[發(fā)明專利]二硼化鈦陶瓷微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法

有效

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• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103833287A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)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;C04B14/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及二硼化鈦陶瓷微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，屬于材料技術領域。

背景技術

目前國內油井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(tài)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，但漂珠的粒徑大，抗壓強度低。

?近幾年，由于北方霧霾天氣的影響，我國的大中型火力發(fā)電采用環(huán)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，漂珠價格每噸至少1萬元，且最大抗壓強度20Mpa，所以采用復合陶瓷材料制作空心微珠替代粉煤灰的漂珠，不受環(huán)境條件的限制，經濟效益大，市場前景好。

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1.0?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0.5g/cm³～0.8?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1.?0g/cm³～1.5g/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）。

在專利200910071314.X中，采用非漂珠的粉煤灰作為減輕劑，文中粉煤灰的顆粒密度為2.0?g/cm³，水泥密度3.1?g/cm³，硅粉密度2.0?g/cm³，只有水的密度為1.0?g/cm³，水的用量有比例限制，不可能配制出密度在1.40～1.55?g/cm³低密度水泥漿。

有些油田采用高嶺土、硅藻土等非漂珠作為減輕劑，但堆積密度大于2.0?g/cm³，要想配制密度為1.0?～1.5?g/cm³之間的水泥漿是不可能的。

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(fā)，傳統(tǒng)的固井材料漂珠不能滿足深層高溫油井的需要。