[發明專利]氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法

有效

• 申請號: 201410088750.9
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103803892A
• 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;C04B14/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氧化鋯陶瓷復合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，漂珠價格每噸飆升到1萬元，且最大抗壓強度20Mpa，所以采用陶瓷復合材料制作空心微珠替代粉煤灰的漂珠，不受環境條件的限制，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/cm³～0.85?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/cm³～1.5?g/cm³之間低密度水泥漿，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（0.5～0.7W/C），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達到的。

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，傳統的固井材料漂珠不能滿足深層高溫油井的需要。