浅谈生产G级HSR油井水泥质量技术控制措施

张鹏飞

(山西中条山新型建材有限公司 043400)

浅谈生产G级HSR油井水泥质量技术控制措施

张鹏飞

(山西中条山新型建材有限公司 043400)

随着公司的发展与普通水泥市场的白热化，公司加快了对特种水泥市场前进的步伐，我公司一条2500吨/日新型干法生产线，公司于2014年开始研制试生产G级HSR油井水泥，2016年成功的生产了G级HSR油井水泥，经过近3年的试生产与摸索，已经初步掌握了G级HSR生产质量控制技术，下面根据公司的实际生产情况，总结生产控制技术论述如下，希望可以和同行交流探讨。

油井水泥；生料配料；熟料煅烧；粉磨技术

1、前言

众所周知，油井水泥又称堵塞水泥或固井水泥。油井底部的温度和压力随着井深的增加而提高，每深入100 m，温度约提高3℃，压力增加1.0～2.0 MPa。因此，高温高压，特别是高温对水泥各种性能的影响是油井水泥生产和使用的最主要问题；油井水泥主要差别在于所烧制熟料化学成分，C3A≤8.0%（中抗）或 C3A≤3.0%（高抗），C4AF+2C3A≤24.0%，游离钙≤1%，物理指标要求：游离液含量≤5.90%，38℃常压8h，抗压强度≥2.1MPa，60℃常压8h，抗压强度≥10.3MPa，15-30min稠度≤30Bc，稠化时间≥90min，≤120min。

生产过程中原燃材料的均化、原燃材料质量的稳定和配料计量装备的稳定与准确，是整个过程质量控制的重点，随后就是烧成技术，烧成系统是水泥企业的核心，烧成决定整个生产的成败，生产油井水泥对铝值成分和铁值成分是有明确规定的，对中控窑操控制技术是有挑战的，我公司要求生料入窑后，中控窑操及时调整参数、燃烧器的调整、头尾煤的用量、烧成温度、分解炉温度等其他岗位都有控制措施，防止结圈结球；对磨制成品水泥的细度（0.08mm）、比表面积、SO3等都是有规定的。

下面根据公司实际生产、配料、质量控制要求，做一些技术总结，希望可以对需要生产的企业有所帮助、也希望和同行有所交流。

一：我公司生产G级HSR油井水泥的主要设备

生料磨：Φ4.6*10+3.5m烘干中卸磨

回转窑：Φ4.0*60m新型干法旋窑

预热器：五级双系列旋风预热器窑系统

水泥磨：Φ3.8×13 m闭路粉磨系统、选粉机opsa-N2000

二、原燃材料化学成分、烟煤的热值成分和配料计算

1、原材料化学成分（表一）

LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO石灰石39.693.592.021.1349.51.72碎屑2.5781.296.724.170.711.16铜矿渣-5.5332.709.3447.866.245.93镁渣1.529.52.55.5152.57.5

2、烟煤的工业分析（表二）

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

3、配料计算（表三）、原料的采用和生料的制备

项目原料名称 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铜矿渣6-0.331.960.562.870.370.36镁渣 10 0.15 2.95 0.25 0.55 5.25 0.75生料100.0030.7512.982.814.5744.032.51灼烧生料 96.47 / 18.08 3.92 6.36 61.33 3.50煤灰掺入 3.53 / 1.68 1.11 0.20 0.08 0.03熟料100/19.765.036.5661.413.53KHSMIMC3SC2SC3AC4AF熟料率值及矿物组成0.9111.700.7755.0315.142.2019.95KHSMIMKHSMIM细度配方计算结果生料控制值1.0401.760.62///≤10.0%

3.1 、配料设计

我公司采用铜矿渣为铁质原料，其铁质元素在45-50%之间，在合理的均化情况下满足生产需要，因GB/T10238-2015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，所以，采用的原燃材料必须要满足生产油井水泥的质量要求。

3.2 、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、碎屑、镁渣、铜矿渣配料，化学成分（见表 一），燃料使用优质烟煤（见表 二），四组分配料计算，（见表 三）。石灰石为自备矿山开采，储量丰富，生产油井水泥熟料时，我公司石灰石内控指标：CaO含量≥48%，MgO含量≤2.0%。硅质原料取公司自购的碎屑，质量稳定。自购镁渣质量稳定其中CaO含量≥50%。自购铜矿渣中Fe2O3含量≥45%，但Al2O3含量较高，有时高达9.0%，原料进厂采取严格的控制质量，实施有效的均化措施后，质量够能稳定下来；在生产时，严格控制各种进厂原材料的质量，密切关注石灰石中MgO及铜矿渣中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，不利于窑系统安全稳定运转；所以各种原材料在使用前，充分做好均化管理，有利于生产。

3.3 、生料的制备

水泥企业讲究两磨一烧，为保证生料入窑的稳定，在生料制备过程中降低、稳定原料磨得台效（不得随意加减产量），提升选粉机转速,使生料细度 0.08mm＞10%，生料质量的稳定是直接影响熟料得煅烧的关键因素，因此在生料配料、下料过程中保证各种入磨物料下料通畅与稳定和计量的准确，不发生断料现象，确保入窑生料质量稳定，才能符合煅烧要求。

二、熟料煅烧率值的控制、窑内热工制度生产流程控制图

1、熟料率值。

KH SM IMC3SC2SC3AC4AF0.9111.700.7755.0315.142.2019.95

因GB 10238规定，G级高抗硫酸盐型油井水泥中C3S为48%-65%、C3A≤3.0%、C4AF+2 C3A≤24，要求，在确定配料方案时，必须要满足国标条件。在实际生产时，因熟料的存放等其他因素，易导致水泥中C3S含量减少、C3A含量增加，不能满足要求，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、稳定窑内热工制度，保证出窑熟料质量

油井水泥熟料要求有较高的C3S和较低的C3A，熟料在窑内煅烧时由于铝低铁高的变化使窑内液相量大、液相粘度低，如操作不当就会导致窑况恶化，出现结圈、结球得现象，易造成窑系统絮乱；我公司要求生料入窑后，中控室必须精心操作及时调整操作参数，调整燃烧器位置，合理调整头煤和尾煤的用量，避免引起窑内结长厚窑皮和出黄心料，适当降低烧成温度，要求窑二次风温控制在1100 ±50℃、烟室温度控制在1000以下，分解炉温度控制在850±20度，适当提高要的转速，燃烧器每两小时前后移动一次，预热器岗位每小时清理烟室及各级下料管膨胀仓各一次，确保下料的舒畅，防止结圈结球，保证出窑熟料的质量。

3、油井水泥生产流程控制图

三、水泥粉磨的调整措施与石膏的选用

按常理说熟料合格，生产水泥必然没有任何问题，但按照这个逻辑生产油井水泥就千错万错了，生产通用水泥时只对SO3、细度、比表面积等指标控制好就可以保证水泥没有问题了，然而生产油井水泥所谓天壤之别，因为稠化时间、游离液、抗压强度都有特殊的要求，初期在水泥粉磨过程中经常糊磨，在水泥粉磨技术上可以说是举步维艰啊，各项过程控制都将影响油井水泥的性能。

1、水泥粉磨石膏的选用

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，我公司试验初采用天然石膏，后因其SO3含量较低(20%-28%)之间波动且不稳定，不溶物及杂质含量较高，水泥SO3含量（1.00%-1.9%）之间，在为保证水泥中SO3含量稳定，只有增加石膏掺入量（最高掺加 8%），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，导致磨制的成品水泥不合格，后经过多次的试验，选用脱硫石膏 SO3含量（35%-40%）且质量稳定，磨制的水泥SO3含量稳定在（2.0%-2.5%）初始稠度、不溶物较低，水泥各项性能指标均符合标准要求，且各项性能优良、稳定。

2、水泥粉磨熟料均化管理

在水泥粉磨时，为了稳定水泥质量，我公司将出窑熟料先入熟料库，再从库里放出，实施露天堆放，然后二次入熟料库，实施多次均化，这样既保证了熟料的多次均化也使熟料温度接近常温，因为刚出窑的熟料，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，使磨况恶化（如糊磨），控制指标失控，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。

3、水泥粉磨磨机工艺的控制

公司水泥磨为Φ3.8×13 m闭路粉磨系统、选粉机opsa-N2000，经过多次的失败，公司加大对磨机筒体内的衬板、隔仓板、进、出料装置和选粉机是控制的检查调整，加强对磨机通风系统的控制（防止糊磨）、研磨体的种类、级配、平均球径和装载量提高了要求。

4、水泥粉磨控制调整

我公司在实际生产中，对出磨水泥的筛余 0.08mm（1.5%-2.5%），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。因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。通过试验得知比表面积大的稠化时间影响越大，比表面积增加时，稠化时间缩短，就会造成不合格，水泥 SO3的大小也会影响稠化时间，通过我们的多次试验水泥SO32.0%-2.5%、比表面积310-340m2/kg之间为适宜状态。

四、我公司油井水泥主要性能与国家标准

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通过多次的失败与不断的经验积累，我公司在2016年成功的生产出G级HER油井水泥，在水泥使用中广泛的得到了客户的认可，上述总结，均为个人的经验之谈，不同的生产企业，因原燃材料的限制于差异，在配料设计过程、生产工艺控制、操作及管理水平上的差异，都有不同的看法，在实际生产中，在控制指标及控制方式上都会有所不同，不能一概而论，各生产企业要根据自己的实际情况，制定适合本企业的控制指标及控制方式，只要各项指标符合GB/T 10238—2015规定，且便于控制、性能稳定、优良即可，以上论述是个人的经验总结，该论述希望能够帮助准备生产的企业，也希望能与同行进行积极的交流。

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1007-6344（2017）02-0006-02