摘要:
1.項目背景
油井水泥又稱堵塞水泥，是專用於油井、氣井的固井工程的水泥。它具有合適的密度與凝結時間以及較低的稠度，用其配製的預拌油井混凝土具有良好的抗沉降性和可泵性。將油井水泥注入預定（溫度、壓力）的井段，能迅速凝結硬化並產生一定的機械強度，混凝土固化後具有良好的抗滲性、穩定性和耐腐蝕性。油井水泥屬特種水泥，它由矽酸鹽水泥熟料（主要成分為水硬性矽酸鈣），加入適量石膏和助磨劑磨細製成。油井水泥分為普通型、中抗硫酸鹽型和高抗硫酸鹽型3類，A~H8個等級。其中，A 級油井水泥只有普通型；B 級油井水泥有中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽2種類型；C 級油井水泥有普通型和中抗硫酸鹽、高抗硫酸鹽3種類型；D、E、F 級油井水泥分別用作中溫、中壓，高溫、高壓，超高溫、高壓等不同條件和不同井深的油井，分中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽2種類型；G、H級屬基本油井水泥，分中抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽2種類型。因注入油井的條件不同，油井水泥有時還與促凝劑或緩凝劑一起使用。
進入新世紀以來，國產石油的缺口越來越大，國家需要動用大量外匯用於進口石油，石油進口量已佔國內產量的一半。為此，國家正在大力加強石油和天然氣的生產。隨著石油、天然氣開發工作的推進，油井水泥的需求量也在不斷增長。由於油井水泥的生產一般是採用特殊化學成分配料煅燒的方法，生產的熟料密實度高，熟料難磨，且粉磨水泥時不允許加入混合材，因此，水泥窯的臺時產量低，質量難控制，水泥磨臺時產量也低。與生產通用矽酸鹽水泥相比，資源消耗高，能耗高，臺時產量低，生產效率低，會引起嚴重的溫室氣體排放。
目前，國家大力提倡節能減排和資源的綜合利用、循環利用，水泥工業應將產業結構調整與節能減排有機結合起來。山東宏藝科技股份有限公司為順應形勢發展的需要，特制訂了企業科技攻關計劃項目，開發出合成G級中抗硫酸鹽油井水泥。
2.設計要求
從GB10238-2005《油井水泥》標準中可知，其物理性能要求中的混合水、游離液含量、8小時養護抗壓強度（38℃、60℃）、稠化時間等指標是為滿足油井混凝土工作性和堅固性的需要，而化學要求則主要是為了滿足油井混凝土的抗硫酸鹽性能的需要。由此可見，只要滿足了抗硫酸鹽性能以及工作性、堅固性（強度）的要求，就可用於油井混凝土的施工。這樣，就可以設計一種合成水泥，採用普通矽酸鹽水泥熟料，用合成的方法滿足其性能方面的要求。
根據硫酸鹽侵蝕的特點，通用矽酸鹽水泥熟料中的C3A （鋁酸三鈣）含量較高，可摻入部分混合材降低其C3A含量，減少水泥水化後單硫鋁酸鈣的生成數量，以降低其在硫酸鹽侵蝕下轉化為鈣礬石的機率，減少漿體內部體積膨脹，使膨脹產生的內應力小於混凝土的應力強度。在加入混合材時還應注意，不能因混合材的加入而帶入較多的Al2O3（三氧化二鋁），從而遭受硫酸鹽的侵蝕，形成鈣礬石，破壞混凝土的結構。因此，粉煤灰、煤矸石等Al2O3含量較高的混合材不宜選用，宜選用Al2O3含量低的礦渣、磷礦渣等混合材。
外加劑在水泥工業中已廣泛應用，其主要作用是降低生產成本、改善水泥性能，還可以增加混合材的摻量。在通用矽酸鹽水泥熟料中摻入部分混合材後，水泥中C3S（矽酸三鈣）含量降低，會影響水泥的8小時淨漿強度，這時加入外加劑可激發混合材的活性，提高水泥強度，滿足其堅固性的要求。
礦渣是鋼鐵廠冶煉生鐵時產生的廢渣，是一種具有「潛在水硬性」的材料，是水泥廠經常使用的優質混合材。而電爐磷渣則是採用磷礦石、矽石、焦炭，在電爐內以電升華法製取黃磷所得到的廢渣。在熔融狀態下（1400℃～1600℃）水淬急冷而得到的粒化電爐磷渣，它的化學成分與礦渣相似，主要不同點是CaO （氧化鈣，45%～48%）和SiO2（二氧化矽，38%～43%）含量稍高，Al2O3（2%～7%）含量稍低，其活性比礦渣略低。將其作為水泥混合材使用時，會使水泥早期強度偏低，但後期強度增進率較大，凝結較慢。粒化電爐磷渣的應用與粒化高爐礦渣相同，除可以作為活性混合材摻入通用水泥裡之外，也可以作為水泥原料的配料組分用於特種水泥的生產（如抗硫酸鹽水泥、低熱水泥、道路水泥、彩色水泥等）。
針對礦渣和磷礦渣等混合材的結構特徵，在粉磨時採用固體高效複合礦渣活化劑對其進行活化處理，激發它們的潛在活性，以提高水泥強度、降低生產成本。