[發明專利]一種空心玻璃微珠及其制備方法

有效

• 申請號: 201210291045.X
• 申請日: 2012-08-15
• 公開（公告）號: CN103588391A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 穆海朋;范俊梅;丁士東;周仕明;楊紅岐;汪曉靜;袁方利
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C03C3/06
• 分類號: C03C3/06;C04B14/22
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 趙宇

技術領域

本發明涉及一種石油鉆井技術中固井用的水泥漿添加材料領域，進一步地說，是涉及到空心玻璃微珠及其制備方法。

背景技術

空心玻璃微珠是近年來發展起來的一種用途廣泛、性能優異的新型材料，具有明顯的減輕重量的功效。目前在石油天然氣行業主要用在鉆井液和固井液中作為密度減輕材料。

具體地，如中國專利申請CN101638295A（專利申請號200810138749.7）介紹了一種空心玻璃微珠的制備方法，該方法包括：配料，熔化，水碎，烘干，粉碎，分級，空心球化，收集，風選。首先根據將按配方稱取的原料混合均勻，在1400~1600℃用于制備光學玻璃的熔窯中進行熔制；之后將熔化好的玻璃液進行水淬、烘干、粉碎處理，分級出粒度30~100μm的粉末作為原料；將原料放入燃燒爐的給料倉，從而進行空心微珠的燒結處理；之后利用燃燒后的熱空氣向上升和末端引風機抽力的綜合作用下，將空心微珠依次通過旋風除塵器和布袋除塵器，從而達到分級收集微珠的目的；將分級收集到的空心微珠按不同直徑進一步篩選，以獲得最終成品。

該方法主要有三方面缺點：1、該方法利用粉碎玻璃后分選的方法控制粒徑，因此其不能精確地控制空心微珠產品的粒徑；2、該方法是利用熔融玻璃粉末充氣的方法得到空心球，這樣不能較好的控制空心度和壁厚，因此空心微珠產品的強度不會特別高，僅能達到44MPa；3、該方法采用兩次高溫熔融加熱和兩次分選的方法，這樣既繁瑣又浪費能量。

總得來說，現有的空心微珠產品不能滿足石油鉆井領域深井固井技術對水泥漿密度減輕添加材料具有較高承壓能力的要求，而且現有空心微珠產品的制備方法繁瑣且能耗大。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種空心玻璃微珠及其制備方法，其具有較高承壓能力、粒度較小、圓球度較好，適用于工業化生產和應用，可以用于深井固井中添加到水泥漿中的密度減輕劑。利用本發明方法制備的高抗擠空心玻璃微珠具有較高的承壓能力，可以在高壓下不發生破碎，其可承受壓力的強度至少達到50MPa，最高可達到150MPa，從而確保低密度水泥漿體系的密度保持穩定。

本發明的目的之一是提供一種空心玻璃微珠。

所述空心玻璃微珠，微珠的平均粒徑為20~60μm，優選為22~58μm。其密度為0.30~0.92g/cm³，優選為0.40~0.90g/cm³。所述空心玻璃微珠為中空結構。

所述空心玻璃微珠由包括如下重量份數比的原料組份與水溶性硅酸鹽共同焙燒而成：所述原料組分以納米二氧化硅100重量分數計，微米二氧化硅40~80份，優選為48~66份；亞微米級氧化硅40~80份，優選為50~64份；氧化鋁1~6份，優選為1.5~4.8份；氧化鐵0~1份，優選為0.2~0.7份；氧化鋯3~8份，優選為3.1~6.8份；氧化硼2~13份，優選為3.2~11.8份；氧化鋅0~1份，優選為0.2~0.7份；氧化鋰0~2份，優選為0.1~1.6份；氧化鋇0~2份，優選為0.1~1.4份。所述水溶性硅酸鹽與所述原料組分總重的重量比為（0.1~1）：1，優選為（0.3~0.9）：1。

其中，納米二氧化硅的平均粒徑為20~60nm，微米級二氧化硅的平均粒徑為1~5μm；亞微米級氧化硅的平均粒徑為100~150nm。

在上述配方中，由于一方面引入納米原材料，另一方面采用納米、亞微米顆粒級配的方法，從而使得微珠殼層結構更加致密。

在上述配方中，所述水溶性硅酸鹽，為現有技術中各種可溶于水的硅酸鹽，優選如硅酸鈉、偏硅酸鈉及其混合物等。所述硅酸鹽在高溫燒結前的造粒過程中起到粘結劑的作用，從而可以將超細粉體粘結在一起形成微小球體（即前驅體）。

本發明的目的之二是提供所述空心玻璃微珠的制備方法。其包括將所述原料組分與水溶性硅酸鹽共同配制分散均勻的漿液，利用離心噴霧干燥制備法制備前驅體，前驅體動態高溫熔融燒結制備空心玻璃微珠。

具體來講，本發明的空心玻璃微珠的制備方法包括有以下步驟：

（1）利用溶劑將所述原料組份和水溶性硅酸鹽按所述比例充分混合成均勻的漿液；所述溶劑為水，或為水與乙醇或甲醇中的至少一種組成的混合溶劑，溶劑中水的重量百分比為50~100%；其中溶劑和所述原料組份及添加劑總重的重量比為10:0.4:~10:8；，優選為10:1~10:7；