专利名称：一种改性油井水泥及其制备方法和生产线的制作方法
技术领域：
本发明涉及特种水泥技术领域，特别涉及一种改性油井水泥及其制备方法和生产线。
背景技术：
油井水泥(oil well cement)，又称堵塞水泥(blockage ce-ment)或固井水泥，它属于特种水泥，由水硬性硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏和助磨剂磨细制成。油井水泥具有合适的密度和凝结时间、较低的稠度，用其配制的预拌油井混凝土具有良好的抗沉降性和可泵性。将其注入预定(温度、压力)的井段，能迅速凝结硬化并产生一定的机械强度，同时混凝土固化后具有良好的抗渗性、稳定性和耐腐蚀性。油井水泥的物理性能要求包括水灰比、水泥比表面积、15min 30min内的初始稠度，在特定温度和压力下的稠化时间以及在特定温度、压力和养护龄期下的抗压强度。不同浓度的油井，应该使用不同组成的水泥。根据GB 10238-1998，我国油井水泥分为九个等级，包括普通(0)、中等抗硫酸盐型(MSR)和高抗硫酸盐型(HSR)三类。各级别油井水泥使用范围如下A级在无特殊性能要求时使用，适用于自地面至1830m井深的注水泥；仅有普通型。B级适合于井下条件要求高早期强度时使用，适用于自地面至1830m井深的注水泥；分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型两种类型。C级适合于井下条件要求高的早期强度时使用，适用于自地面至1830m井深的注水泥；分为普通型、中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型三种类型。D级适合于中温中压的井下条件时使用，分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型两种类型。E级适合于高温高压的进行条件时使用；分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型两种类型。F级适合于超高温高压的进行条件时使用；分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。G级、H级是一种基本油井水泥；分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐两种类型。J级适用于超高温高压条件下的3660 4880m井深的注水泥。按照GB 10238-2005的规定，A级、B级、C级、D级、E级、F级油井水泥主要由硅酸盐水泥熟料，石膏共同磨细而成，粉磨过程中允许加入助磨剂。其中，D级、E级、F级允许加入适宜的调凝剂。G级、H级油井水泥也主要由硅酸盐水泥熟料，石膏共同磨细而成，在最新API规范IOA第M版中，在G和H级油井水泥中增加了 “在生产时，除了加石膏、水或者有铬离子(VI)还原要求的化学外加剂中的一种或多种外，不加其他外加剂”的规定，因而基本不能掺入任何外加剂。这样的规定，对于保证产品质量有一定的作用，但同时也限制了其它可以用作油井水泥的材料的应用和发展，也不利于降低生产材料成本。
对于用户所要求的超出油井水泥标准以外的一些重要要求，无法有适当的方法来规范性地满足。例如用户定制的不同于油井水泥标准要求的“G级油井水泥”，稠化时间大于120分钟，从GB 10238-2005的规定上看，不符合规定，但是这有是用户急需的，需要称为 “油井水泥”的材料。目前，也有部分厂家在油井水泥中加入矿物外加剂的，例如使用石英砂、石灰石等制备高温油井水泥；也有将沸石、明矾石掺入的；或者掺入火山灰质材料生产改变性能的油井水泥的；但总体上，加入的矿物外加剂较为单一，节省材料成本不够显著，且产品性能也不令人满意。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性油井水泥及其制备方法和生产线，以便更广泛地满足用户的性能指标要求。为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，一种改性油井水泥，含有水泥熟料、石膏及至少两种矿物外加剂组分，各组分的重量百分比含量如下水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;各类矿物外加剂分别为0. 1 40%。较优地，包括两类矿物外加剂组分，其中第一类矿物外加剂为工业副产物中的一种，含量分别为0. 1 40% ；第二类矿物外加剂为原生矿物中的一种，含量为0. 1 40%。较优地，为改性G级油井水泥，包括两种矿物外加剂组分，其中水泥熟料为75士5%;石膏为5士 1%;第一类矿物外加剂为粒化高炉矿渣，含量为14士4% ；第二类矿物外加剂为石灰石，含量为6 士 1%。较优地，包括两类矿物外加剂组分，其中第一类矿物外加剂为工业副产物中的两种，含量分别为0. 1 40% ；第二类矿物外加剂为原生矿物中的一种，含量为0. 1 40%。较优地，为改性G级油井水泥，包括三种矿物外加剂组分，其中水泥熟料为65士5%;石膏为5士 1%;第一类矿物外加剂包括粒化高炉矿渣，含量为14士4% ；磷渣，含量为10士 1%;第二类矿物外加剂为石灰石，含量为6 士 1%。较优地，包括两类矿物外加剂组分，其中第一类矿物外加剂为工业副产物中的三种，含量分别为0. 1 40% ；第二类矿物外加剂为原生矿物中的一种，含量为0. 1 40%。较优地，为改性D级油井水泥，包括四种矿物外加剂组分，其中
水泥熟料为20 % 75 % ；石膏为2% 10%;第一类矿物外加剂包括粒化高炉矿渣，含量为0. 40% ；磷渣，含量为0. 40% ；镁渣，含量为0. 40% ；第二类矿物外加剂为石灰石，含量为0. 40%。较优地，包括两类矿物外加剂组分，其中第一类矿物外加剂为工业副产物中的两种，含量分别为0. 1 40% ；第二类矿物外加剂为原生矿物中的两种，含量分别为0. 1 40%。较优地，为改性D级油井水泥，其包括四种矿物外加剂组分，其中水泥熟料为45士5%;石膏为4士 1%;第一类矿物外加剂包括粒化高炉矿渣，含量为4 士 1 % ；磷渣，含量为25士3%;第二矿物外加剂包括石灰石，含量为12士2% ；石英砂，含量为10 士 2%。较优地，所述水泥熟料为硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料或铝酸盐水泥熟料中的一种。在此基础上，上述改性油井水泥的一种制备方法，包括以下步骤将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂按比例计量配料，得到混合材料；将混合材料粉磨至预定的颗粒级别，得到改性油井水泥。上述改性油井水泥的另一种制备方法，包括以下步骤将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂分别单独粉磨，或按比例计量配料并分别分组粉磨至预定的颗粒级别，形成粉状物料；按比例计量配料将各材料的粉状物料混拌均勻，得到改性油井水泥。进一步地，本发明提供上述改性水泥的一种生产线，包括一计量配料系统，用以将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂按比例计量配料，得到混合材料；一水泥磨机，位于计量配料系统的下游，用以将混合材料粉磨至适宜的粒度，形成具有预定的颗粒级别的改性油井水泥。上述改性水泥的另一种生产线，包括—粉磨系统，将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂分别单独粉磨或按比例计量配料并分别分组粉磨至预定的颗粒级别，形成粉状物料；—混合搅拌机，按比例计量配料将各材料的粉状物料混拌均勻，得到改性油井水泥。与现有技术相比，本发明提供一种组分不同于GB10238-2005要求，但所有性能符合相关规定的改性油井水泥，可以更加适用于油井水泥客户需求；也可以生产更加适用于客户需求且技术要求部分不同于GB10238-2005要求的油井水泥。具体而言，通过使用矿物外加剂对油井水泥进行改性，可以取得但不限于以下有益技术效果(1)提高改性油井水泥的抗碎裂性能，即在保持强度的前提下，降低水泥石的弹性模量，提高韧性，从而为用户提供更多更大的价值；(2)通过加入使用矿物外加剂的方法，减少了水泥熟料粉磨量，由于水泥熟料的生产需要大量的能耗(包括粉磨能耗和烧成能耗)，故一定程度上降低生产水泥的能耗；(3)通过使用矿物外加剂，一定程度地达到用户的使用要求，减少用户使用化学外加剂的数量，减少施工风险和对环境的不利影响。(4)使用部分工业副产物，也能使油井水泥的使用更加环保。
图1是本发明第一种改性油井水泥制备方法的流程图；图2是图1中水泥粉磨步骤的的流程图；图3是本发明第二种改性油井水泥制备方法，其中仅示出粉磨步骤；图4是本发明第一种改性油井水泥生产线的示意图；图5是本发明第二种改性油井水泥生产线的示意图。
具体实施例方式本发明的核心思想是，对油井水泥改性，即在水泥熟料、石膏中加入至少两种矿物外加剂组分，各组分的重量百分比含量如下水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;各矿物外加剂分别为0. 1 40%。所述水泥熟料一般为硅酸盐水泥熟料、铝酸盐熟料、硫铝酸盐熟料、铁铝酸盐熟料、磷铝酸盐熟料等；所述石膏，包括天然石膏和工业副产品石膏；所述矿物外加剂可为普通水泥以及混凝土所指的常用的几种矿物外加剂(如矿渣、粉煤灰、微硅粉等)，也可以为原生矿物(如玄武岩、石灰石等)或工业副产物(如钢渣、镁渣、磷渣、燃烧充分的煤渣等)。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面的实施例均为两种以上矿物外加剂组分，它们分属于两类矿物外加剂组分， 其中一类为工业副产物(例如粒化高炉矿渣、镁渣、磷渣、钒钛渣或钢渣中的一种，以及粉煤灰、微硅粉等)，可作为主组分；另一类为原生矿物(例如石灰石、玄武岩、沸石、石英砂等)，可作为辅组分。一、双组分矿物外加剂系列实施例1——第一种矿物外加剂为粒化高炉矿渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉、石英砂、镁渣、磷渣、钒钛渣或钢渣之一，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；
石膏为2% 10%;粒化高炉矿渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、石英砂、镁渣、磷渣、钒钛渣或钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。例如，一种改性G级油井水泥中的优选组分及配比为水泥熟料为75士5%;石膏为5士 1%;第一矿物外加剂为粒化高炉矿渣，含量为14士4% ；第二矿物外加剂为石灰石，含量为6 士 1%。该组成的改性油井水泥按G级油井水泥测试标准检测在水灰比为0. 44时，在 15min 30min内，最大稠度为17BC，小于30BC ；稠化时间为104min，大于90min而小于 120min ；抗压强度超过国标的要求，使用性能良好。实施例2——第一种矿物外加剂为镁渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、石英砂、磷渣、钒钛渣或钢渣之一，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;镁渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、石英砂、磷渣、钒钛渣或钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。实施例3——第一种矿物外加剂为磷渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、石英砂、钒钛渣或钢渣之一，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;磷渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、石英砂、钒钛渣或钢渣为0. 40%，优选为 2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。实施例4——第一种矿物外加剂为钒钛渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、 微硅粉、粉煤灰、石英砂、钒钛渣或钢渣之一，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;钒钛渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、石英砂或钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。实施例5——第一种矿物外加剂为钢渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰或石英砂之一，其中各组分的质量百分比含量具体为
水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰或石英砂为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。二、三组分矿物外加剂系列实施例6——第一种矿物外加剂为粒化高炉矿渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、磷渣、钒钛渣、或钢渣之一，第三种矿物外加剂为镁渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;粒化高炉矿渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、磷渣、钒钛渣、或钢渣为0. 1 % 40 %，优选为 2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；镁渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。例如，一种较优的组分及配比为
水泥熟料为20 % 75 % ；石膏为2% 10%;第一矿物外加剂为粒化高炉矿渣，含量为0. 1 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为10% 14% ；第二矿物外加剂为石灰石，含量为0. 1 40%，优选为2% 18%，更优选为 5% 15%，最优选为6% 8% ；第三矿物外加剂为磷渣，含量为0. 1 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。其中，这种配比方案用于改性G级油井水泥时，其中的三种矿物外加剂组分为水泥熟料为65士5%;石膏为5士 1%;第一矿物外加剂为粒化高炉矿渣，含量为14士4% ；第二矿物外加剂为石灰石，含量为6 士 ；第三矿物外加剂为磷渣，含量为10 士 1%。该组成的改性油井水泥按G级油井水泥测试标准检测在水灰比为0. 44时，在 15min 30min内，最大稠度为17BC，小于30BC ；稠化时间为104min，大于90min而小于 120min ；抗压强度超过国标的要求，使用性能良好。实施例7——第一种矿物外加剂为粒化高炉矿渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、钒钛渣或钢渣之一，第三种矿物外加剂为磷渣，其中各组分的质量百分比含量具体为
水泥熟料为20% 80% ；石膏为2% 10%;粒化高炉矿渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰、钒钛渣或钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；磷渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。实施例8——第一种矿物外加剂为粒化高炉矿渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰或钢渣之一，第三种矿物外加剂为钒钛渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;粒化高炉矿渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰或钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；钒钛渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8 % 12%。实施例9——第一种矿物外加剂为粒化高炉矿渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰或钢渣之一，第三种矿物外加剂为钒钛渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;粒化高炉矿渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰或钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；钒钛渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8 % 12%。实施例10——第一种矿物外加剂为粒化高炉矿渣，第二种矿物外加剂为石灰石、 玄武岩、微硅粉或粉煤灰之一，第三种矿物外加剂为钢渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;粒化高炉矿渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉或粉煤灰为0. 1 % 40 %，优选为2^^-8%,更优选为 5% 15%，最优选为8% 12% ；
钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。实施例11——第一种矿物外加剂为镁渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰、石英砂、钒钛渣或钢渣之一，第三种矿物外加剂为磷渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;镁渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰、石英砂、钒钛渣或钢渣为0. 40%，优选为 2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；磷渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。实施例12——第一种矿物外加剂为镁渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰、石英砂或钢渣之一，第三种矿物外加剂为钒钛渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;镁渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰、石英砂或钢渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；钒钛渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8 % 12%。实施例13——第一种矿物外加剂为镁渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰或石英砂之一，第三种矿物外加剂为钢渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;镁渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰或石英砂为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。实施例14——第一种矿物外加剂为磷渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰或石英砂之一，第三种矿物外加剂为钒钛渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；
石膏为2% 10%;磷渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉、粉煤灰或石英砂为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；钒钛渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8 % 12%。实施例14——第一种矿物外加剂为磷渣，第二种矿物外加剂为石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰或石英砂之一，第三种矿物外加剂为钢渣，其中各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 80 % ；石膏为2% 10%;磷渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石、玄武岩、微硅粉粉煤灰或石英砂为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；钢渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。三、四组分或四组分以上矿物外加剂系列也可以加入四组分或以上组分的矿物外加剂，实施例15——三种位工业副产物，一种为原生矿物，具体包括粒化高炉矿渣、磷渣、镁渣、石灰石(或石英砂)四种矿物外加剂，其中一种改性D级油井水泥各组分的质量百分比含量具体为水泥熟料为20 % 75 %，优选为25 % 65 %，更优选为35 % 45 %，最优选为 45% 55% ；石膏为2% 10%，优选为3% 5% ；粒化高炉矿渣为0. 1 % 40 %，优选为2 % 18 %，更优选为5 % 15 %，最优选为8% 12% ；磷渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。镁渣为0. 40%，优选为2% 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12% ；石灰石或石英砂为0. 40%，优选为20Z0 18%，更优选为5% 15%，最优选为8% 12%。实施例16——两种位工业副产物，两种为原生矿物，这两类矿物外加剂的含量分别为0.1 40%。例如，对于一种改性D级油井水泥，其包括四种矿物外加剂组分，其中水泥熟料为45士5%;石膏为4士 1%;第一矿物外加剂为粒化高炉矿渣，含量为4士 ；
第二矿物外加剂为磷渣，含量为25士 3% ；第三矿物外加剂为石灰石，含量为12士2% ；第四矿物外加剂为石英砂，含量为10 士 2%。该组成的改性油井水泥按D级油井水泥测试标准检测在水灰比为0. 38时，在 15min 30min内，最大稠度为20BC，小于30BC ；稠化时间为116min，大于国标方案6下的 IOOmin ；抗压强度超过国标的要求，使用性能良好。以上各实施例中的改性油井水泥经检测，水灰比、水泥比表面积、15min 30min 内的初始稠度，在特定温度和压力下的稠化时间以及在特定温度、压力和养护龄期下的抗压强度，各项化学、物理性能均满足国标GB10238-2005的要求。以上实施例中，通过使用矿物外加剂对油井水泥进行改性，可以达到以下效果(1)提高改性油井水泥的抗碎裂性能，即在保持强度的前提下，降低水泥石的弹性模量，提高韧性，从而为用户提供更多更大的价值；(2)通过加入使用矿物外加剂的方法，减少了水泥熟料的粉磨量，由于水泥熟料的生产需要大量的能耗(包括粉磨能耗和烧成能耗)，故一定程度上降低生产水泥的能耗；(3)通过使用矿物外加剂，一定程度地达到用户的使用要求，减少用户使用化学外加剂的数量，减少施工风险和对环境的不利影响；(4)使用部分工业副产物，也能使油井水泥的使用更加环保。针对上述改性油井水泥，本发明提供相应的制备方法及生产线，以下分别进行描述。同时参见图1、图2，表示本发明第一种改性油井水泥制备方法的工艺流程图。主要由原料的破碎及预均化(步骤S101)，生料配料、粉磨及均化(步骤S102)，水泥熟料的烧成(步骤S103)，水泥粉磨(步骤S104)和水泥储存、均化和包装(步骤等过程构成， 其中水泥粉磨步骤为本发明的关键所在，其它步骤可完全沿用现有技术，详细说明如下S101、原料的破碎及预均化水泥生产过程中的大部分原料需要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥机械的物料破碎中占有比较重要的地位。对于不带烘干功能的球磨机，还应有烘干部分。原料预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，确保配料(生料质量)的稳定，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。S102、生料配料、粉磨及均化各种原料按照配比要求，通过计量装置进行配料，然后入生料磨粉磨成生料(具有符合成分组成要求的粉状物料)，是水泥生产过程中“两磨一烧”基本工序的第一个工序。 其中，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，正确操作，控制作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。稳定入窑生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提，良好的稳定的熟料烧成热工制度是确保熟料质量的基础。因此，生料需要进行均化过程，确保生料成分的准确和稳定。S103、水泥熟料的烧成生料在回转窑中经过一系列的物理和化学反应，包括生料的升温脱水，碳酸盐的受热分解，一系列的固相反应等，生成水泥熟料中的间矿物。随着物料温度升高到部分矿物会变成液相，大部分矿物在液相的条件下进行反应生成大量晶体矿物，当温度开始降低，液相固化形成颗粒状的熟料。S104、水泥的粉磨水泥粉磨是水泥制造的最后工序，它决定着水泥的基本性能和质量的优劣。其主要功能在于将水泥熟料、石膏以及混合材等经水泥计量配料系统，按适当的比例经水泥磨机系统粉磨至适宜的粒度(以筛余细度、比表面积等表示)，形成具有一定的颗粒级配的水泥，再经过均化等措施，使水泥的质量均勻可靠。各水泥生产企业在这个工序环节差别最大，各有各的技术优势，差别主要在混合材的种类、掺量和粉磨工艺方面。对于本发明改性油井水泥而言，具体为以下两个步骤S1041、将水泥熟料、石膏及至少两种的矿物外加剂计量配料，得到混合成材；S1042、将混合材料粉磨至适宜的粒度，形成具有预定的颗粒级别的水泥。之后，对水泥采取均化等措施，使水泥的质量均勻可靠。S105、水泥储存、均化和包装这是水泥生产的最后一个工序，水泥经过水泥储存、均化，将经检验合格的水泥按照规定的要求包装出厂，也可以散灰的形式出售。参见图3，表示本发明第二种改性油井水泥制备方法的工艺流程图。其中仅示出水泥粉磨步骤，其它工序可参照上述第一种制备方法。S1041’、将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂按比例计量配料并分别粉磨至预定的颗粒级别，形成粉状物料；S1042’、将各材料的粉状物料混拌均勻，得到改性油井水泥。本例中，也可以将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂按比例计量配料并分别分组粉磨至预定的颗粒级别(例如将水泥熟料、石膏作为一组，将至少两类矿物外加剂作为一组)，形成粉状物料，之后再按比例计量配料将各材料的粉状物料混拌均勻，得到改性油井水泥。本实施例与上例不同的是，先将各组份分别单独粉磨或分组粉磨，之后再进行混拌。当然也可将上述两种方法结合使用，在此不再赘述。参见图4，表示本发明第一种改性油井水泥生产线的示意图。该改性油井水泥生产线包括计量配料系统1、磨头仓2、水泥磨机3、选粉机4、收尘器5、排风机6等设备构成，其中各设备位置及功能分别为计量配料系统1，用以将四个配料库中的水泥熟料、石膏及至少两种的矿物外加剂计量配料，得到混合材料；磨头仓2，位于计量配料系统1和水泥磨机3之间，用以暂存计量配料系统1输送过来的混合材料，最终送入水泥磨机3进行粉磨；水泥磨机3，位于计量配料系统1的下游，用以将混合材料粉磨至适宜的粒度，形成具有预定的颗粒级别的水泥；选粉机4，连通水泥磨机3的产品出口，用以将粉碎后的物料选粉，最终得到油井水泥成品；收尘器5，连通水泥磨机3的排尘出口，用以收集水泥磨机3产生的灰尘，避免造成污染；
风机6，位于收尘风道中，用以给收尘器5提供相应的吸尘负压。该改性油井水泥生产线的结构较为紧凑，其中涉及到原料的破碎及预均化，生料配料、粉磨及均化，水泥熟料的烧成等均可沿用现有设备结构，其中在熟料生产过程中，将水泥熟料、石膏以及混合材等经水泥计量配料系统，按适当的比例经水泥磨机系统粉磨至适宜的粒度(以筛余细度、比表面积等表示)，形成具有一定的颗粒级配的水泥，再经过均化等措施，使水泥的质量均勻可靠；包装后即得到最终的改性油井水泥产品。参见图5，表示本发明第二种改性油井水泥生产线的示意图。该改性油井水泥生产线包括粉磨系统8、混合搅拌机10，其中一粉磨系统8，用于将含水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂分别单独粉磨， 或按比例计量配料并分别分组粉磨至预定的颗粒级别(例如将水泥熟料、石膏作为一组， 将至少两类矿物外加剂作为一组)，形成粉状物料；具体可设置多个磨机分别对各组份进行粉磨，也可共用一个磨机分时进行对各组分粉磨，油此得到原料水泥和两种矿物外加剂粉；一加料螺旋9，用于将粉状物料加入到混合搅拌机10中；一混合搅拌机10，将按比例计量配料加入的各材料的粉状物料混拌均勻，得到改性油井水泥。本生产线的其它附属设施可参照上述第一种生产线，得到的水泥经过水泥储存、 均化，经检验合格的水泥按照规定的要求包装出厂，也可以散灰的形式出售，具体不再赘述。本发明将矿物外加剂加入水泥中使用，可以固化这些材料中的易溶危害物，一定程度地处理了有害工业副产物，降低了对环境以及人身的危害。实际生产过程中，由于使用已经广泛使用的矿物外加剂材料，这些材料已经实践证明了它们的可使用性、安全性、环保性，因而具有较好的市场前景。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种改性油井水泥，其特征在于，含有水泥熟料、石膏及至少两种矿物外加剂组分， 各组分的重量百分比含量如下水泥熟料为20% 80% ； 石膏为2% 10% ； 各类矿物外加剂分别为0. 1 40%。
2.如权利要求1所述的改性油井水泥，其特征在于，包括两类矿物外加剂组分，其中 第一类矿物外加剂为工业副产物中的一种，含量分别为0. 1 40% ；第二类矿物外加剂为原生矿物中的一种，含量为0. 1 40%。
3.如权利要求2所述的改性油井水泥，其特征在于，为改性G级油井水泥，包括两种矿物外加剂组分，其中水泥熟料为75 士 5% ； 石膏为5士 ；第一类矿物外加剂为粒化高炉矿渣，含量为14士4% ； 第二类矿物外加剂为石灰石，含量为6士 1%。
4.如权利要求1所述的改性油井水泥，其特征在于，包括两类矿物外加剂组分，其中 第一类矿物外加剂为工业副产物中的两种，含量分别为0. 1 40% ；第二类矿物外加剂为原生矿物中的一种，含量为0. 1 40%。
5.如权利要求4所述的改性油井水泥，其特征在于，为改性G级油井水泥，包括三种矿物外加剂组分，其中水泥熟料为65 士 5% ；石膏为5士 ；第一类矿物外加剂包括粒化高炉矿渣，含量为14士4% ；磷渣，含量为10士 ；第二类矿物外加剂为石灰石，含量为6士 1%。
6.如权利要求1所述的改性油井水泥，其特征在于，包括两类矿物外加剂组分，其中 第一类矿物外加剂为工业副产物中的三种，含量分别为0. 1 40% ；第二类矿物外加剂为原生矿物中的一种，含量为0. 1 40%。
7.如权利要求6所述的改性油井水泥，其特征在于，为改性D级油井水泥，包括四种矿物外加剂组分，其中水泥熟料为20% 75% ；石膏为2% 10% ；第一类矿物外加剂包括粒化高炉矿渣，含量为0. 40% ；磷渣，含量为0. 40% ；镁渣，含量为0. 40% ；第二类矿物外加剂为石灰石，含量为0. 40%。
8.如权利要求1所述的改性油井水泥，其特征在于，包括两类矿物外加剂组分，其中 第一类矿物外加剂为工业副产物中的两种，含量分别为0. 1 40% ；第二类矿物外加剂为原生矿物中的两种，含量分别为0. 1 40%。
9.如权利要求8所述的改性油井水泥，其特征在于，为改性D级油井水泥，其包括四种矿物外加剂组分，其中水泥熟料为45 士 5% ； 石膏为4士 ； 第一类矿物外加剂包括粒化高炉矿渣，含量为4士 ； 磷渣，含量为25士3% ； 第二矿物外加剂包括 石灰石，含量为12士2% ； 石英砂，含量为10 士 2%。
10.如权利要求1 9任一项所述的改性油井水泥，其特征在于，所述水泥熟料为硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料或铝酸盐水泥熟料中的一种。
11.如权利要求1 10任一项所述的改性油井水泥制备方法，其特征在于，包括以下步骤将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂按比例计量配料，得到混合材料； 将混合材料粉磨至预定的颗粒级别，得到改性油井水泥。
12.如权利要求1 10任一项所述的改性油井水泥制备方法，其特征在于，包括以下步骤将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂分别单独粉磨，或按比例计量配料并分别分组粉磨至预定的颗粒级别，形成粉状物料；按比例计量配料将各材料的粉状物料混拌均勻，得到改性油井水泥。
13.如权利要求1 10任一项所述的改性油井水泥生产线，其特征在于，包括 一计量配料系统，用以将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂按比例计量配料，得到混合材料；一水泥磨机，位于计量配料系统的下游，用以将混合材料粉磨至适宜的粒度，形成具有预定的颗粒级别的改性油井水泥。
14.如权利要求1 10任一项所述的改性油井水泥生产线，其特征在于，包括一粉磨系统，将水泥熟料、石膏及至少两类的矿物外加剂分别单独粉磨，或按比例计量配料并分别分组粉磨至预定的颗粒级别，形成粉状物料；一混合搅拌机，按比例计量配料将各材料的粉状物料按比例计量配料并混拌均勻，得到改性油井水泥。
全文摘要
本发明公开一种改性油井水泥及其制备方法和生产线。该改性油井水泥含有水泥熟料、石膏及至少两种矿物外加剂组分，按质量比计水泥熟料20％～80％；石膏2％～10％；各矿物外加剂分别0.1～40％。该制备方法为将各组份计量配料，粉磨后形成预定颗粒级别水泥；或者，将各组份单独粉磨或按比例计量配料并分组粉磨，再按比例计量配料混拌均匀得到水泥。该生产线包括计量配料系统，将各组份按比例计量配料并混合；水泥磨机，将混合材料粉磨成预定颗粒级别水泥。或者，包括粉磨系统，将各组份单独粉磨或按比例计量配料并分组粉磨至预定颗粒级别；混合搅拌机，将各组分粉状物料混拌均匀成水泥。本发明得到的改性油井水泥，在满足产品性能指标基础上，适当降低生产成本。
文档编号C04B28/00GK102491695SQ20111041102
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者许毅刚, 陈东 申请人:四川嘉华企业(集团)股份有限公司