第一節(jié) 油井水泥生產(chǎn)工藝流程 分析
油井水泥屬特種水泥，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(xì)制成。
A級(jí)水泥具有可泵性好、凝結(jié)硬化快及早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)，對(duì)于高壓井效果特別好，有利于防止油、氣上竄，提高固井質(zhì)量。在沒(méi)有特殊要求的條件下，使用深度從地面到井深1830m，僅作為普通類(lèi)型水泥使用。下面介紹一下A級(jí)油井水泥的生產(chǎn)工藝。
A級(jí)油井水泥的生產(chǎn)對(duì)原料、燃料和生料的質(zhì)量要求，熟料的煅燒，水泥的制成和裝運(yùn)等過(guò)程都有嚴(yán)格的要求。
1、原料、燃料和生料的質(zhì)量要求
雖然APISpec10中對(duì)A級(jí)水泥沒(méi)有明確的礦物組成規(guī)定，但水泥的性能要求對(duì)原料、燃料和生料有一定的質(zhì)量控制。
石灰石：CaO≥52%
粘土：Al2O313%-14%
鐵粉：Fe2O3≥55%
二水石膏:SO3≥40%
燃煤：灰分≤20% 熱值≥25080kJ/kg
2、熟料的煅燒
嚴(yán)格規(guī)定窯的熱工制度，適當(dāng)提高燒成溫度，在穩(wěn)定料量前提下，采用“薄料快轉(zhuǎn)長(zhǎng)焰順燒”的操作方法，使熟料結(jié)粒均齊，立升重保證在1450-1550g/L，f-CaO≤1.0%。值得注意的是窯灰應(yīng)均勻入窯，避免造成熟料成分波動(dòng)，且應(yīng)剔除不合格熟料。
3、水泥的制成和裝運(yùn)
水泥細(xì)度按比表面積控制為35-370m2/kg，0.08mm方孔篩篩余4%-6%，水中SO3控制為2.2%-2.5%。包裝和儲(chǔ)運(yùn)應(yīng)注意避免混入雜物和受潮。
第二節(jié) 國(guó)外油井水泥生產(chǎn)工藝發(fā)展階段比較
油井水泥的高性能化除了借鑒建筑水泥的高性能化 研究 成果外，還要針對(duì)固井過(guò)程中的特殊情況，如在油氣井中不要求水泥石有特別高的強(qiáng)度，而是需要高的抗沖擊能力和耐久性。所以，油井水泥形成水泥石的韌性好、抗阻裂性和抗腐蝕性更是固井工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。
20世紀(jì)70代以來(lái)， 研究 人員相繼采用了一些高技術(shù)的加工工藝，在提高水泥基材料的力學(xué)性能方面取得了重大突破，研制出了多種具有超高強(qiáng)度的水泥基材料。 研究 中不僅僅局限于改變水泥的化學(xué)成分與礦物組成，而且著重從制品的加工工藝上降低水泥石空隙率，提高其密實(shí)度；在開(kāi)發(fā)高性能摻合材料等方面也展開(kāi)了 研究 ，從而大幅度地提高了水泥石強(qiáng)度、韌性及抗腐蝕性能等一系列性能指標(biāo)。
80年代初以來(lái)，在水泥復(fù)合材料領(lǐng)域先后出現(xiàn)了MDF、DSP、RPC等一系列新型水泥基復(fù)合材料。英國(guó)的科學(xué)家Birchall發(fā)表了第一篇關(guān)于MPF（Macro—Defect FreeCement）水泥，即無(wú)宏觀缺陷水泥的論文，并用該水泥制造了世界上第一根水泥彈簧，在水泥界引起了極大的震動(dòng)。MDF材料的高抗彎曲強(qiáng)度、高斷裂韌性、低滲透性、良好的抗溶劑、抗酸堿腐蝕性能等特點(diǎn)，給油井水泥高性能化 研究 帶來(lái)了許多啟發(fā)。
通過(guò)應(yīng)用顆粒學(xué)原理，按照緊密堆積理論模型，力求提高固相顆粒的堆積密度，使?jié){體在成型時(shí)就具有高度密實(shí)的初始結(jié)構(gòu)的方法經(jīng)證實(shí)也有很好的效果，并已研制出超微密水泥，即DSP（DensifiedSystem Containing Homoge’一nously Arranged Ultrafine Particles）水泥。這是含有均勻分布的超細(xì)顆粒的致密材料的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是在水泥中摻人顆粒極為細(xì)小的硅灰（Silicafume）等超細(xì)顆粒物料，同時(shí)采用超塑化劑降低漿體水灰比。硅灰等超細(xì)顆粒既充填孑L隙，又是高活性物料，與水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）：化合成C—S—H凝膠，提高了水泥石的密實(shí)性，與固井水泥中加入硅砂、硅粉和硅灰相似。其強(qiáng)度高，但脆性比較大，不過(guò)高性能油井水泥的開(kāi)發(fā)還是可以借鑒。，國(guó)外學(xué)者利用緊密堆積理論對(duì)水泥及加重材料顆粒級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化，制得了高性能的超高密度水泥并用于現(xiàn)場(chǎng)，都取得了良好的效果。
RPC（Reactive Powers Cement）是應(yīng)用顆粒級(jí)配理論解決小顆粒級(jí)別最大緊密堆積問(wèn)題，采用原材料平均顆粒尺寸在0．1μm～1 mm之間，目的在于盡量減少混凝土中的孔間距，從而使水泥石更加密實(shí)。RPC采用以下措施：增加顆粒細(xì)度；提高漿體和水泥石的均勻性；優(yōu)化顆粒級(jí)配，在凝固期間加壓，提高水泥致密性；凝固后在一定溫度下養(yǎng)護(hù)，改善水泥石微觀結(jié)構(gòu)；摻入微細(xì)的鋼纖維和有機(jī)或無(wú)機(jī)的纖維增加韌性等。Ch．Nolkr81利用RPC技術(shù)將G級(jí)油井水泥和2種不同粒徑的硅粉合理級(jí)配，制備了能在180℃條件下長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)度不衰退的水泥石，該水泥石的強(qiáng)度達(dá)100 MPa以上，滲透率在7×10-7μm2左右，水泥的耐久性得到大幅提高。
在提高水泥韌性和阻裂性方面，主要集中在對(duì)纖維水泥體系的開(kāi)發(fā)。在油井水泥中摻合各種纖維材料提高水泥石性能。David．Laprade將緊密堆積技術(shù)與Micro—ribbon技術(shù)聯(lián)合使用，使油井水泥的PVF值達(dá)到58％～60％，增加了水泥的用水量，使水泥漿流變性得到改善的同時(shí)，纖維類(lèi)材料的加入使水泥石的強(qiáng)度、韌性、抗地層流體污染能力都得到很大的提高，在美國(guó)Los Angeles盆地的淺井中得到很好的應(yīng)用。
第三節(jié) 我國(guó)油井水泥生產(chǎn)工藝創(chuàng)新歷程與途徑
國(guó)外部分企業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)表明，用于 研究 開(kāi)發(fā)的投資占企業(yè)銷(xiāo)售額的1%時(shí)，企業(yè)難以生存，占2%時(shí)可勉強(qiáng)維持，占5%時(shí)才有競(jìng)爭(zhēng)力，而我國(guó)油井水泥企業(yè)用于 研究 開(kāi)發(fā)的投資平均還很低。
針對(duì)上述 行業(yè) 發(fā)展中存在的問(wèn)題，我國(guó)油井水泥 行業(yè) 應(yīng)走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路，建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。要健全產(chǎn)學(xué)研一體化的技術(shù)創(chuàng)新體系，要探索建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，構(gòu)建企業(yè)與優(yōu)秀的 研究 院所和著名的高校相結(jié)合的共性技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，瞄準(zhǔn)發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)與裝置，共同開(kāi)發(fā)、共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)、聯(lián)合競(jìng)爭(zhēng)、共同受益。
第四節(jié) 國(guó)內(nèi)油井水泥生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)介
我國(guó)油井水泥的生產(chǎn)設(shè)備有孰料細(xì)碎機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)、預(yù)熱機(jī)、輸送機(jī)、烘干機(jī)、預(yù)分解窯等。
第五節(jié) 國(guó)內(nèi)油井水泥生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀
預(yù)分解窯是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種煅燒工藝設(shè)備。它是在懸浮預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間，增設(shè)一個(gè)分解爐或利用窯尾煙室管道，在其中加入30～60%的燃料，使燃料的燃燒放熱過(guò)程與生料的吸熱分解過(guò)程同時(shí)在懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進(jìn)行，使生料在入回轉(zhuǎn)窯之前基本上完成碳酸鹽的分解反應(yīng)，因而窯系統(tǒng)的煅燒效率大幅度提高。這種將碳酸鹽分解過(guò)程從窯內(nèi)移到窯外的煅燒技術(shù)稱(chēng)窯外分解技術(shù)，這種窯外分解系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)預(yù)分解窯。
自20世紀(jì)50年代初期德國(guó)洪堡公司（KHD） 研究 成功懸浮預(yù)熱窯、70年代初期日本石川島公司（IHI）發(fā)明預(yù)分解窯以來(lái)，水泥工業(yè)熟料煅燒激射獲得了革命性的突破，并推動(dòng)了水泥生產(chǎn)全過(guò)程的技術(shù)創(chuàng)新。
伴隨著預(yù)分解技術(shù)的日趨成熟，各種類(lèi)型的旋風(fēng)預(yù)熱器與各種不同的與預(yù)解方法相結(jié)合，發(fā)展成為許多類(lèi)型的預(yù)分解窯。1973年國(guó)際石油危機(jī)之后，油源短缺，價(jià)格上漲，許多預(yù)分解窯被迫以媒代油，致使許多原來(lái)以石油為燃料研發(fā)的分解爐難以適應(yīng)。通過(guò)總結(jié)改進(jìn)，各種第二代、第三代分解爐應(yīng)運(yùn)而生，改善和提高了預(yù)熱分解系統(tǒng)的功效。
預(yù)分解窯法生產(chǎn)具有均化、節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)控制、長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)和科學(xué)管理六大保證體系.隨著預(yù)分解窯工藝設(shè)備大型化發(fā)展，使水泥工業(yè)向集約化方向發(fā)展。
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