[發明專利]碳化硅碳化硼空心陶瓷微珠制備油井固井水泥試塊的方法

有效

• 申請號: 201410000971.6
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103803883A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 郭志東
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B14/32;C04B35/563;C04B35/622
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技術領域

本發明涉及一種碳化硅碳化硼空心陶瓷微珠制備油井固井水泥試塊的方法，屬于材料技術領域。

背景技術

目前國內固井減輕劑采用粉煤灰中的漂珠，在粉煤灰中包括沉珠和漂珠，沉珠密度在1.1?～2.8g/cm³，之間，含量占粉煤灰30～70%，漂珠是粉煤灰中小于水密度的玻璃微珠，漂珠主要包含鋁硅玻璃微珠和多孔炭粒，除去炭粒后的漂珠主要包括薄壁鋁硅玻璃微珠，內外表面光滑，體積大，是一種呈圓形、質輕、閉孔空心、耐磨、耐高溫、導熱系數小、強度高，漂珠量占粉煤灰總量的0.5～1%，鋁硅玻璃微珠是中空圓球體。

其中粉煤灰中的漂珠它是煤粉在熱電廠鍋爐內經過1100～1500°C燃燒時，粘土質物質熔融成微液滴，在爐內湍流的熱空氣作用下高速自旋，形成渾圓的硅鋁球體，燃燒和裂解反應產生的氮氣、氫氣和二氧化碳等氣體，在熔融的高溫鋁硅球體內迅速膨脹，在表面張力的作用下，形成中空的玻璃泡，然后進入煙道迅速冷卻，硬化后，成為高真空的玻璃態空心微珠，即粉煤灰漂珠。

將粉煤灰放入水中攪拌，靜置一段時間，由于漂珠密度小于水密度，將漂浮在水面上撈出晾干，即為漂珠，粉煤灰中的漂珠為灰白色，主要成分為SiO2占70%和AI2O3占13%，燒失量為0.40%?～0.574%，密度0.475?～0.574g/cm³，壁厚1.44～5.41μm，粒徑范圍主要分布在147～84μm。

?近幾年，由于北方霧霾天氣的影響，我國的大中型火力發電采用環保的脫硫技術，粉煤灰中的不含漂珠，造成了供應緊張，只有中小火電廠以及小鍋爐未采用脫硫技術供應少量的漂珠，漂珠的緊缺造成價格上漲，并且漂珠不純摻入了粉煤灰，影響固井質量。

油田固井領域中，油氣層分布廣，長封井越來越多，長封井主要使用是低密度水泥固井，長封井主要采用低密度水泥漿，要想使水泥漿的密度在0.72?g/cm³～1.5?g/cm³之間，非漂珠的減輕材料（無機礦物材料和有機合成材料組成）密度必須在0.4?g/cm³～0.7?g/cm³之間，才能配制出低密度的水泥漿（G級油井水密的密度在3.1?g/cm³，減輕劑密度必須小于1?g/cm³，才能配置出密度0.72?g/cm³～1.5?g/cm³之間水泥漿，前提條件是減輕劑添加量不能超過總量的40%，否則會影響水泥試塊的抗壓強度）。

根據固井深度不同，通常把2000米以下的油井叫低溫井，低溫油井固井用高密度的水泥漿（油井內的溫度在70～90°C之間，即水泥漿密度在1.8?g/cm³～1.9?g/cm³）；2000～4000米之間的叫中溫井，中溫油井固井用中密度的水泥漿（油井內的溫度在90～150°C之間，即水泥漿密度在1.6?g/cm³～1.7?g/cm³）；而大于4000米的為高溫井，高溫油井固井用低密度的水泥漿（油井內的溫度在150～240°C之間，即水泥漿密度在1.0?g/cm³～1.5?g/cm³）。

由于陸地低溫油井油氣資源在逐步減少，開采逐步由陸地低溫油井向陸地深層和海洋深層開發，傳統的固井材料漂珠不能滿足深層高溫油井的需要，需要采用新技術、新工藝、新材料來滿足深層高壓高溫油井的要求，24小時壓力30Mpa，水泥漿密度在0.7?g/cm³～1.5?g/cm³之間，復合陶瓷微珠具有耐高溫、高強度、抗氧化，碳化硼具有超高的硬度，僅次于金剛石和立方碳化硼，低密度，耐靜水壓強度100～300?MPa?，適合深海油井固井要求。

發明內容

?本發明的目的在于克服現有技術現狀，找出新技術的突破口，提供一種成本低，性能優良，可以代替粉煤灰中的飄珠，性能優良，使密度定變化率小于0.02，達到設計密度，通過有機合成的方法制作碳化硅碳化硼空心低密度復合陶瓷微珠，具有高強度低密度特性，密度范圍0.42?g/cm³～0.7g/cm³，進而配置低密度0.7?g/cm³～1.5g/cm³油井固井低密度水泥試塊的制備方法，滿足海洋長封井固井材料要求。

其技術方案為。