CN107746193B - 一种工业废渣油井水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业废渣油井水泥及其制备方法，包括生料：电石渣干粉72％～80％、钢渣6.6％～14.8％、黄矸石4.5％～9.7％、硅石3.5％～8.9％；外掺料：石膏；由生料经煅烧为熟料后，按照熟料与外掺料比例为(96～98.5)：(1.5～4)掺和。本发明工业废渣油井水泥经电石渣烘干、生料制备、熟料煅烧和水泥制备工艺步骤制得。该方法制备的工业废渣油井水泥具有较好的比表面积，同时具备优异的抗压强度特性，制得的水泥质量稳定；且该方法降低了工业废渣处置，减少了环境污染，节能环保，成本低。

Description

一种工业废渣油井水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机胶凝材料技术领域，具体涉及一种工业废渣油井水泥及其制备方法。

背景技术

能源作为人类赖以生存的基础，是人类发展的驱动力。石油是一种不可再生资源，属于一次能源，在当今世界能源组成中占着举足轻重的地位。在石油开采过程中，固井工作是保证安全开采的前提条件。

油井水泥专用于油井、气井的固井工程，又称堵塞水泥。它的主要主用是将套管与周围的岩层胶结封固，封隔地层内油、气、水层，防止互相串扰，以便在井内形成一条从油层流向地面且隔绝良好的油流通道。油井水泥的基本要求为:水泥浆在注井过程中要有一定的流动性和适合的密度；水泥浆注入井内后，应较快凝结，并在短期内达到相当的强度；硬化后的水泥浆应有良好的稳定性和抗渗性、抗蚀性。

为规范固井油田水泥的性能要求，我国依据API油井水泥标准制定《油井水泥》(GB/T10238-2015)。按照标准，我国油井水泥分为A级、B级、C级、D级、G级和H级六个等级，包括普通型(O)、中抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)；其中G级油井水泥:由水硬性硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，通常加人适量的符合GB/T 5483的石膏共同粉磨制成的产品。在生产G级水泥时，除了加石膏或水或两者一起与熟料粉磨或混合外，不得掺加其他外加剂。当使用降低水溶性六价铬含量的化学外加剂时，不能影响油井水泥的预期性能。该产品是一种基本油井水泥，有中抗硫酸盐(MSR)和高抗硫酸盐(HSR)两种类型。

传统的油井水泥熟料采用石灰石、粘土、砂岩、铁矿石、煤等天然矿产资源和能源为原料进行配料煅烧，能耗较高，成本较高，不仅浪费了大量的天然资源和能源，而且排放大量CO₂及其它有害气体，污染环境严重。

钢渣作为炼钢排出的废渣，用于生产水泥报道较多；而电石渣作为电石法乙炔产生的大宗工业废渣，目前正常情况下的处理方式为生产水泥，但仅限于生产通用硅酸盐水泥，在制备油井水泥熟料中并未见相关报道。

目前人类对自身生存环境的要求越来越高，生态文明建设也愈演愈烈。利用工业废渣生产油井水泥不仅符合保护环境、降低污染的环保理念，而且具有变废为宝、降低工业废渣处置和生产成本的积极社会效果。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种工业废渣油井水泥及其制备方法，该方法制备的工业废渣油井水泥具有较好的比表面积，同时具备优异的抗压强度特性，水泥质量稳定；且该方法节能环保，成本低，减少环境污染。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种工业废渣油井水泥，包括下述干基质量比的原料：

生料：

电石渣干粉72％～80％、钢渣6.6％～14.8％、黄矸石4.5％～9.7％、硅石3.5％～8.9％；

外掺料：

石膏；

由上述生料经煅烧为熟料后，按照熟料与外掺料比例为(96～98.5)：(1.5～4)掺和。

进一步，所述石膏中SO₃≥35％，结晶水≥10％，不溶物≤10％。

本发明进一步给出了一种工业废渣油井水泥的制备方法，包括以下步骤：

①电石渣烘干：湿电石渣通过烘干制成电石渣干粉，进入储库储存；

②生料制备：将原料按照干基质量比为72％～80％的电石渣干粉、6.6％～14.8％的钢渣、4.5％～9.7％的黄矸石和3.5％～8.9％的硅石，通过计量、输送，进入生料粉磨系统进行粉磨，并进入均化库内储存、均化；

③熟料煅烧：将步骤②均化后的生料入窑煅烧成熟料；

④水泥制备：在步骤③烧成的熟料中按照质量比为熟料(96～98.5)：(1.5～4)的比例外掺石膏，再进行水泥磨粉即得到工业废渣油井水泥。

进一步，所述步骤①中，湿电石渣水分在4％-40％，电石渣干粉水分＜2％；利用窑尾废气，采用烘干锤石破碎机或干燥管进行换热、烘干。

进一步，所述步骤②中，电石渣干粉采用粉体计量称，通过输送设备直接进入选粉机选粉，选粉为粉磨细度＜15％。

进一步，所述步骤③中，熟料采用以下质量控制指标控制质量：石灰饱和系数KH＝0.87～0.93，硅酸率SM＝1.78～2.86，铝氧率IM＝0.71～0.90；

其中：石灰饱和系数：KH＝(CaO-1.65Al₂O₃-0.35Fe₂O₃)/2.8SiO₂；

硅酸率：SM＝SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃)；

铝氧率：IM＝Al₂O₃/Fe₂O₃。

进一步，所述步骤④中，所制取的油井水泥属于G级HSR高抗硫酸盐型油井水泥；水泥粉磨过程不掺加任何混合材，采用闭路粉磨工艺。

进一步，所产油井水泥比表面积在300-350m²/Kg，SO₃在1.2％～2.5％。

本发明的有益效果在于：

本发明的工业废渣油井水泥采用大量电石渣和钢渣的工业废渣，实现了电石渣100％替代石灰石生产油井水泥，节省了大量资源；油井水泥相对于通用水泥价格较高，增加了废渣的附加值；电石渣细度较细，烘干后仅需选粉，所配生料粉磨效率和产量高；电石渣主要成分为氢氧化钙，煅烧不产生CO₂，且易于煅烧，能耗低，生产成本较低，避免了造成资源浪费和环境污染，低碳环保；所生产的熟料及水泥强度高，质量稳定，达到最佳效果。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

本发明一种工业废渣油井水泥的制备方法，包括以下步骤：

①电石渣烘干：利用窑尾废气，将湿电石渣水分在4％-40％，采用烘干锤石破碎机或干燥管进行换热、烘干制成电石渣干粉，电石渣干粉水分＜2％；进入储库储存；

②生料制备：将原料按照干基质量比为72％～80％的电石渣干粉、6.6％～14.8％的钢渣、4.5％～9.7％的黄矸石和3.5％～8.9％的硅石，通过计量、输送，其中，电石渣干粉采用粉体计量称，进入生料粉磨系统进行粉磨，粉磨细度＜15％；并通过输送设备直接进入选粉机选粉后，进入均化库内储存、均化；

③熟料煅烧：将步骤②均化后的生料入窑煅烧成熟料；采用以下质量控制指标控制质量：石灰饱和系数KH＝0.87～0.93，硅酸率SM＝1.78～2.86，铝氧率IM＝0.71～0.90；其中：石灰饱和系数：KH＝(CaO-1.65Al₂O₃-0.35Fe₂O₃)/2.8SiO₂；硅酸率：SM＝SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃)；铝氧率：IM＝Al₂O₃/Fe₂O₃；

④水泥制备：在步骤③烧成的熟料中按照质量比为熟料(96～98.5)：(1.5～4)的比例外掺石膏，再进行水泥磨粉即得到工业废渣油井水泥。

所制取的油井水泥属于G级HSR高抗硫酸盐型油井水泥；水泥粉磨过程不掺加任何混合材，采用闭路粉磨工艺。

下面通过具体实施例来进一步说明本发明。

实施例1:

将所述各组分原料经过配比、粉磨，各组分的干基质量份数为：电石渣72％、钢渣14.8％、硅石3.5％、黄矸石9.7％。

将均化后的生料入窑，采用新型干法生产工艺煅烧成熟料。

在烧成的质量比为96份的熟料中外掺质量比为4份的石膏进行水泥磨粉而制成水泥。

实施例2:

将所述各组分原料经过配比、粉磨，各组分的干基质量份数为：电石渣80％、钢渣6.6％、硅石8.9％、黄矸石4.5％。

将均化后的生料入窑，采用新型干法生产工艺煅烧成熟料。

在烧成的质量比为98.5份的熟料中外掺质量比为1.5份的石膏进行水泥磨粉而制成水泥。

实施例3:

将所述各组分原料经过配比、粉磨，各组分的干基质量份数为：电石渣76％、钢渣11％、硅石4％、黄矸石9％。

将均化后的生料入窑，采用新型干法生产工艺煅烧成熟料。

在烧成的质量比为97份的熟料中外掺质量比为3份的石膏进行水泥磨粉而制成水泥。

各实施例所制取的油井水泥，进行分析，数据如下表1所示：

表1油井水泥熟料分析数据 ％

各实施例所制取的油井水泥，按照《油井水泥》(GB/T10235)所提及的性能检测如下表2所示：

表2物理性能检测结果

从上述表2可以看出，本发明制备的工业废渣油井水泥，其比表面积不大于330m²/Kg，在规定的水灰比情况下，8h抗压强度在60℃常压条件下不小于12.1MPa，在38℃常压条件下不小于4.2MPa。由表2可以看出，本发明所制备的工业废渣油井水泥不仅具有较好的比表面积，同时具备优异的抗压强度特性，是一种加工性能良好的工业废渣油井水泥。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种工业废渣油井水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①电石渣烘干：湿电石渣通过烘干制成电石渣干粉，进入储库储存；

②生料制备：将原料按照干基质量比为72％～80％的电石渣干粉、6.6％～14.8％的钢渣、4.5％～9.7％的黄矸石和3.5％～8.9％的硅石，通过计量、输送，进入生料粉磨系统进行粉磨，并进入均化库内储存、均化；

③熟料煅烧：将步骤②均化后的生料入窑煅烧成熟料；

④水泥制备：在步骤③烧成的熟料中按照质量比为熟料(96～98.5)：(1.5～4)的比例外掺石膏，再进行水泥磨粉即得到工业废渣油井水泥；

所述步骤①中，湿电石渣水分在4％-40％，电石渣干粉水分＜2％；利用窑尾废气，采用烘干锤石破碎机或干燥管进行换热、烘干；

所述步骤③中，熟料采用以下质量控制指标控制质量：石灰饱和系数KH＝0.87～0.93，硅酸率SM＝1.78～2.86，铝氧率IM＝0.71～0.90；

其中：石灰饱和系数：KH＝(CaO-1.65Al₂O₃-0.35Fe₂O₃)/2.8SiO₂；

硅酸率：SM＝SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃)；

铝氧率：IM＝Al₂O₃/Fe₂O₃；

制备的工业废渣油井水泥，其比表面积不大于330m²/Kg，8h抗压强度在60℃常压条件下不小于12.1MPa，在38℃常压条件下不小于4.2MPa；SO₃在1.2％～2.5％。

2.根据权利要求1所述的一种工业废渣油井水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤②中，电石渣干粉采用粉体计量称，通过输送设备直接进入选粉机选粉，选粉为粉磨细度＜15％。

3.根据权利要求1所述的一种工业废渣油井水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤④中，所制取的油井水泥属于G级HSR高抗硫酸盐型油井水泥；水泥粉磨过程不掺加任何混合材，采用闭路粉磨工艺。

4.一种权利要求1-3任一项所述方法制备的工业废渣油井水泥，其特征在于，包括下述干基质量比的原料：

生料：

电石渣干粉72％～80％、钢渣6.6％～14.8％、黄矸石4.5％～9.7％、硅石3.5％～8.9％；

外掺料：石膏；

由上述生料经煅烧为熟料后，按照熟料与外掺料比例为(96～98.5)：(1.5～4)掺和，所述石膏中SO₃≥35％，结晶水≥10％，不溶物≤10％。