CN103467017B

CN103467017B - 一种玻璃微珠制备低密度油井固井水泥试块的制备方法

Info

Publication number: CN103467017B
Application number: CN201310388539.4A
Authority: CN
Inventors: 郭志东
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Gao Yuefen
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: CN103467017A

Abstract

本发明提供一种玻璃微珠制备低密度油井固井水泥试块的制备方法，包括玻璃微珠的制备、配料、混合、搅拌调浆、试模、强度试验，其特征在于：将G级油井水泥55～70wt%、粒径为5～100μm的闭孔空心玻璃微珠20～35wt%、烧失量1.1%的粉煤灰5～7wt%、纯度99.9%氧化钙1.5～2wt%、硫酸钠0.5～1.0wt%和微硅1～3wt%，以0.5～0.6（W/C）的水灰比在搅拌机中搅拌调浆40秒，倒入试模（一组二块长、宽、高分别53mm*53mm*53mm），在恒温52°C的水浴养护箱中养护24小时、48 小时，脱模后在凉水中浸泡1小时，进行强度试验，性能优于漂珠。

Description

一种玻璃微珠制备低密度油井固井水泥试块的制备方法

技术领域

本发明涉及一种水玻璃制备闭孔空心玻璃微珠进而制备低密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

目前国内固井减轻剂采用粉煤灰中的漂珠，粉煤灰中包括沉珠和漂珠，沉珠密度在1.1～2.8g/cm³，之间，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，漂珠主要包含铝硅玻璃微珠和多孔炭粒，除去炭粒后的漂珠主要包括薄壁铝硅玻璃微珠，内外表面光滑，体积大，是一种呈圆形、质轻、闭孔空心、耐磨、耐高温、导热系数小、强度高，漂珠量占粉煤灰总量的0.5～1%，铝硅玻璃微珠是中空圆球体。

其中粉煤灰中的漂珠它是煤粉在热电厂锅炉内经过1100～1500℃燃烧时，粘土质物质熔融成微液滴，在炉内湍流的热空气作用下高速自旋，形成浑圆的硅铝球体，燃烧和裂解反应产生的氮气、氢气和二氧化碳等气体，在熔融的高温铝硅球体内迅速膨胀，在表面张力的作用下，形成中空的玻璃泡，然后进入烟道迅速冷却，硬化后，成为高真空的玻璃态空心微珠，即粉煤灰漂珠。

将粉煤灰放入水中搅拌，静置一段时间，由于漂珠密度小于水密度，将漂浮在水面上捞出晾干，即为漂珠。

粉煤灰中的漂珠为灰白色，主要成分为SiO₂占70%和AI₂O₃占13%，烧失量为0.40%～0.574%，密度0.475～0.574g/cm³，壁厚1.44～5.41μm，粒径范围主要分布在147～84μm。

近几年，由于雾霾天气的影响，我国的大中型火力发电采用环保的脱硫技术，粉煤灰中的不含漂珠，造成了供应紧张。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种成本低，性能优良，可以代替粉煤灰中的飘珠，通过有机合成的方法制作玻璃微珠，密度为0.5g/cm³～0.7g/cm³，进而配置低密度1.2 g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，满足不同深度的固井材料技术要求。

其技术方案为。

包括配料、混合、搅拌调浆、试模、强度试验，其特征在于：将G级油井水泥55～70 wt%、粒径为5～100μm的闭孔空心玻璃微珠20～35wt%、烧失量1.1%的粉煤灰5～7wt%、纯度99.9%氧化钙1.5～2wt%、硫酸钠0.5～1.0wt%和微硅1～3wt%，以0.5～0.6的水灰比在搅拌机中搅拌调浆40秒，倒入一组二块长、宽、高分别为53mm*53mm*53mm的试模中，在恒温52℃的水浴养护箱中分别养护24小时、48 小时，脱模后在凉水中浸泡1小时，进行强度试验。

所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，制备玻璃微珠的玻璃溶液是硅酸钠加入了氧化硼、氧化钾、氧化锂，各组分的比例为硅酸钠94wt%、氧化硼2.6wt%、氧化钾3.0wt%、氧化锂0.4wt%。

所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，发泡剂为轻质碳酸钙、硫酸钾或硫酸钠中的一种，使用的浓度1～3g/L。

所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，硅酸钠采用3.5～3.9之间高模数。

所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，采用高速离心旋转喷雾法，玻璃液形成微球，经过脱水膨胀、烧结、熔融、成球。

所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，制备的玻璃微珠漂浮率在95%～98%。

所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，制备的玻璃微珠漂含水量应小于0.2%。

所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，制备的水泥试块8小时抗压强度大于12MPa，24小时抗压强度大于30MPa 。

根据权利要求1所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，其特征在于：水泥试块的密度变化率小于0.02%。

本发明具有以下优点。

1、可以根据不同深度的固井要求生产满足该固井要求粒径的玻璃微珠。

2、玻璃微珠壁厚可以通过发泡剂添加浓度控制。

3、抗压强度最大可达到120Mpa，性能优于漂珠，漂珠最大可达到15Mpa。

4、该技术工艺温度可控，产品性能稳定，生产成本低，产量高，性能好。

5、硅酸钠中加入了氧化硼、氧化钾、氧化锂，主要是降低玻璃溶液的粘度，改善玻璃的网状结构和耐压性，增强玻璃的气密性和耐腐蚀性，提高玻璃微珠的内在质量。

6、采用纯度为99.9%的CaO，由于发生水化反应，释放热量，水泥浆温度上升，利于试块的早强，CaO+H₂O=Ca(OH)₂+热量。

具体实施方式。

实施例1。

（1）制备玻璃微珠：①配比：玻璃溶液是模数3.5硅酸钠加入了氧化硼、氧化钾、氧化锂，各组分的重量比为硅酸钠94wt%、氧化硼2.6wt%、氧化钾3.0wt%、氧化锂0.4wt%；②搅拌：将配比好的玻璃溶液放入搅拌器搅拌均匀；③过滤：将大颗粒和杂质去除；④烧制：过滤好的玻璃液经高压泵加压进入高速喷雾旋转离心机，离心机转速在2400转/分，形成微球，进入四区高温炉，经膨胀区膨胀、成球区成球脱水、烧结区熔融、玻化区表面玻化，经过气流分级选取5～20μm粒径大小的闭孔空心微珠。

（2）密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块配料：取G级油井水泥70 wt%、5～20μm的闭孔空心玻璃微珠20wt%、烧失量1.1%的粉煤灰5wt%、纯度99.9%氧化钙1.5wt%、硫酸钠0.5wt%和微硅3.0wt%。

（3）混合：将G级油井水泥70wt%、5～20μm的闭孔空心玻璃微珠20 wt%、烧失量1.1%的粉煤灰5wt%、纯度99.9%氧化钙1.5wt%、硫酸钠0.5wt%和微硅3.0wt%充分混合均匀。

（4）取（3）中混合均匀样品少许，倒入烧杯中，按0.6的水灰比调制水泥浆，用玻璃棒搅拌均匀，倒入泥浆比重计中称量密度。

（5）在温度28℃±1℃下，以0.6（W/C）的水灰比倒入瓦楞搅拌器，在均匀低速下，在20秒内全部混合，然后盖好搅拌器的盖子，继续在4000r/min的速度下搅拌40秒，静置5分钟观察水泥浆均匀性。

（6）将搅拌好的水泥浆倒入一组二块的试模中，试模的规格为长53mm、宽53mm高53mm。

（7）在恒温52℃的水浴养护箱中养护24小时，脱模后在凉水中浸泡1小时，按国标GB/T 177的规定进行抗压强度和抗折强度试验以及密度变化率实验。

（8）在恒温52℃的水浴养护箱中养护48小时，脱模后在凉水中浸泡1小时，按国标GB/T 177的规定进行抗压强度和抗折强度试验以及密度变化率实验。

实施例2。

（1）制备玻璃微珠：①配比：玻璃溶液是模数3.7硅酸钠加入了氧化硼、氧化钾、氧化锂，各组分的重量比为硅酸钠94wt%、氧化硼2.6wt%、氧化钾3.0wt%、氧化锂0.4wt%；②搅拌：将配比好的玻璃溶液放入搅拌器搅拌均匀；③过滤：将大颗粒和杂质去除；④烧制：过滤好的玻璃液经高压泵加压进入高速喷雾旋转离心机，离心机转速在2400转/分，形成微球，进入四区高温炉，经膨胀区膨胀、成球区成球脱水、烧结区熔融、玻化区表面玻化，经过气流分级选取30～60μm粒径大小的闭孔空心微珠。

（2）密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块配料：取G级油井水泥60wt%、30～60μm的闭孔空心玻璃微珠30wt%、烧失量1.1%的粉煤灰6wt%、纯度99.9%氧化钙2.0wt%、硫酸钠0.5wt%和微硅1.5wt%。

（3）混合：将G级油井水泥60wt%、30～60μm的闭孔空心玻璃微珠30 wt%、烧失量1.1%的粉煤灰6wt%、纯度99.9%氧化钙2.0wt%、硫酸钠0.5wt%和微硅1.5wt%充分混合均匀。

（4）取（3）中混合均匀样品少许，倒入烧杯中，按0.55的水灰比调制水泥浆，用玻璃棒搅拌均匀，倒入泥浆比重计中称量密度。

（5）在温度28℃±1℃下，以0.55（W/C）的水灰比倒入瓦楞搅拌器，在均匀低速下，在20秒内全部混合，然后盖好搅拌器的盖子，继续在4000r/min的速度下搅拌40秒，静置5分钟观察水泥浆均匀性。

实施例3。

（1）制备玻璃微珠：①配比：玻璃溶液是模数3.9硅酸钠加入了氧化硼、氧化钾、氧化锂，各组分的重量比为硅酸钠94wt%、氧化硼2.6wt%、氧化钾3.0wt%、氧化锂0.4wt%，②搅拌：将配比好的玻璃溶液放入搅拌器搅拌均匀；③过滤：将大颗粒和杂质去除；④烧制：过滤好的玻璃液经高压泵加压进入高速喷雾旋转离心机，离心机转速在2400转/分，形成微球，进入四区高温炉，经膨胀区膨胀、成球区成球脱水、烧结区熔融、玻化区表面玻化，经过气流分级选取60～100μm粒径大小的闭孔空心微珠。

（2）密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块配料：取G级油井水泥55wt%、60～100μm的闭孔空心玻璃微珠35wt%、烧失量1.1%的粉煤灰7wt%、纯度99.9%氧化钙1.0wt%、硫酸钠1.0wt%和微硅1.0wt%。

（3）混合：将G级油井水泥55wt%、60～100μm的闭孔空心玻璃微珠35wt%、烧失量1.1%的粉煤灰7wt%、纯度99.9%氧化钙1.0wt%、硫酸钠1.0wt%和微硅1.0wt%充分混合均匀。

（4）取（3）中混合均匀样品少许，倒入烧杯中，按0.5的水灰比调制水泥浆，用玻璃棒搅拌均匀，倒入泥浆比重计中称量密度。

（5）在温度28℃±1℃下，以0.5（W/C）的水灰比倒入瓦楞搅拌器，在均匀低速下，在20秒内全部混合，然后盖好搅拌器的盖子，继续在4000r/min的速度下搅拌40秒，静置5分钟观察水泥浆均匀性。

Claims

1.一种玻璃微珠制备低密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，包括玻璃微珠的制备、配料、混合、搅拌调浆、试模、强度试验，其特征在于：制备玻璃微珠的玻璃溶液是硅酸钠加入了氧化硼、氧化钾、氧化锂，各组分的比例为硅酸钠94wt%、氧化硼2.6wt%、氧化钾3.0wt%、氧化锂0.4wt%；发泡剂为轻质碳酸钙、硫酸钾或硫酸钠中的一种，使用的浓度1～3g/L；硅酸钠采用3.5～3.9之间高模数；采用高速离心旋转喷雾法，玻璃液形成微球，经过脱水膨胀、烧结、熔融、成球；将G级油井水泥55～70wt%、粒径为5～100μm的闭孔空心玻璃微珠20～35wt%、烧失量1.1%的粉煤灰5～7wt%、纯度99.9%氧化钙1.5～2wt%、硫酸钠0.5～1.0wt%和微硅1～3wt%，以0.5～0.6的水灰比在搅拌机中搅拌调浆40秒，倒入一组二块长、宽、高分别为53mm*53mm*53mm试模中，在恒温52℃的水浴养护箱中分别养护24小时、48 小时，脱模后在凉水中浸泡1小时，进行强度试验。

2.根据权利要求1所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，其特征在于：制备的玻璃微珠漂浮率在95%～98%。

3.根据权利要求1所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，其特征在于：制备的玻璃微珠漂含水量应小于0.2%。

4.根据权利要求1所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，其特征在于：制备的水泥试块8小时抗压强度大于12MPa，24小时抗压强度大于30MPa 。

5.根据权利要求1所述的玻璃微珠制备密度1.2g/cm³～1.5g/cm³油井固井水泥试块的制备方法，其特征在于：水泥试块的密度变化率小于0.02%。