和助磨劑磨細制成。油井水泥具有合適的密度和凝結(jié)時間、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。將其注入預(yù)定(溫度、壓力)的井段，能迅速凝結(jié)硬化并產(chǎn)生一定的機械強度，同時混凝土固化后具有良好的抗?jié)B性、穩(wěn)定性和耐腐蝕性。油井水泥的物理性能要求包括水灰比、水泥比表面積、15min 30min內(nèi)的初始稠度，在特定溫度和壓力下的稠化時間以及在特定溫度、壓力和養(yǎng)護齡期下的抗壓強度。不同濃度的油井，應(yīng)該使用不同組成的水泥。根據(jù)GB 10238-1998，我國油井水泥分為九個等級，包括普通(0)、中等抗硫酸鹽型(MSR)和高抗硫酸鹽型(HSR)三類。各級別油井水泥使用范圍如下A級在無特殊性能要求時使用，適用于自地面至1830m井深的注水泥；僅有普通型。B級適合于井下條件要求高早期強度時使用，適用于自地面至1830m井深的注水泥；分為中抗硫酸鹽型和高抗硫酸鹽型兩種類型。C級適合于井下條件要求高的早期強度時使用，適用于自地面至1830m井深的注水泥；分為普通型、中抗硫酸鹽型和高抗硫酸鹽型三種類型。D級適合于中溫中壓的井下條件時使用，分為中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽型兩種類型。E級適合于高溫高壓的進行條件時使用；分為中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽型兩種類型。F級適合于超高溫高壓的進行條件時使用；分為中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽型。G級、H級是一種基本油井水泥；分為中抗硫酸鹽型和高抗硫酸鹽兩種類型。J級適用于超高溫高壓條件下的3660 4880m井深的注水泥。按照GB 10238-2005的規(guī)定，A級、B級、C級、D級、E級、F級油井水泥主要由硅酸鹽水泥熟料，石膏共同磨細而成，粉磨過程中允許加入助磨劑。其中，D級、E級、F級允許加入適宜的調(diào)凝劑。G級、H級油井水泥也主要由硅酸鹽水泥熟料，石膏共同磨細而成，在最新API規(guī)范IOA第M版中，在G和H級油井水泥中增加了 “在生產(chǎn)時，除了加石膏、水或者有鉻離子(VI)還原要求的化學(xué)外加劑中的一種或多種外，不加其他外加劑”的規(guī)定，因而基本不能摻入任何外加劑。這樣的規(guī)定，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量有一定的作用，但同時也限制了其它可以用作油井水泥的材料的應(yīng)用和發(fā)展，也不利于降低生產(chǎn)材料成本。
對于用戶所要求的超出油井水泥標(biāo)準以外的一些重要要求，無法有適當(dāng)?shù)姆椒▉硪?guī)范性地滿足。例如用戶定制的不同于油井水泥標(biāo)準要求的“G級油井水泥”，稠化時間大于120分鐘，從GB 10238-2005的規(guī)定上看，不符合規(guī)定，但是這有是用戶急需的，需要稱為 “油井水泥”的材料。目前，也有部分廠家在油井水泥中加入礦物外加劑的，例如使用石英砂、石灰石等制備高溫油井水泥；也有將沸石、明礬石摻入的；或者摻入火山灰質(zhì)材料生產(chǎn)改變性能的油井水泥的；但總體上，加入的礦物外加劑較為單一，節(jié)省材料成本不夠顯著，且產(chǎn)品性能也不令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種改性油井水泥及其制備方法和生產(chǎn)線，以便更廣泛地滿足用戶的性能指標(biāo)要求。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種改性油井水泥，含有水泥熟料、石膏及至少兩種礦物外加劑組分，各組分的重量百分比含量如下水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;各類礦物外加劑分別為0. 1 40%。較優(yōu)地，包括兩類礦物外加劑組分，其中第一類礦物外加劑為工業(yè)副產(chǎn)物中的一種，含量分別為0. 1 40% ；第二類礦物外加劑為原生礦物中的一種，含量為0. 1 40%。較優(yōu)地，為改性G級油井水泥，包括兩種礦物外加劑組分，其中水泥熟料為75士5%;石膏為5士 1%;第一類礦物外加劑為粒化高爐礦渣，含量為14士4% ；第二類礦物外加劑為石灰石，含量為6 士 1%。較優(yōu)地，包括兩類礦物外加劑組分，其中第一類礦物外加劑為工業(yè)副產(chǎn)物中的兩種，含量分別為0. 1 40% ；第二類礦物外加劑為原生礦物中的一種，含量為0. 1 40%。較優(yōu)地，為改性G級油井水泥，包括三種礦物外加劑組分，其中水泥熟料為65士5%;石膏為5士 1%;第一類礦物外加劑包括?；郀t礦渣，含量為14士4% ；磷渣，含量為10士 1%;第二類礦物外加劑為石灰石，含量為6 士 1%。較優(yōu)地，包括兩類礦物外加劑組分，其中第一類礦物外加劑為工業(yè)副產(chǎn)物中的三種，含量分別為0. 1 40% ；第二類礦物外加劑為原生礦物中的一種，含量為0. 1 40%。較優(yōu)地，為改性D級油井水泥，包括四種礦物外加劑組分，其中
水泥熟料為20 % 75 % ；石膏為2% 10%;第一類礦物外加劑包括?；郀t礦渣，含量為0. 40% ；磷渣，含量為0. 40% ；鎂渣，含量為0. 40% ；第二類礦物外加劑為石灰石，含量為0. 40%。較優(yōu)地，包括兩類礦物外加劑組分，其中第一類礦物外加劑為工業(yè)副產(chǎn)物中的兩種，含量分別為0. 1 40% ；第二類礦物外加劑為原生礦物中的兩種，含量分別為0. 1 40%。較優(yōu)地，為改性D級油井水泥，其包括四種礦物外加劑組分，其中水泥熟料為45士5%;石膏為4士 1%;第一類礦物外加劑包括粒化高爐礦渣，含量為4 士 1 % ；磷渣，含量為25士3%;第二礦物外加劑包括石灰石，含量為12士2% ；石英砂，含量為10 士 2%。較優(yōu)地，所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料、硫鋁酸鹽水泥熟料、鐵鋁酸鹽水泥熟料或鋁酸鹽水泥熟料中的一種。在此基礎(chǔ)上，上述改性油井水泥的一種制備方法，包括以下步驟將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑按比例計量配料，得到混合材料；將混合材料粉磨至預(yù)定的顆粒級別，得到改性油井水泥。上述改性油井水泥的另一種制備方法，包括以下步驟將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑分別單獨粉磨，或按比例計量配料并分別分組粉磨至預(yù)定的顆粒級別，形成粉狀物料；按比例計量配料將各材料的粉狀物料混拌均勻，得到改性油井水泥。進一步地，本發(fā)明提供上述改性水泥的一種生產(chǎn)線，包括一計量配料系統(tǒng)，用以將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑按比例計量配料，得到混合材料；一水泥磨機，位于計量配料系統(tǒng)的下游，用以將混合材料粉磨至適宜的粒度，形成具有預(yù)定的顆粒級別的改性油井水泥。上述改性水泥的另一種生產(chǎn)線，包括—粉磨系統(tǒng)，將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑分別單獨粉磨或按比例計量配料并分別分組粉磨至預(yù)定的顆粒級別，形成粉狀物料；—混合攪拌機，按比例計量配料將各材料的粉狀物料混拌均勻，得到改性油井水泥。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供一種組分不同于GB10238-2005要求，但所有性能符合相關(guān)規(guī)定的改性油井水泥，可以更加適用于油井水泥客戶需求；也可以生產(chǎn)更加適用于客戶需求且技術(shù)要求部分不同于GB10238-2005要求的油井水泥。具體而言，通過使用礦物外加劑對油井水泥進行改性，可以取得但不限于以下有益技術(shù)效果(1)提高改性油井水泥的抗碎裂性能，即在保持強度的前提下，降低水泥石的彈性模量，提高韌性，從而為用戶提供更多更大的價值；(2)通過加入使用礦物外加劑的方法，減少了水泥熟料粉磨量，由于水泥熟料的生產(chǎn)需要大量的能耗(包括粉磨能耗和燒成能耗)，故一定程度上降低生產(chǎn)水泥的能耗；(3)通過使用礦物外加劑，一定程度地達到用戶的使用要求，減少用戶使用化學(xué)外加劑的數(shù)量，減少施工風(fēng)險和對環(huán)境的不利影響。(4)使用部分工業(yè)副產(chǎn)物，也能使油井水泥的使用更加環(huán)保。


圖1是本發(fā)明第一種改性油井水泥制備方法的流程圖；圖2是圖1中水泥粉磨步驟的的流程圖；圖3是本發(fā)明第二種改性油井水泥制備方法，其中僅示出粉磨步驟；圖4是本發(fā)明第一種改性油井水泥生產(chǎn)線的示意圖；圖5是本發(fā)明第二種改性油井水泥生產(chǎn)線的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的核心思想是，對油井水泥改性，即在水泥熟料、石膏中加入至少兩種礦物外加劑組分，各組分的重量百分比含量如下水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;各礦物外加劑分別為0. 1 40%。所述水泥熟料一般為硅酸鹽水泥熟料、鋁酸鹽熟料、硫鋁酸鹽熟料、鐵鋁酸鹽熟料、磷鋁酸鹽熟料等；所述石膏，包括天然石膏和工業(yè)副產(chǎn)品石膏；所述礦物外加劑可為普通水泥以及混凝土所指的常用的幾種礦物外加劑(如礦渣、粉煤灰、微硅粉等)，也可以為原生礦物(如玄武巖、石灰石等)或工業(yè)副產(chǎn)物(如鋼渣、鎂渣、磷渣、燃燒充分的煤渣等)。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。下面的實施例均為兩種以上礦物外加劑組分，它們分屬于兩類礦物外加劑組分， 其中一類為工業(yè)副產(chǎn)物(例如?；郀t礦渣、鎂渣、磷渣、釩鈦渣或鋼渣中的一種，以及粉煤灰、微硅粉等)，可作為主組分；另一類為原生礦物(例如石灰石、玄武巖、沸石、石英砂等)，可作為輔組分。一、雙組分礦物外加劑系列實施例1——第一種礦物外加劑為?；郀t礦渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉、石英砂、鎂渣、磷渣、釩鈦渣或鋼渣之一，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；
石膏為2% 10%;?；郀t礦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、石英砂、鎂渣、磷渣、釩鈦渣或鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。例如，一種改性G級油井水泥中的優(yōu)選組分及配比為水泥熟料為75士5%;石膏為5士 1%;第一礦物外加劑為?；郀t礦渣，含量為14士4% ；第二礦物外加劑為石灰石，含量為6 士 1%。該組成的改性油井水泥按G級油井水泥測試標(biāo)準檢測在水灰比為0. 44時，在 15min 30min內(nèi)，最大稠度為17BC，小于30BC ；稠化時間為104min，大于90min而小于 120min ；抗壓強度超過國標(biāo)的要求，使用性能良好。實施例2——第一種礦物外加劑為鎂渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、石英砂、磷渣、釩鈦渣或鋼渣之一，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;鎂渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、石英砂、磷渣、釩鈦渣或鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。實施例3——第一種礦物外加劑為磷渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、石英砂、釩鈦渣或鋼渣之一，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;磷渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、石英砂、釩鈦渣或鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為 2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。實施例4——第一種礦物外加劑為釩鈦渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、 微硅粉、粉煤灰、石英砂、釩鈦渣或鋼渣之一，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;釩鈦渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、石英砂或鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。實施例5——第一種礦物外加劑為鋼渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰或石英砂之一，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為
水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰或石英砂為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。二、三組分礦物外加劑系列實施例6——第一種礦物外加劑為?；郀t礦渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、磷渣、釩鈦渣、或鋼渣之一，第三種礦物外加劑為鎂渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;粒化高爐礦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、磷渣、釩鈦渣、或鋼渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為 2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；鎂渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。例如，一種較優(yōu)的組分及配比為
水泥熟料為20 % 75 % ；石膏為2% 10%;第一礦物外加劑為?；郀t礦渣，含量為0. 1 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為10% 14% ；第二礦物外加劑為石灰石，含量為0. 1 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為 5% 15%，最優(yōu)選為6% 8% ；第三礦物外加劑為磷渣，含量為0. 1 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。其中，這種配比方案用于改性G級油井水泥時，其中的三種礦物外加劑組分為水泥熟料為65士5%;石膏為5士 1%;第一礦物外加劑為?；郀t礦渣，含量為14士4% ；第二礦物外加劑為石灰石，含量為6 士 ；第三礦物外加劑為磷渣，含量為10 士 1%。該組成的改性油井水泥按G級油井水泥測試標(biāo)準檢測在水灰比為0. 44時，在 15min 30min內(nèi)，最大稠度為17BC，小于30BC ；稠化時間為104min，大于90min而小于 120min ；抗壓強度超過國標(biāo)的要求，使用性能良好。實施例7——第一種礦物外加劑為?；郀t礦渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、釩鈦渣或鋼渣之一，第三種礦物外加劑為磷渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為
水泥熟料為20% 80% ；石膏為2% 10%;?；郀t礦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰、釩鈦渣或鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；磷渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。實施例8——第一種礦物外加劑為?；郀t礦渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰或鋼渣之一，第三種礦物外加劑為釩鈦渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;?；郀t礦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰或鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；釩鈦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8 % 12%。實施例9——第一種礦物外加劑為?；郀t礦渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰或鋼渣之一，第三種礦物外加劑為釩鈦渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;?；郀t礦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰或鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；釩鈦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8 % 12%。實施例10——第一種礦物外加劑為?；郀t礦渣，第二種礦物外加劑為石灰石、 玄武巖、微硅粉或粉煤灰之一，第三種礦物外加劑為鋼渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;?；郀t礦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉或粉煤灰為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2^^-8%,更優(yōu)選為 5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；
鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。實施例11——第一種礦物外加劑為鎂渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰、石英砂、釩鈦渣或鋼渣之一，第三種礦物外加劑為磷渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;鎂渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰、石英砂、釩鈦渣或鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為 2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；磷渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。實施例12——第一種礦物外加劑為鎂渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰、石英砂或鋼渣之一，第三種礦物外加劑為釩鈦渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;鎂渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰、石英砂或鋼渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；釩鈦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8 % 12%。實施例13——第一種礦物外加劑為鎂渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰或石英砂之一，第三種礦物外加劑為鋼渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;鎂渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰或石英砂為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。實施例14——第一種礦物外加劑為磷渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰或石英砂之一，第三種礦物外加劑為釩鈦渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；
石膏為2% 10%;磷渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉、粉煤灰或石英砂為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；釩鈦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8 % 12%。實施例14——第一種礦物外加劑為磷渣，第二種礦物外加劑為石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰或石英砂之一，第三種礦物外加劑為鋼渣，其中各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 80 % ；石膏為2% 10%;磷渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石、玄武巖、微硅粉粉煤灰或石英砂為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；鋼渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。三、四組分或四組分以上礦物外加劑系列也可以加入四組分或以上組分的礦物外加劑，實施例15——三種位工業(yè)副產(chǎn)物，一種為原生礦物，具體包括粒化高爐礦渣、磷渣、鎂渣、石灰石(或石英砂)四種礦物外加劑，其中一種改性D級油井水泥各組分的質(zhì)量百分比含量具體為水泥熟料為20 % 75 %，優(yōu)選為25 % 65 %，更優(yōu)選為35 % 45 %，最優(yōu)選為 45% 55% ；石膏為2% 10%，優(yōu)選為3% 5% ；粒化高爐礦渣為0. 1 % 40 %，優(yōu)選為2 % 18 %，更優(yōu)選為5 % 15 %，最優(yōu)選為8% 12% ；磷渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。鎂渣為0. 40%，優(yōu)選為2% 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12% ；石灰石或石英砂為0. 40%，優(yōu)選為20Z0 18%，更優(yōu)選為5% 15%，最優(yōu)選為8% 12%。實施例16——兩種位工業(yè)副產(chǎn)物，兩種為原生礦物，這兩類礦物外加劑的含量分別為0.1 40%。例如，對于一種改性D級油井水泥，其包括四種礦物外加劑組分，其中水泥熟料為45士5%;石膏為4士 1%;第一礦物外加劑為粒化高爐礦渣，含量為4士 ；
第二礦物外加劑為磷渣，含量為25士 3% ；第三礦物外加劑為石灰石，含量為12士2% ；第四礦物外加劑為石英砂，含量為10 士 2%。該組成的改性油井水泥按D級油井水泥測試標(biāo)準檢測在水灰比為0. 38時，在 15min 30min內(nèi)，最大稠度為20BC，小于30BC ；稠化時間為116min，大于國標(biāo)方案6下的 IOOmin ；抗壓強度超過國標(biāo)的要求，使用性能良好。以上各實施例中的改性油井水泥經(jīng)檢測，水灰比、水泥比表面積、15min 30min 內(nèi)的初始稠度，在特定溫度和壓力下的稠化時間以及在特定溫度、壓力和養(yǎng)護齡期下的抗壓強度，各項化學(xué)、物理性能均滿足國標(biāo)GB10238-2005的要求。以上實施例中，通過使用礦物外加劑對油井水泥進行改性，可以達到以下效果(1)提高改性油井水泥的抗碎裂性能，即在保持強度的前提下，降低水泥石的彈性模量，提高韌性，從而為用戶提供更多更大的價值；(2)通過加入使用礦物外加劑的方法，減少了水泥熟料的粉磨量，由于水泥熟料的生產(chǎn)需要大量的能耗(包括粉磨能耗和燒成能耗)，故一定程度上降低生產(chǎn)水泥的能耗；(3)通過使用礦物外加劑，一定程度地達到用戶的使用要求，減少用戶使用化學(xué)外加劑的數(shù)量，減少施工風(fēng)險和對環(huán)境的不利影響；(4)使用部分工業(yè)副產(chǎn)物，也能使油井水泥的使用更加環(huán)保。針對上述改性油井水泥，本發(fā)明提供相應(yīng)的制備方法及生產(chǎn)線，以下分別進行描述。同時參見圖1、圖2，表示本發(fā)明第一種改性油井水泥制備方法的工藝流程圖。主要由原料的破碎及預(yù)均化(步驟S101)，生料配料、粉磨及均化(步驟S102)，水泥熟料的燒成(步驟S103)，水泥粉磨(步驟S104)和水泥儲存、均化和包裝(步驟等過程構(gòu)成， 其中水泥粉磨步驟為本發(fā)明的關(guān)鍵所在，其它步驟可完全沿用現(xiàn)有技術(shù)，詳細說明如下S101、原料的破碎及預(yù)均化水泥生產(chǎn)過程中的大部分原料需要進行破碎，如石灰石、黏土、鐵礦石及煤等。石灰石是生產(chǎn)水泥用量最大的原料，開采后的粒度較大，硬度較高，因此石灰石的破碎在水泥機械的物料破碎中占有比較重要的地位。對于不帶烘干功能的球磨機，還應(yīng)有烘干部分。原料預(yù)均化技術(shù)就是在原料的存、取過程中，運用科學(xué)的堆取料技術(shù)，實現(xiàn)原料的初步均化，確保配料(生料質(zhì)量)的穩(wěn)定，使原料堆場同時具備貯存與均化的功能。S102、生料配料、粉磨及均化各種原料按照配比要求，通過計量裝置進行配料，然后入生料磨粉磨成生料(具有符合成分組成要求的粉狀物料)，是水泥生產(chǎn)過程中“兩磨一燒”基本工序的第一個工序。 其中，合理選擇粉磨設(shè)備和工藝流程，優(yōu)化工藝參數(shù)，正確操作，控制作業(yè)制度，對保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗具有重大意義。穩(wěn)定入窯生料成分是穩(wěn)定熟料燒成熱工制度的前提，良好的穩(wěn)定的熟料燒成熱工制度是確保熟料質(zhì)量的基礎(chǔ)。因此，生料需要進行均化過程，確保生料成分的準確和穩(wěn)定。S103、水泥熟料的燒成生料在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，包括生料的升溫脫水，碳酸鹽的受熱分解，一系列的固相反應(yīng)等，生成水泥熟料中的間礦物。隨著物料溫度升高到部分礦物會變成液相，大部分礦物在液相的條件下進行反應(yīng)生成大量晶體礦物，當(dāng)溫度開始降低，液相固化形成顆粒狀的熟料。S104、水泥的粉磨水泥粉磨是水泥制造的最后工序，它決定著水泥的基本性能和質(zhì)量的優(yōu)劣。其主要功能在于將水泥熟料、石膏以及混合材等經(jīng)水泥計量配料系統(tǒng)，按適當(dāng)?shù)谋壤?jīng)水泥磨機系統(tǒng)粉磨至適宜的粒度(以篩余細度、比表面積等表示)，形成具有一定的顆粒級配的水泥，再經(jīng)過均化等措施，使水泥的質(zhì)量均勻可靠。各水泥生產(chǎn)企業(yè)在這個工序環(huán)節(jié)差別最大，各有各的技術(shù)優(yōu)勢，差別主要在混合材的種類、摻量和粉磨工藝方面。對于本發(fā)明改性油井水泥而言，具體為以下兩個步驟S1041、將水泥熟料、石膏及至少兩種的礦物外加劑計量配料，得到混合成材；S1042、將混合材料粉磨至適宜的粒度，形成具有預(yù)定的顆粒級別的水泥。之后，對水泥采取均化等措施，使水泥的質(zhì)量均勻可靠。S105、水泥儲存、均化和包裝這是水泥生產(chǎn)的最后一個工序，水泥經(jīng)過水泥儲存、均化，將經(jīng)檢驗合格的水泥按照規(guī)定的要求包裝出廠，也可以散灰的形式出售。參見圖3，表示本發(fā)明第二種改性油井水泥制備方法的工藝流程圖。其中僅示出水泥粉磨步驟，其它工序可參照上述第一種制備方法。S1041’、將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑按比例計量配料并分別粉磨至預(yù)定的顆粒級別，形成粉狀物料；S1042’、將各材料的粉狀物料混拌均勻，得到改性油井水泥。本例中，也可以將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑按比例計量配料并分別分組粉磨至預(yù)定的顆粒級別(例如將水泥熟料、石膏作為一組，將至少兩類礦物外加劑作為一組)，形成粉狀物料，之后再按比例計量配料將各材料的粉狀物料混拌均勻，得到改性油井水泥。本實施例與上例不同的是，先將各組份分別單獨粉磨或分組粉磨，之后再進行混拌。當(dāng)然也可將上述兩種方法結(jié)合使用，在此不再贅述。參見圖4，表示本發(fā)明第一種改性油井水泥生產(chǎn)線的示意圖。該改性油井水泥生產(chǎn)線包括計量配料系統(tǒng)1、磨頭倉2、水泥磨機3、選粉機4、收塵器5、排風(fēng)機6等設(shè)備構(gòu)成，其中各設(shè)備位置及功能分別為計量配料系統(tǒng)1，用以將四個配料庫中的水泥熟料、石膏及至少兩種的礦物外加劑計量配料，得到混合材料；磨頭倉2，位于計量配料系統(tǒng)1和水泥磨機3之間，用以暫存計量配料系統(tǒng)1輸送過來的混合材料，最終送入水泥磨機3進行粉磨；水泥磨機3，位于計量配料系統(tǒng)1的下游，用以將混合材料粉磨至適宜的粒度，形成具有預(yù)定的顆粒級別的水泥；選粉機4，連通水泥磨機3的產(chǎn)品出口，用以將粉碎后的物料選粉，最終得到油井水泥成品；收塵器5，連通水泥磨機3的排塵出口，用以收集水泥磨機3產(chǎn)生的灰塵，避免造成污染；
風(fēng)機6，位于收塵風(fēng)道中，用以給收塵器5提供相應(yīng)的吸塵負壓。該改性油井水泥生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)較為緊湊，其中涉及到原料的破碎及預(yù)均化，生料配料、粉磨及均化，水泥熟料的燒成等均可沿用現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)，其中在熟料生產(chǎn)過程中，將水泥熟料、石膏以及混合材等經(jīng)水泥計量配料系統(tǒng)，按適當(dāng)?shù)谋壤?jīng)水泥磨機系統(tǒng)粉磨至適宜的粒度(以篩余細度、比表面積等表示)，形成具有一定的顆粒級配的水泥，再經(jīng)過均化等措施，使水泥的質(zhì)量均勻可靠；包裝后即得到最終的改性油井水泥產(chǎn)品。參見圖5，表示本發(fā)明第二種改性油井水泥生產(chǎn)線的示意圖。該改性油井水泥生產(chǎn)線包括粉磨系統(tǒng)8、混合攪拌機10，其中一粉磨系統(tǒng)8，用于將含水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑分別單獨粉磨， 或按比例計量配料并分別分組粉磨至預(yù)定的顆粒級別(例如將水泥熟料、石膏作為一組， 將至少兩類礦物外加劑作為一組)，形成粉狀物料；具體可設(shè)置多個磨機分別對各組份進行粉磨，也可共用一個磨機分時進行對各組分粉磨，油此得到原料水泥和兩種礦物外加劑粉；一加料螺旋9，用于將粉狀物料加入到混合攪拌機10中；一混合攪拌機10，將按比例計量配料加入的各材料的粉狀物料混拌均勻，得到改性油井水泥。本生產(chǎn)線的其它附屬設(shè)施可參照上述第一種生產(chǎn)線，得到的水泥經(jīng)過水泥儲存、 均化，經(jīng)檢驗合格的水泥按照規(guī)定的要求包裝出廠，也可以散灰的形式出售，具體不再贅述。本發(fā)明將礦物外加劑加入水泥中使用，可以固化這些材料中的易溶危害物，一定程度地處理了有害工業(yè)副產(chǎn)物，降低了對環(huán)境以及人身的危害。實際生產(chǎn)過程中，由于使用已經(jīng)廣泛使用的礦物外加劑材料，這些材料已經(jīng)實踐證明了它們的可使用性、安全性、環(huán)保性，因而具有較好的市場前景。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種改性油井水泥，其特征在于，含有水泥熟料、石膏及至少兩種礦物外加劑組分， 各組分的重量百分比含量如下水泥熟料為20% 80% ； 石膏為2% 10% ； 各類礦物外加劑分別為0. 1 40%。
2.如權(quán)利要求1所述的改性油井水泥，其特征在于，包括兩類礦物外加劑組分，其中 第一類礦物外加劑為工業(yè)副產(chǎn)物中的一種，含量分別為0. 1 40% ；第二類礦物外加劑為原生礦物中的一種，含量為0. 1 40%。
3.如權(quán)利要求2所述的改性油井水泥，其特征在于，為改性G級油井水泥，包括兩種礦物外加劑組分，其中水泥熟料為75 士 5% ； 石膏為5士 ；第一類礦物外加劑為粒化高爐礦渣，含量為14士4% ； 第二類礦物外加劑為石灰石，含量為6士 1%。
4.如權(quán)利要求1所述的改性油井水泥，其特征在于，包括兩類礦物外加劑組分，其中 第一類礦物外加劑為工業(yè)副產(chǎn)物中的兩種，含量分別為0. 1 40% ；第二類礦物外加劑為原生礦物中的一種，含量為0. 1 40%。
5.如權(quán)利要求4所述的改性油井水泥，其特征在于，為改性G級油井水泥，包括三種礦物外加劑組分，其中水泥熟料為65 士 5% ；石膏為5士 ；第一類礦物外加劑包括?；郀t礦渣，含量為14士4% ；磷渣，含量為10士 ；第二類礦物外加劑為石灰石，含量為6士 1%。
6.如權(quán)利要求1所述的改性油井水泥，其特征在于，包括兩類礦物外加劑組分，其中 第一類礦物外加劑為工業(yè)副產(chǎn)物中的三種，含量分別為0. 1 40% ；第二類礦物外加劑為原生礦物中的一種，含量為0. 1 40%。
7.如權(quán)利要求6所述的改性油井水泥，其特征在于，為改性D級油井水泥，包括四種礦物外加劑組分，其中水泥熟料為20% 75% ；石膏為2% 10% ；第一類礦物外加劑包括?；郀t礦渣，含量為0. 40% ；磷渣，含量為0. 40% ；鎂渣，含量為0. 40% ；第二類礦物外加劑為石灰石，含量為0. 40%。
8.如權(quán)利要求1所述的改性油井水泥，其特征在于，包括兩類礦物外加劑組分，其中 第一類礦物外加劑為工業(yè)副產(chǎn)物中的兩種，含量分別為0. 1 40% ；第二類礦物外加劑為原生礦物中的兩種，含量分別為0. 1 40%。
9.如權(quán)利要求8所述的改性油井水泥，其特征在于，為改性D級油井水泥，其包括四種礦物外加劑組分，其中水泥熟料為45 士 5% ； 石膏為4士 ； 第一類礦物外加劑包括?；郀t礦渣，含量為4士 ； 磷渣，含量為25士3% ； 第二礦物外加劑包括 石灰石，含量為12士2% ； 石英砂，含量為10 士 2%。
10.如權(quán)利要求1 9任一項所述的改性油井水泥，其特征在于，所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料、硫鋁酸鹽水泥熟料、鐵鋁酸鹽水泥熟料或鋁酸鹽水泥熟料中的一種。
11.如權(quán)利要求1 10任一項所述的改性油井水泥制備方法，其特征在于，包括以下步驟將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑按比例計量配料，得到混合材料； 將混合材料粉磨至預(yù)定的顆粒級別，得到改性油井水泥。
12.如權(quán)利要求1 10任一項所述的改性油井水泥制備方法，其特征在于，包括以下步驟將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑分別單獨粉磨，或按比例計量配料并分別分組粉磨至預(yù)定的顆粒級別，形成粉狀物料；按比例計量配料將各材料的粉狀物料混拌均勻，得到改性油井水泥。
13.如權(quán)利要求1 10任一項所述的改性油井水泥生產(chǎn)線，其特征在于，包括 一計量配料系統(tǒng)，用以將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑按比例計量配料，得到混合材料；一水泥磨機，位于計量配料系統(tǒng)的下游，用以將混合材料粉磨至適宜的粒度，形成具有預(yù)定的顆粒級別的改性油井水泥。
14.如權(quán)利要求1 10任一項所述的改性油井水泥生產(chǎn)線，其特征在于，包括一粉磨系統(tǒng)，將水泥熟料、石膏及至少兩類的礦物外加劑分別單獨粉磨，或按比例計量配料并分別分組粉磨至預(yù)定的顆粒級別，形成粉狀物料；一混合攪拌機，按比例計量配料將各材料的粉狀物料按比例計量配料并混拌均勻，得到改性油井水泥。
全文摘要
本發(fā)明公開一種改性油井水泥及其制備方法和生產(chǎn)線。該改性油井水泥含有水泥熟料、石膏及至少兩種礦物外加劑組分，按質(zhì)量比計水泥熟料20％～80％；石膏2％～10％；各礦物外加劑分別0.1～40％。該制備方法為將各組份計量配料，粉磨后形成預(yù)定顆粒級別水泥；或者，將各組份單獨粉磨或按比例計量配料并分組粉磨，再按比例計量配料混拌均勻得到水泥。該生產(chǎn)線包括計量配料系統(tǒng)，將各組份按比例計量配料并混合；水泥磨機，將混合材料粉磨成預(yù)定顆粒級別水泥。或者，包括粉磨系統(tǒng)，將各組份單獨粉磨或按比例計量配料并分組粉磨至預(yù)定顆粒級別；混合攪拌機，將各組分粉狀物料混拌均勻成水泥。本發(fā)明得到的改性油井水泥，在滿足產(chǎn)品性能指標(biāo)基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C04B28/00GK102491695SQ20111041102
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者許毅剛, 陳東 申請人:四川嘉華企業(yè)(集團)股份有限公司