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級水泥具有可泵性好、凝結(jié)硬化快及早期強(qiáng)度高的特點，對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，僅作為普通類型水泥使用。下面介紹一下A級油井水泥的生產(chǎn)工藝。
A級油井水泥的生產(chǎn)對原料、燃料和生料的質(zhì)量要求，熟料的煅燒，水泥的制成和裝運等過程都有嚴(yán)格的要求。
1、原料、燃料和生料的質(zhì)量要求
雖然APISpec10中對A級水泥沒有明確的礦物組成規(guī)定，但水泥的性能要求對原料、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，且應(yīng)剔除不合格熟料。
3、水泥的制成和裝運
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%。包裝和儲運應(yīng)注意避免混入雜物和受潮。
第二節(jié) 國外油井水泥生產(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，還要針對固井過程中的特殊情況，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。
20世紀(jì)70代以來， 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，提高其密實度；在開發(fā)高性能摻合材料等方面也展開了 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，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。英國的科學(xué)家Birchall發(fā)表了第一篇關(guān)于MPF（Macro—Defect FreeCement）水泥，即無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。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，給油井水泥高性能化 研究 帶來了許多啟發(fā)。
通過應(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){體在成型時就具有高度密實的初始結(jié)構(gòu)的方法經(jīng)證實也有很好的效果，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稱。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，不過高性能油井水泥的開發(fā)還是可以借鑒。，國外學(xué)者利用緊密堆積理論對水泥及加重材料顆粒級配進(jìn)行優(yōu)化，制得了高性能的超高密度水泥并用于現(xiàn)場，都取得了良好的效果。
RPC（Reactive Powers Cement）是應(yīng)用顆粒級配理論解決小顆粒級別最大緊密堆積問題，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。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)或無機(jī)的纖維增加韌性等。Ch．Nolkr81利用RPC技術(shù)將G級油井水泥和2種不同粒徑的硅粉合理級配，制備了能在180℃條件下長時間強(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，主要集中在對纖維水泥體系的開發(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，纖維類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Los Angeles盆地的淺井中得到很好的應(yīng)用。
第三節(jié) 我國油井水泥生產(chǎn)工藝創(chuàng)新歷程與途徑
國外部分企業(yè)的成功經(jīng)驗表明，用于 研究 開發(fā)的投資占企業(yè)銷售額的1%時，企業(yè)難以生存，占2%時可勉強(qiáng)維持，占5%時才有競爭力，而我國油井水泥企業(yè)用于 研究 開發(fā)的投資平均還很低。
針對上述 行業(yè) 發(fā)展中存在的問題，我國油井水泥 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，瞄準(zhǔn)發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)與裝置，共同開發(fā)、共擔(dān)風(fēng)險、聯(lián)合競爭、共同受益。
第四節(jié) 國內(nèi)油井水泥生產(chǎn)設(shè)備簡介
我國油井水泥的生產(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程與生料的吸熱分解過程同時在懸浮態(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程從窯內(nèi)移到窯外的煅燒技術(shù)稱窯外分解技術(shù)，這種窯外分解系統(tǒng)簡稱預(yù)分解窯。
自20世紀(jì)50年代初期德國洪堡公司（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，水泥工業(yè)熟料煅燒激射獲得了革命性的突破，并推動了水泥生產(chǎn)全過程的技術(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)展成為許多類型的預(yù)分解窯。1973年國際石油危機(jī)之后，油源短缺，價格上漲，許多預(yù)分解窯被迫以媒代油，致使許多原來以石油為燃料研發(fā)的分解爐難以適應(yīng)。通過總結(jié)改進(jìn)，各種第二代、第三代分解爐應(yīng)運而生，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、自動控制、長期安全運轉(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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