1.項目背景
　　油井水泥又稱堵塞水泥，是專用于油井、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，用其配制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，能迅速凝結硬化并產生一定的機械強度，混凝土固化后具有良好的抗滲性、穩定性和耐腐蝕性。油井水泥屬特種水泥，它由硅酸鹽水泥熟料（主要成分為水硬性硅酸鈣），加入適量石膏和助磨劑磨細制成。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于進口石油，石油進口量已占國內產量的一半。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。由于油井水泥的生產一般是采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。與生產通用硅酸鹽水泥相比，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，就可用于油井混凝土的施工。這樣，就可以設計一種合成水泥，采用普通硅酸鹽水泥熟料，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，通用硅酸鹽水泥熟料中的C₃A （鋁酸三鈣）含量較高，可摻入部分混合材降低其C₃A含量，減少水泥水化后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幾率，減少漿體內部體積膨脹，使膨脹產生的內應力小于混凝土的應力強度。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。在通用硅酸鹽水泥熟料中摻入部分混合材后，水泥中C₃S（硅酸三鈣）含量降低，會影響水泥的8小時凈漿強度，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。而電爐磷渣則是采用磷礦石、硅石、焦炭，在電爐內以電升華法制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（二氧化硅，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，但后期強度增進率較大，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里之外，也可以作為水泥原料的配料組分用于特種水泥的生產（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征，在粉磨時采用固體高效復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。

　　3.研發過程
　　研發過程主要包括以下方面：
　　（1）抗硫酸鹽材料的篩選。

　　（2）研制功能外加劑。

　　（3）制備抗硫酸鹽高細混合材。

　　（4）合成G級中抗硫酸鹽油井水泥。用選出的功能外加劑制備高細混合材，并與熟料粉按不同比例混合，用于在滿足8小時養護強度與14天膨脹率的條件下，調整水泥的稠化時間和稠度，調整合格得到合成G級中抗硫酸鹽油井水泥的基準配比。

　　（5）工業性試驗。通過調整配比試驗，得出混合材的適宜摻量范圍，并得出混合材及熟料的化學成分最大波動范圍。據此，制訂出生產工藝控制參數，進行工業試驗。將工業試驗生產的產品，按G級中抗硫酸鹽油井水泥的物料性能要求進行檢測，并進行膨脹率檢測，檢驗產品是否達到要求，最終獲得水泥配比控制范圍。

　　在試驗過程中，課題組專家們提出了多種試驗方案，通過P D C A 循環試驗分析，不斷地改進和優選，終于解決了各項難題，保證了試驗的順利進行。

　　課題組在有關部門的配合下，經過通力合作、群體攻關，終于成功研制出新產品——合成G級中抗硫酸鹽油井水泥。該產品已順利通過相關檢驗部門的檢驗，并已投入生產使用，取得了巨大的經濟效益和社會效益。

　　4.產品特點
　　合成G 級中抗硫酸鹽油井水泥具有以下特點：
　　（1）采用“通用硅酸鹽水泥熟料+高細混合材+功能外加劑→合成G 級中抗硫酸鹽油井水泥”的方法，各功能組分有機組合，實現了功能的優勢互補，使得G級中抗硫酸鹽油井水泥的生產工藝簡化。一般水泥企業甚至水泥粉磨站都可以生產，為水泥企業的多品種水泥生產開辟了一條捷徑。

　　（2）該合成水泥的生產，既能提高特種水泥產量，又能增加混合材的使用量，且可完全滿足油井混凝土對水泥相關性能的要求，有利于發展循環經濟和保護環境。

　　（3）生產該產品可提高水泥磨臺時產量，與生產G級中抗硫酸鹽油井水泥相比，降低水泥粉磨電耗10%~20%，可節約熟料并多摻大量混合材，具有較大的節能降耗、減排利廢的作用。其中，減少水泥生產中的熟料用量，本身就是水泥工業節能減排的重要措施和有效手段。

　　合成G級中抗硫酸鹽油井水泥是一項嶄新的應用技術，成本低廉，效果明顯，在國內同行業中尚屬首創，技術處于國內領先水平。該項目的研制成功，為水泥企業節能降耗、減排利廢、降低成本、提高經濟效益、實現多品種生產，提供了極為有利的條件，為水泥企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地注入了強大的活力。