CN104986975A - 一种g级油井水泥及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用煤矸石作为硅质材料生产优质G级油井水泥的方法。具体包括以下步骤：利用煤矸石作为硅质原材料，参与配料，经粉磨得到生料，再经过预热分解，经过高温煅烧冷却得到油井熟料，再与石膏一起粉磨得到油井水泥。本发明提供的方法实施后，原材料除石灰石外大都采用废渣，熟料烧成煤耗大幅下降。生料磨产量大幅提高，大大节省了能源，减少了CO2的排放，节能减排，符合国家节能减排环保的理念。该方案不仅消耗了大量的废渣如煤矸石、粉煤灰和采矿废石等，减少了环境污染，另外，本发明提供的方案还能降低生产成本，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及油井水泥生产领域，具体涉及一种利用煤矸石作为硅质材料生产优质G级油井水泥的方法。
背景技术
硅质原材料为油井水泥生产主要原材料，其硅含量和碱含量要求高。水泥厂一般采用优质硅砂作为油井水泥硅质原材料。其成本相对于煤矸石较高。而且由于硅砂的硅含量过高，铝含量偏低，往往会导致油井水泥熟料C3A偏低，窑堆雪人严重，影响优质油井水泥的生产。
煤矸石是采煤过程排放的固体废物，其主要成分为SiO2和Al2O3。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种利用煤矸石作为硅质材料生产优质G级油井水泥的方法。降低油井水泥生产成本，提高生料磨台时产量，降低烧成煤耗，稳定窑况，提高油井水泥性能。
本发明提供了一种G级油井水泥，该水泥的比表面积为300-310m2/kg，MgO含量为1.5±0.5％；SO3含量为2.0±0.2％；游离液含量为4.8±0.5％；稠化时间为100-120min；38℃、8h水泥强度为4.5-5.1MPa；60℃、8h水泥强度为11.4-14.6MPa。
该水泥的原料配方包括如下重量份的原料组成：石灰石80-85份，粉煤灰0-2份，煤矸石10-13份，铁矿采矿废石3-5份，煤灰3-5份，天然二水石膏2-4份进一步优选为石灰石83.8份，粉煤灰0.6份，煤矸石11.2份，铁矿采矿废石4.4份，煤灰3.39份，天然二水石膏3份。
所述的煤矸石中的主要成分及质量分数为：SiO2 75-80％，Al2O3 6-7％，Fe2O3 2-3％，R2O 0.65-0.80％。
本发明提供了一种利用煤矸石作为硅质材料生产G级油井水泥的方法。具体是利用煤矸石作为硅质原材料，参与配料，经粉磨得到生料，再经过预热分解，经过高温煅烧冷却得到油井熟料，在与石膏一起粉磨得到优质油井水泥。步骤如下：1)将石灰石，粉煤灰，煤矸石，铁矿采矿废石按重量比混合后粉磨，控制粉磨成品过80微米筛的筛余物≤18％，得到生料；
2)将步骤1)中的生料经混合均化，将均化好的生料通过5级预分解窑系统进行预热分解，控制生料的分解率为93±2％，然后将分解后的生料放入水泥回转炉中在1350-1400℃下煅烧，煅烧20-22min，煅烧采用煤作为燃料，煤煅烧后落入煤灰参与物理、化学反应，得到部分熔融物料，将该部分熔融物料以50～70℃/min的冷却速度冷却至60～100℃，得到油井水泥熟料；
3)将油井水泥熟料经过3-4天堆放冷却，冷却后与石膏混合后，粉磨，即可得到G级油井水泥。
利用所述发五级旋风预分解系统在预热分解过程中，控制分解炉出口860±5℃；C5出口855±5℃；物料入窑温度850±5℃；烟室温度1030±20℃、压力-250±50Pa；三次风温880±30℃、压力-550±100Pa；二次风温1050±30℃、窑头罩压力-30±10Pa。
本发明具有以下有益效果：
1)煤矸石相对硅砂易磨性好，生料磨产量明显提高。
2)煤矸石成分稳定，硅铝比例合适能有效的改善窑况，提高熟料质量，大大减少窑堆雪人、飞沙等不良现象；
3)煤矸石本身具有一定的发热量，能减少煤用量，降低熟料热耗；水泥磨和回转窑产量大幅提高，大大节省了能源，减少了CO2的排放，节能减排；
4)由于采用煤矸石作为硅质材料，不仅消耗了大量煤矸石，而且保护了矿山资源，减少了废渣的堆放，有利于保护生态环境；节约了成本，每吨油井水泥相对于使用硅砂做硅质原材料节约成本约5-6元。
附图说明
以下各图为实施例1中的G级油井水泥在各大油田应用效果图
其中，△-稠度(BC)，□-压力(MPa)，◇-温度(℃)。
图1为本发明实施例1中的G级油井水泥在四川油田西南固井中的应用效果图。
图2本发明实施例1中的G级油井水泥在江汉油田中的应用效果图。
图3本发明实施例1中的G级油井水泥在长庆油田中的应用效果图。
具体实施方式
实施例1
下面结合实施例来进一步说明本发明，但发明要求的保护范围并不局限于实施例表述的范围。
利用煤矸石作为硅质材料生产优质油井水泥具体操作如下：
1)进厂原燃材料尽可能稳定，主要原材料尽可能使用单一矿点，主要原料为石灰石，硅质材料采用选矿废石，铁质材料采用铁矿采矿废石，铝质材料使用电厂湿粉煤灰，煤采用榆神煤与碳质页岩按1:1进行搭配。将石灰石，粉煤灰，煤矸石，铁矿采矿废石按重量比混合后粉磨，控制粉磨成品过80微米筛的筛余物≤18％，得到生料，所述的粉磨过程在立磨中进行；
其中实施中原料的化学成分见表1：
表1实施中原料的化学成分
| 名称 | 水分 | Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | R2O |
| 石灰石 | 0.6 | 41.16 | 4.05 | 1.40 | 0.42 | 51.30 | 0.82 | 0.10 | 0.25 |
| 湿粉煤灰 | 20.0 | 6.46 | 49.83 | 25.03 | 7.23 | 7.55 | 1.12 | 0.57 | 1.45 |
| 煤矸石 | 21.0 | 4.36 | 78.53 | 6.70 | 2.25 | 2.94 | 1.77 | 0.25 | 0.77 |
| 铁矿采矿废石 | 4.5 | 3.84 | 26.86 | 7.64 | 54.01 | 3.18 | 0.53 | 0.76 | 0.30 |
2)将步骤1)中的生料后混合均化，将均化好的生料通过5级预分解窑系统进行预热分解，控制生料的分解率为93±2％，然后将分解后的生料放入水泥回转炉中在1350-1400℃下煅烧，煅烧20-22min，煅烧采用煤作为燃料，煤煅烧后落入煤灰参与物理、化学反应，得到部分熔融物料，将该部分熔融物料以50～70℃/min的冷却速度冷却至60～100℃，得到油井水泥熟料；
其中实施中配料方案见表2：
表2实施方案的配料
熟料控制范围为：
熟料中二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度：KH：0.91±0.02；
水泥熟料硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例：SM：2.60±0.1；
水泥熟料中铝酸三钙含量：C3A：2.0±0.5f-cao<1.0立升重>1250g/l。
实施前后，利用煤矸石配料前后熟料化学分析结果对比表3：
表3利用煤矸石配料前后熟料化学分析结果对比
煤矸石利用前后生料磨产量，熟料标煤耗见表4：
表4煤矸石利用前后生料磨产量及熟料标煤耗
| 煤矸石掺量 | 生料磨产量(t/h) | 标煤耗 |
| 0 | 125 | 130 |
| 11.2％ | 135 | 125 |
窑操作上：
①适当放低分解炉温度，分解炉出口温度以入窑分解率在93±1％为控制依据，分解炉出口温度由875±10℃降低到860±5℃，适度多用头煤，保证熟料f-CaO小于1.0；
②适当降低窑转速，保证物料在窑内停留时间，控制在3.65±0.1r/min，配合适度多用头煤，提高熟料立升重大于1250g/l，烧成温度控制为1400℃；
③冷却机操作上适当降低一段料层厚度，二室篦下压力由5200±200Pa，降低到4800±200Pa，一段风机尽可能满负荷运行，提高熟料急冷效果；二段根据推动电流考虑适当降低速度，增加料层厚度，给风尽量充足，降低熟料温度，使部分熔融物料以50～70℃/min的冷却速度冷却至60～100℃；
④操作中适当降低高温风机拉风量，但要保证窑况稳定和熟料不出黄心。
3)将油井水泥熟料经过3-4天堆放冷却，冷却后与天然二水石膏混合后，粉磨，即可得到G级油井水泥。
水泥控制项目：比面积：310±15m2/kg，SO3:2.0±0.2％。
采用上述方法随机取5个样品检测器物理数据结果见表5：
表5出磨G级油井水泥物理检验结果
从图表中可以看出，利用煤矸石作为硅质材料生产优质油井水泥，油井熟料质量大幅提高，生料磨产量得到提高，烧成煤耗下降，油井水泥各项指标都符合API标准，四川、江汉和长庆等各大油田使用后反应良好。
图1为本发明实施例1中的G级油井水泥在四川油田西南固井中的应用效果图。
西南固井应用方案：G级油井水泥在30分钟时间升温至55℃，升压至44MPa，保持温度和压力，稠度变化情况。
应用要求：油井水泥稠度为40BC时，时间在250分钟±50分钟。
图2本发明实施例1中的G级油井水泥在江汉油田中的应用效果图。
江汉油田淡水固井应用方案：G级油井水泥在30分钟时间升温至60℃，升压至30MPa，保持温度和压力，稠度变化情况。
应用要求：油井水泥稠初始度即时间为15-30分钟时油井水泥稠度为10BC±5BC，稠化时间在200分钟±50分钟。
图3本发明实施例1中的G级油井水泥在长庆油田中的应用效果图。
长庆油田道达尔井应用方案：G级油井水泥在45分钟时间升温至92℃，升压至45MPa，保持温度和压力，稠度变化情况。
应用要求：油井水泥稠初始度即时间为15-30分钟时油井水泥稠度为10BC±5BC，稠化时间在400分钟±50分钟。
由图可以看出实施例1生产的G级油井水泥能满足西南固井、江汉油田和长庆油田的特殊应用要求。
Claims (6)
1. 一种G级油井水泥，其特征在于，该水泥的比表面积为300-310m2/kg，MgO含量为1.5±0.5%；SO3含量为2.0±0.2%；游离液含量为4.8±0.5%；稠化时间为100-120min；38℃、8h水泥强度为4.4-5.1MPa；60℃、8h水泥强度为11.4-14.6 MPa。
2. 根据权利要求1所述的G级油井水泥，其特征在于，包括如下重量份的原料组成：石灰石80-85份，粉煤灰0-2份，煤矸石10-13份，铁矿采矿废石3-5份，煤灰3-4份，天然二水石膏2-4份。
3. 根据权利要求2所述的G级油井水泥，其特征在于，包括如下重量份的原料组成：石灰石83.8份，粉煤灰0.6份，煤矸石11.2份，铁矿采矿废石4.4份，煤灰3.39份，天然二水石膏3份。
4. 根据权利要求2或3所述的G级油井水泥，其特征在于，煤矸石中的主要成分及质量分数为：SiO2 75-80%，Al2O3 6-7%，Fe2O3 2-3%，R2O 0.65-0.80%。
5. 权利要求1~4任一项G级油井水泥的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：1）将石灰石，粉煤灰，煤矸石，铁矿采矿废石按重量比混合后粉磨，控制粉磨成品过80微米筛的筛余物≤18%，得到生料；
2）将步骤1）中的生料混合均化，将均化好的生料通过五级旋风预分解系统进行预热分解，控制生料的分解率为93±2%，然后将分解后的生料放入水泥回转炉中在1350-1400℃下煅烧，煅烧20-22min，煅烧采用煤作为燃料，煤煅烧后落入煤灰参与物理、化学反应，得到部分熔融物料，将该部分熔融物料以50～70℃/min的冷却速度冷却至60～100℃，得到油井水泥熟料；
3）将油井水泥熟料经过3-4天堆放冷却，冷却后再与石膏混合，粉磨，即可得到G级油井水泥。
6. 根据权利要求5所述的G级油井水泥的加工工艺，其特征在于，所述发五级旋风预分解系统在预热分解过程中，控制分解炉出口860±5℃；C5出口855±5℃；物料入窑温度850±5℃；烟室温度1030±20℃、压力-250±50Pa；三次风温880±30℃、压力-550±100 Pa；二次风温1050±30℃、窑头罩压力-30±10Pa。
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