CN107879651A - 一种纤维增韧固井水泥的生产装置及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泥加工技术领域，具体涉及一种纤维增韧固井水泥的生产装置及其生产方法。包括水泥熟料仓、搅拌机、球磨机、纤维水泥料仓和旋风收集器，所述水泥熟料仓与搅拌机的出料口设置在传送皮带上方，传送皮带的末端设置与球磨机的入料口相连，球磨机的出料口与纤维水泥料仓相连；纤维水泥料仓的出料口通过风管与旋风收集器相连；所述风管一端与风机相连，另一端与旋风收集器相连，纤维水泥料仓与风管的连接点设置在风机与旋风收集器之间。本发明通过将水泥熟料和经过搅拌机预分散的纤维通过传送皮带进入球磨机中，经过球磨分散，再通过风机进行气流分散，可有效使长纤维均匀分布于水泥中，达到提高水泥抗拉强度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及水泥加工技术领域，具体涉及一种纤维增韧固井水泥的生产装置及其生产方法。
背景技术
目前各油田逐渐进入中后期开发阶段,为保证连续高产、稳定,各油田都不断采用新型钻井技术和各种增产措施,尤其是酸化压裂技术的实施,极易引起水泥石的脆性断裂,造成“二次窜流”现象时有发生。因此研究水泥石得常规特性的同时还应考察水泥得韧性，纤维增韧是提高水泥石韧性的有效手段，因此目前各种纤维大量的应用于固井水泥中。但是纤维直径仅有几个微米，且成束整体存在，在水泥中容易团聚，如果不能保证纤维在水泥中的分散性，则水泥石的最终强度下降，而纤维不能发挥真正的增强抗裂作用。另外一方面目前在油井水泥中使用的纤维长度基本控制在6mm以下，成本较长纤维高，同时市售纤维长度不均，导致水泥浆在现场搅拌过程中容易影响泵送，堵塞泵送设备。
水泥石是构成固井水泥环的主要材料，具有悬挂和保护套管的功能，其主要作用之一是改善套管的受力状态，延长套管的使用寿命。水泥石属于有先天微观缺陷的脆性材料，并具有抗拉强度低，抗破裂性能差，抗冲击强度低的缺点。
水泥石是以硅酸盐水泥为基础的无机胶凝材料，是构成井下水泥环的主要材料,属于典型的脆性材料，存在固有的性能缺陷：抗拉强度低(为抗压强度的1 /7 ~ 1 /12)；抗破裂性能差(极限延伸率为0. 02% ~ 0. 06% )；抗冲击强度低(断裂功为20~ 80 J/m)。油井水泥石的一个显著特点是基体内部存在许多初始微裂纹和微孔隙,
为了提高水泥环的抗拉强度，改善水泥石的韧性，常用的方式是在水泥中加入部分纤维达到增韧的目的，但是，由于纤维的分散性极差，在水泥浆中不易形成理想的分散状态，纤维增韧固井水泥的制备一直是限制其运用的重要因素。为了改善纤维的分散性，通常降低纤维的长径比，将其长度限制在4mm以下，甚至只能材料晶须类的纤维材料，极大的限制了纤维对水泥抗拉强度的提高。目前材料的制备方式为人工掺入，劳动强度高，纤维分布均匀性亦不能保证。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的问题，提出一种纤维增韧固井水泥的生产装置及其生产方法，通过均匀分散长纤维，达到改善纤维增韧固井水泥的性能，降低人工劳动强度目的。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种纤维增韧固井水泥的生产装置，包括水泥熟料仓、搅拌机、球磨机、纤维水泥料仓和旋风收集器，所述水泥熟料仓与搅拌机的出料口设置在传送皮带上方，传送皮带的末端设置与球磨机的入料口相连，球磨机的出料口与纤维水泥料仓相连；纤维水泥料仓的出料口通过风管与旋风收集器相连；所述风管一端与风机相连，另一端与旋风收集器相连，纤维水泥料仓与风管的连接点设置在风机与旋风收集器之间。
所述搅拌机与传送皮带之间还设置有纤维料仓。
所述水泥熟料仓和纤维料仓出料口均设置有电磁阀。
所述纤维水泥料仓的出料口设置有电磁阀。
所述纤维水泥料仓的内壁设置有检测纤维水泥厚度的红外线传感器。
所述球磨机的球磨介质为钢球或钢段，钢球的直径大于4cm，钢段的直径和长度均大于4cm。
一种生产纤维增韧固井水泥的方法，包括以下步骤：
A.将水泥熟料和石膏加入球磨机中，粉磨 25-30 min制得粗颗粒水泥，所述粗颗粒水泥的比表面积为200g/cm2—250g/cm2；
B.将纤维放入搅拌机中粉磨2-3min，使纤维预分散，放置备用；
C.将步骤B中制得的纤维加入球磨机中，与步骤A中制得的出颗粒水泥继续粉磨30-40min，制得纤维水泥的比表面积300g/cm2—350g/cm2；
D.将步骤C中制得的纤维水泥通过风机输送至旋风收集器中。
所述步骤A中，粉磨时间为28min，制得的粗颗粒水泥的比表面积为225g/cm2；所述步骤B中，粉磨时间为2.5min；所述步骤C中，粉磨时间为35min，制得的纤维水泥的比表面积325g/cm2。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过将水泥熟料和石膏通过传送皮带进入球磨机中，经过搅拌机预分散的纤维通过传送皮带送入球磨机中，经过球磨分散，再通过风机进行气流分散，可有效使长纤维均匀分布于水泥中，达到提高水泥抗拉强度的目的。通过机械生产纤维增韧固井水泥，降低固井施工时工人的劳动强度。
2、本发明能生产多种纤维增韧的固井水泥，可以使用长度≤1.5mm的各种纤维，降低了购买短纤维的成本，且纤维更易得。
3、纤维在球磨时，表面被球磨介质损伤，与水泥石基体间的机械结合力增加，达到增长抗拉拔力的目的。通过球磨分散的方式，可有效是使纤维表面变得粗糙、凹凸不平，从而增大了纤维表面摩擦力，利于纤维与水泥之间的粘结强度，更有利于纤维增强性能的发挥。气流输送可对纤维水泥起到二次混拌作用，使纤维在水泥中均匀分散。
4、通过搅拌机预分散，长纤维断裂，大团，束纤维被搅拌机叶片打成很小的团，束纤维长度变得更小，难以成大团。
5、由于在加工时，需要先将水泥熟料送入球磨机中初磨，再将经过搅拌机初磨后的纤维送入球磨机中与水泥熟料进行粉磨。故电磁阀的作用是控制水泥熟料和纤维送入球磨机的时间，通过先打开水泥熟料仓出料口的电磁阀，待水泥熟料在球磨机中完成初磨后再打开纤维料仓出料口的电磁阀，完成水泥熟料和纤维先后进入球磨机的作用。
6、当球磨机开始放料后，纤维水泥料仓内的纤维水泥逐渐增多，当纤维水泥达到预设值后，电磁阀打开，纤维水泥进入风管中，被风机制造的风吹至旋风收集器中。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明结构示意图。
图中标记：1、水泥熟料仓；2、传送皮带；；3、搅拌机；4、纤维料仓；5、风机；6、球磨机；7、纤维水泥料仓；8、旋风收集器；9、风管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做详细的说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产装置，本实施例包括：
一种纤维增韧固井水泥的生产装置，包括水泥熟料仓1、搅拌机3、球磨机6、纤维水泥料仓7和旋风收集器8，所述水泥熟料仓1与搅拌机3的出料口设置在传送皮带2上方，传送皮带2的末端设置与球磨机6的入料口相连，球磨机6的出料口与纤维水泥料仓7相连；纤维水泥料仓7的出料口通过风管9与旋风收集器8相连；所述风管9一端与风机5相连，另一端与旋风收集器8相连，纤维水泥料仓7与风管9的连接点设置在风机5与旋风收集器8之间。
所述搅拌机3与传送皮带2之间还设置有纤维料仓4。
所述水泥熟料仓1和纤维料仓4出料口均设置有电磁阀。
所述纤维水泥料仓7的出料口设置有电磁阀。
所述纤维水泥料仓7的内壁设置有检测纤维水泥厚度的红外线传感器。
所述球磨机6的球磨介质为钢球或钢段，钢球的直径大于4cm，钢段的直径和长度均大于4cm。
实施例2
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产装置，本实施例包括：
一种纤维增韧固井水泥的生产装置，包括水泥熟料仓1、搅拌机3、球磨机6、纤维水泥料仓7和旋风收集器8，所述水泥熟料仓1与搅拌机3的出料口设置在传送皮带2上方，传送皮带2的末端设置与球磨机6的入料口相连，球磨机6的出料口与纤维水泥料仓7相连；纤维水泥料仓7的出料口通过风管9与旋风收集器8相连；所述风管9一端与风机5相连，另一端与旋风收集器8相连，纤维水泥料仓7与风管9的连接点设置在风机5与旋风收集器8之间。
实施例3
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产装置，本实施例与实施例2基本相同，区别在于：
所述搅拌机3与传送皮带2之间还设置有纤维料仓4。
实施例4
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产装置，本实施例与实施例3基本相同，区别在于：
所述水泥熟料仓1和纤维料仓4出料口均设置有电磁阀。
实施例5
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产装置，本实施例与实施例2基本相同，区别在于：
所述纤维水泥料仓7的出料口设置有电磁阀。
实施例6
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产装置，本实施例与实施例5基本相同，区别在于：
所述纤维水泥料仓7的内壁设置有检测纤维水泥厚度的红外线传感器。
实施例7
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产装置，本实施例与实施例2基本相同，区别在于：
所述球磨机6的球磨介质为钢球或钢段，钢球的直径大于4cm，钢段的直径和长度均大于4cm。
实施例8
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产方法，本实施例包括：
一种生产纤维增韧固井水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将水泥熟料和石膏加入球磨机6中，粉磨 25min制得粗颗粒水泥，所述粗颗粒水泥的比表面积为200g/cm2；
B.将纤维放入搅拌机3中粉磨2min，使纤维预分散，放置备用；
C.将步骤B中制得的纤维加入球磨机6中，与步骤A中制得的出颗粒水泥继续粉磨30min，制得纤维水泥的比表面积300g/cm2；
D.将步骤C中制得的纤维水泥通过风机5输送至旋风收集器8中。
实施例9
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产方法，本实施例包括：
一种生产纤维增韧固井水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将水泥熟料和石膏加入球磨机6中，粉磨 30 min制得粗颗粒水泥，所述粗颗粒水泥的比表面积为250g/cm2；
B.将纤维放入搅拌机3中粉磨3min，使纤维预分散，放置备用；
C.将步骤B中制得的纤维加入球磨机6中，与步骤A中制得的出颗粒水泥继续粉磨40min，制得纤维水泥的比表面积350g/cm2；
D.将步骤C中制得的纤维水泥通过风机5输送至旋风收集器8中。
实施例10
作为本发明的一种较佳实施例，本实施例公开了一种纤维增韧固井水泥的生产方法，本实施例包括：
一种生产纤维增韧固井水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将水泥熟料和石膏加入球磨机6中，粉磨 28min制得粗颗粒水泥，所述粗颗粒水泥的比表面积为225g/cm2；
B.将纤维放入搅拌机3中粉磨2.5min，使纤维预分散，放置备用；
C.将步骤B中制得的纤维加入球磨机6中，与步骤A中制得的出颗粒水泥继续粉磨35min，制得纤维水泥的比表面积325g/cm2；
D.将步骤C中制得的纤维水泥通过风机5输送至旋风收集器8中。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种纤维增韧固井水泥的生产装置，其特征在于：包括水泥熟料仓（1）、搅拌机（3）、球磨机（6）、纤维水泥料仓（7）和旋风收集器（8），所述水泥熟料仓（1）与搅拌机（3）的出料口设置在传送皮带（2）上方，传送皮带（2）的末端设置与球磨机（6）的入料口相连，球磨机（6）的出料口与纤维水泥料仓（7）相连；纤维水泥料仓（7）的出料口通过风管（9）与旋风收集器（8）相连；所述风管（9）一端与风机（5）相连，另一端与旋风收集器（8）相连，纤维水泥料仓（7）与风管（9）的连接点设置在风机（5）与旋风收集器（8）之间。
2.根据权利要求1所述的纤维增韧固井水泥的生产装置，其特征在于：所述搅拌机（3）与传送皮带（2）之间还设置有纤维料仓（4）。
3.根据权利要求2所述的纤维增韧固井水泥的生产装置，其特征在于：所述水泥熟料仓（1）和纤维料仓（4）出料口均设置有电磁阀。
4.根据权利要求1所述的纤维增韧固井水泥的生产装置，其特征在于：所述纤维水泥料仓（7）的出料口设置有电磁阀。
5.根据权利要求4所述的纤维增韧固井水泥的生产装置，其特征在于：所述纤维水泥料仓（7）的内壁设置有检测纤维水泥厚度的红外线传感器。
6.根据权利要求1所述的纤维增韧固井水泥的生产装置，其特征在于：所述球磨机（6）的球磨介质为钢球或钢段，钢球的直径大于4cm，钢段的直径和长度均大于4cm。
7.一种利用权利要求1-6中任意一项所述的纤维增韧固井水泥的生产装置生产纤维增韧固井水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将水泥熟料和石膏加入球磨机（6）中，粉磨 25-30 min制得粗颗粒水泥，所述粗颗粒水泥的比表面积为200g/cm2—250g/cm2；
B.将纤维放入搅拌机（3）中粉磨2-3min，使纤维预分散，放置备用；
C.将步骤B中制得的纤维加入球磨机（6）中，与步骤A中制得的出颗粒水泥继续粉磨30-40min，制得纤维水泥的比表面积300g/cm2—350g/cm2；
D.将步骤C中制得的纤维水泥通过风机（5）输送至旋风收集器（8）中。
8.根据权利要求7所述的生产纤维增韧固井水泥的方法，其特征在于：所述步骤A中，粉磨时间为28min，制得的粗颗粒水泥的比表面积为225g/cm2；所述步骤B中，粉磨时间为2.5min；所述步骤C中，粉磨时间为35min，制得的纤维水泥的比表面积325g/cm2。
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