Технологическая линия по производству тампонажного портландцемента

Расширяющийся тампонажный  цемент. Расширяющийся тампонажный цемент для цементирования газовых скважин. При бурении, а также в процессе эксплуатации газовых скважин наблюдаются иногда затрубные прорывы газа, часто вызывающие образование открытых газовых фонтанов. Считают, что прорывы газа происходят через зазоры, образующиеся преимущественно на контакте цементного камня с обсадными трубами и стенками скважины в результате усадочных явлений, присущих портландцементным растворам. Для предупреждения усадки и ликвидации газопроницаемости цементного камня С. И. Данюшевским и Р. И. Лиогонькой предложено применять при цементировании газовых скважин расширяющийся портландцемент, разработанный в Гипроцементе. Этот цемент получают путем применения в качестве расширяющегося компонента в цементе добавки до 15% активного (каустического) оксида магния, гидратация которого вызывает заметное увеличение объема цементного камня. В зависимости от дозировки оксида магния и тонкости помола цемент при твердении может расшириться до 0,1—2,0%. Большое значение имеет технология измельчения расширяющегося цемента, которое может осуществляться путем совместного или раздельного помола клинкера и оксида магния. При изготовлении цемента для цементированных холодных скважин может быть использован клинкер обыкновенного тампонажного цемента, а клинкер для цементирования горячих скважин должен содержать не более 6% трехкальцневого алюмината. Расширяющиеся тампонажные цементы характеризуются меньшими водоотделением, тепловыделением, контракцией и газопроницаемостью при несколько повышенной стойкости в агрессивных средах. Эти цементы успешно применяли для цементирования более десятка различных газовых и нефтяных скважин.

Портландцемент с воздухововлекающими  добавками. Предложен портландцемент с воздухововлекающими добавками, из которого получается менее хрупкий затвердевший раствор. Воздухоудерживающий цемент обладает также повышенной текучестью и лучше спеп-ляется с породой. Во время схватывания цементного раствора из-за повышения его температуры происходит расширение и увеличение объема вовлеченного воздуха, что приводит к вдавливанию раствора в поры породы. Разработан также состав цементов для цементирования нефтяных скважин в солевых отложениях.

Свойства основных видов  цемента. По ГОСТ регламентированы свойства указанных основных видов цемента для холодных и горячих скважин и на их основе следующих разновидностей цементов, содержащих стандартизованные добавки; Утяжеленный, состоящий не более чем из 70% любого материала со средней плотностью не менее 3,5-10з кг/м3. Песчанистый, содержащий не менее 20 и не более 50% кварцевого песка. Солестойкий, включающий гранулированного, доменного или электротермофосфорного шлака не менее 35 и не более 50% либо активных минеральных добавок не более 20% или кварцевого песка не менее 20 и не более 35%. Этот цемент должен содержать кроме минеральных добавок жидкое стекло не менее 1,0 и не более 2,5% в пересчете на сухое вещество. Низкогигроскопичный с содержанием 0,025— 0,05% триэтаноламина при соответствующем для тампонажного портландцемента количестве минеральных добавок. Для цемента соответствующей разновидности установлены определенные сроки начала и конца схватывания; показатели предела прочности при изгибе 1,0— 2,7 МПа через 5 сут для цементов, предназначенных для «холодных» скважин, и 1—4,0 МПа—для цементов для «горячих» скважиъ* через 1—2 сут. В США выпускается семь классов (по их классификации) обычных н сульфатостойких тампонажных цементов. Значительное взимание уделяется также применению для этих целей обычных портлапдцемен-тов с различными добавками, такими, как замедлители и ускорители схватывания и твердения, облегчители и утяжелители для регулирования плотности, органические добавки — латекс, пластические массы, смолы и др. Изготовляют нефтецементные растворы, затвердевающие при взаимодействии с водой в скважине и обладающие высокой газо- и водонепроницаемостью, цементы, затворяемые на водо-нефтяных эмульсиях и др. Цементные растворы, Содержащие жидкий латекс и поверхностно-активное вещество, отличаются высокими вяжущими свойствами при сцеплении с поверхностями, покрытыми нефтяным слоем. В затвердевшем состоянии они менее хрупки, чем обычные и обладают высокими упругопластическими свойствами, что крайне важно для предупреждения образования трещин при перфорации, и дают меньшую усадку. В качестве замедлителей схватывания рекомендованы добавки декстрина, крахмала, ржаной муки, а также казеина. Применяется и небольшая добавка, состоящая из смеси борной кислоты, буры и гуммиарабика. Предложены также добавки винной кислоты, сахара, гексаметафосфата натрия, растворенных в едком натрии, гуминовой, галловой, лигниновой и других органических кислот. Считается целесообразным использование в качестве замедлителя натриевой соли карбоксиметиловой целлюлозы. Для уменьшения водоотделения применяют, главным образом, добавки бентонитовой глины, а для уменьшения плотности цементного раствора — комбинированную добавку, состоящую из бентонита и перлита. Большое внимание уделяется пуццолановьш тампонажным цементам, обладающим высокой соле-стойкостью, крайне необходимыми для качественной перфорации пластическими свойствами и высокой плотностью цементного камня. Применение повышенной добавки бентонитовых глин в цементы в количестве до 25% значительно улучшает специальные свойства цементных растворов.

Технология производства портландцемента - мокрый способ

Мокрый способ целесообразно применять, если в глине имеются посторонние  примеси при значительных колебаниях химического состава сырья и  его высокой влажности. К недостаткам  этого способа относится высокий  расход топлива на обжиг - в 1,5 - 2 раза больший, чем при сухом.

 Технологическая схема получения  цемента по мокрому способу:

 

1 - щековая дробилка; 2 - молотковая  дробилка; 3 - склад  сырья; 4 - мельница  «Гидрофол»; 5 - мельница мокрого  помола; 6 - вертикальный шламбассейн;  7 - горизонтальный шламбассейн; 8 - вращающаяся  печь; 9 - холодильник;  10 - клинкерный  склад; 11 - мельница; 12 - силос цемента.                   

Обычно содержание СаСО3 в шламе  составляет 75 - 78%. Отклонение от него допускается  не более 0,1%. Откорректированный шлам хранится в горизонтальных шламбассейнах. Из них шлам перекачивают мощными  насосами  в распределительный  бачок установленный над печью. Из бачка шлам поступает в печь на, обжиг.   Выходящий из печи клинкер интенсивно охлаждается  в колосниковом холодильнике и поступает  на клинкерный склад, где выдерживается 3–4 недели. Здесь создается промежуточный  запас клинкера, обеспечивающий бесперебойную  работу завода. Кроме того, в клинкере при вылеживании совершается  в естественных условиях ряд физико-химических процессов, способствующих повышению  качества и стабилизации свойств  цемента, поэтому выдерживание клинкера на складе представляет собой отдельную  технологическую операцию. При выдерживании происходит гашение атмосферной  влагой СаО несвязанного. Одновременно с этим стекловидная часть клинкера кристаллизуется, двухкальциевый силикат 2СаО·SiО2 из β-модификации частично превращается γ-форму. Все это приводит к стабилизации состава клинкера, некоторому разрыхлению его и  облегчению последующего помола. Помимо клинкера, на клинкерных складах хранятся предварительно раздробленные минеральные  добавки (трепел, опока, шлак и др.), которые  вводят в состав цемента при помоле клинкера. Открытые клинкерные склады оборудованы мостовыми кранами  с грейферными захватами, с помощью  которых клинкер и минеральные  добавки подают в расходные бункера  цементных мельниц. В силосных складах  составляющие цемента поступают  на сборный ленточный конвейер, который  доставляет их к мельницам. Питание  шаровых мельниц осуществляется с помощью тарельчатых дозаторов, установленных под расходным бункером возле каждой мельницы. Одновременно с размалываемыми материалами в мельницы подают интенсификаторы помола. Влажность размалываемых материалов не должна превышать у клинкера - 0,3%, у минеральных добавок - 2%, у гипса - 10%. При необходимости минеральные добавки перед помолом высушиваются. Тонкость помола оказывает существенное влияние на свойства портландцемента. Чем тоньше размолот клинкер, тем быстрее схватывается и твердеет цемент и выше его прочность в начальные сроки твердения. Тонкость помола должна быть такой, чтобы при просеивании не менее 85% цемента свободно проходило через сито №008. При этом удельная поверхность цемента не должна быть меньше 250 - 300 и превышать 700 м2/кг. Из шаровых мельниц цемент пневмотранспортом загружают в силоса. Вместимость силосов 2500 - 10000 т, а иногда и более. Силоса оборудованы пневматическими устройствами для рыхления и гомогенизации цемента при хранении. Цемент упаковывается в мешки специальными машинами, производительность которых достигает 120 т/ч. Каждая партия его снабжается паспортом, в нем указываются масса, марка, название цемента.

Вращающаяся печь мокрого  способа

1 - дымовая труба; 2 - дымосос; 3 - электрофильтр; 4 - система пылевозврата; 5 - шламовая  труба; 6 - пылеулавливающая камера; 7 - цепная завеса; 8 - вращающаяся  печь; 9 - головка печи; 10  - топливная  форсунка; 11  -колосниковый холодильник; 12 - решетка горячей камеры; 13 - решетка  холодной камеры; 14 - вентилятор острого  дутья; 15 - вентилятор общего дутья; 16 - клинкерная дробилка; 17 - клинкерный  транспортер; 18 - осадительный циклон; 19 вентилятор избыточного воздуха. 

В состав печного  агрегата входят вращающаяся печь 8, охладитель клинкера 11, дозаторы и устройства подачи  сырьевых материалов 5, топливосжигающее устройство 10, тягодутьевое оборудование 2,14,15,19, аппараты для  очистки 13,18 и  выброса в атмосферу газов  и воздуха , выходящих из печи  и охладителя клинкера, а также  различное вспомогательное оборудование. Вращающаяся печь мокрого способа  обжига цемента работает по принципу противотока - сырьевая семесь и газовый  поток движутся навстречу друг другу. Материал подается с холодного конца  печи, а горячие газы с горячего конца, со стороны разгрузки печи. Подготовленный шлам влажностью в среднем 35—45 % насосами подается в питатель  для дозирования и питания  печи, расположенный в верхней  части пылевой камеры 6. Из  питателя шлам по сливной трубе 5 поступает  в загрузочную часть печи, которая  в месте входа  в пылевую  камеру имеет уплотнение. Крупные  частицы запыленных газов, выходящих  из печи  в пылевую камеру, осаждаются, а более мелкие направляются на окончательную  очистку в  электрофильтр 3. Иногда для лучшей очистки между пылевой  камерой и электрофильтром  дополнительно  устанавливают батарейные центробежные циклоны. Время обжига клинкера составяет около 2 часов. Для движения пылегазового потока  устанавливают мощный  дымосос 2, с помощью которого  отработанные газы через дымовую трубу 1 выбрасываются в атмосферу. Пыль,  уловленная в электрофильтре, пневмонасосами по трубе подается в печь с загрузочной стороны за цепную завесу, а в ряде  случаев с разгрузочного конца 9 (головки). Внутри печь футеруют огнеупорным кирпичом. Длинные вращающиеся печи оборудованны внутрипечными теплообменными устройствами (цепные завесы 7 ), выполняющию функции внутрипечного теплообменника. Корпус печи бандажами опирается на роликоопоры 22. Печь вращается приводом 20, находящимся примерно посередине корпуса печи. Врашающий момент передается через венцовое колесо 21. Частота вращения печи составляет 0,5 - 1,5 об/мин. Печь установлена под уклоном 3-4% и в следствие ее вращения и уклона происходит продвижение материала. Охлаждение клинкера происходит в колосниковом холодильнике, обеспечиваемом холодным воздухом. Так как количество воздуха, идущего на охлаждение клинкера, превышет количество воздуха, необходимого на горение, то часть воздуха из холодильника (избыточный воздух) выбрасывается в атмосферу после предварительной очистки в пылеулавнивающем устройстве.

 

1. Характеристика  продукции и технологический  метод её производства.

Цемент – один из важнейших строительных материалов, предназначенных для бетонов и строительных растворов, скрепление отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляций и др. Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде.

Производство  цемента обусловлено необходимостью его производства для применения в главным образом в строительстве. Строительство жилья на основе цемента  позволяет получить объекты с  низкой теплопроводностью и высокой  морозостойкостью.

Технология  цементное производство позволяет  использовать в нём отходы добывающей, металлургической отраслей, а также  побочные продукты этих производств. Некоторые  отходы даже улучшают свойства цемента. Гибкая технология позволяет осуществлять комбинирование производства цемента  с производством металлов, химических продуктов и энергии. Существует много как бы подвидов цемента. Они  отличаются друг от друга конечными  свойствами, условиями производства и наличием в них различных  видов добавок.

Портландцементом (далее п.ц.) называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путём совместного размола портландцементного клинкера и гипса для регулирования сроков схватывания. Марку п.ц. определяют при испытании на сжатие стандартной цементной палочки размерами 4*4*16 мм.

 

Сырьем  при производстве цеманта по мокрому  способу являются следующие компоненты: карбонатный компонент—мел, силикатный компонент—глина, железосодержащие добавки—пиритные огарки, конверторный шлам, железистый продукт.

 

1.2 Ассортимент продукции.

Портландцемент  с минеральными добавками. Добавка: шлак доменный гранулированный 14 % . Также  добавляем гипс 5 %.

Тампонажный цемент является одной из разновидностей портландцемента и предназначен для изоляции нефтяных и газовых  скважин от действия грунтовых вод. В соответствии с ГОСТ 1581—42 тампонажный  цемент выпускается двух видов:

а) для  «холодных» скважин;

б) для  «горячих» скважин.

Химико-минералогический состав. По химическому составу тампонажные  цементы практически не отличаются от портландцемента, вследствие чего минералогический состав клинкера тампонажного цемента  на разных заводах колеблется в довольно значительных пределах. Клинкеры тампонажного цемента для холодных скважин  характеризуются:

а) повышенным содержанием трехкальциевого алюмината (до 12—13%) при содержании алита около 50%, что обеспечивает требуемую скорость схватывания и повышенную прочность  цемента в ранние сроки твердения;

б) повышенным содержанием трехкальциевого силиката (57— 60%) при пониженном содержании СзА (4—7%). При таком клинкере, если он достаточно тонко измельчен, также  обеспечивается требуемая скорость схватывания и высокая активность цемента в ранние сроки твердения. Для горячих скважин, чтобы замедлить  сроки схватывания и сохранить  требуемую текучесть цементного раствора, применяют цемент с низким содержанием СзА. При производстве клинкера тампонажного портландцемента  применяют те же сырьевые компоненты, что и для обычного портландцемента.Процессы твердения и гидратации тампонажного цемента ускоряются с повышением температуры в скважине. Одновременно прочность цемента повышается, а  время начала схватывания сокращается.

 Классификация.

По вещественному  составу цементы подразделяют на следующие типы:

I — тампонажный  портландцемент бездобавочный;

I-G —  тампонажный портландцемент бездобавочный  с норми-

рованными требованиями при водоцементном  отношении, равном ,44 [1];

I-H —  тампонажный портландцемент бездобавочный  с норми-

рованными требованиями при водоцементном  отношении, равном ,38 [1];

II — тампонажный  портландцемент с минеральными  добавками;

III —  тампонажный портландцемент со специальными добавками, регулирующими плотность цементного теста.

По плотности  цементного теста цемент типа III подразделяют на:

- облегченный  (Об);

- утяжеленный  (Ут).

По температуре  применения цементы типов I, II и III подразделяют на цементы, предназначенные для:

- низких  и нормальных температур (15—50) °С;

- умеренных  температур (51—100) °С;

- повышенных  температур (101—150) °С.

По сульфатостойкости  цементы подразделяют на:

а) типы I, II, III

- обычный  (требования по сульфатостойкости не предъявляют);

- сульфатостойкий  (СС);

б) типы I-G и I-H

- высокой  сульфатостойкости (СС-1);

- умеренной  сульфатостойкости (СС-2).

Условное  обозначение цемента должно состоять из:

- буквенных  обозначений цемента: ПЦТ — портландцемент тампонажный