氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，包括氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠制備、配料、混合、攪拌調(diào)漿、試模、強(qiáng)度試驗(yàn)，將G級油井水泥40～50wt%、粒徑13μm超細(xì)水泥10～15wt%、粒徑為5～35μm的氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠25～35wt%、燒失量1.1%的粉煤灰5～7wt%、純度99.9%氧化鈣1.5～2wt%、硫酸鈉0.5～1.0wt%和微硅1～3wt%混合攪拌均勻，以0.5～0.6（W/C）的水灰比在攪拌機(jī)中攪拌調(diào)漿40秒，倒入試模，在恒溫52°C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24小時、48小時，脫模后在涼水中浸泡1小時，進(jìn)行性能測試。
【專利說明】氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)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(nèi)外表面光滑，體積大，是一種呈圓形、質(zhì)輕、閉孔空心、耐磨、耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)小、強(qiáng)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(nèi)經(jīng)過1100~1500° C燃燒時，粘土質(zhì)物質(zhì)熔融成微液滴，在爐內(nèi)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(yīng)產(chǎn)生的氮?dú)?、氫氣和二氧化碳等氣體，在熔融的高溫鋁硅球體內(nèi)迅速膨脹，在表面張力的作用下，形成中空的玻璃泡，然后進(jìn)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%，密度0.475~0.574g/cm3,壁厚1.44~5.4lMm,粒徑范圍主要分布在147~84Mm，但漂珠的粒徑大，抗壓強(qiáng)度低。
[0003]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(shù)，粉煤灰中的不含漂珠，造成了供應(yīng)緊張，只有中小火電廠以及小鍋爐未采用脫硫技術(shù)供應(yīng)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(zhì)量，漂珠價格每噸飆升到I萬元，且最大抗壓強(qiáng)度20Mpa，粉煤灰漂珠只適合于2000米以下的低溫油井，所以采用陶瓷復(fù)合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(jīng)濟(jì)效益大，市場前景好。
[0004]油田固井領(lǐng)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(jī)礦物材料和有機(jī)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
Ig/cm3,才能配置出密度1.0g/cm3~1.5g/cm3之間水泥楽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(qiáng)度。
[0005]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 8/0113，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。
[0006]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1.0~1.6 g/cm3之間的水泥漿是不可能的。
[0007]根據(jù)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衆(zhòng)(油井內(nèi)的溫度在70~90° C之間，即水泥衆(zhòng)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(nèi)的溫度在90~150° C之間，即水泥衆(zhòng)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(nèi)的溫度在150~240° C之間，即水泥漿密度在1.0 g/cm3 ~L 5 g/cm3)。
[0008]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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有漂珠技術(shù)現(xiàn)狀，利用氧化衫作為添加劑燒結(jié)生產(chǎn)高性能氮化硅陶瓷微珠替代粉煤灰的漂珠，利用氧化衫作為燒結(jié)助劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成改性的氮化硅陶瓷實(shí)心微珠，在立式四區(qū)電爐采用高壓噴射高速離心旋轉(zhuǎn)噴霧法，經(jīng)過脫水膨脹、烘干、表面熔融、成球最后形成氮化硅陶瓷閉孔空心微珠，氮化硅陶瓷閉孔空心微珠具有較高的韌性、高抗壓、抗折、機(jī)械性能好，滿足高溫油井固井減輕材料要求，氮化硅陶瓷閉孔空心微珠密度可控制在0.5 g/cm3~0.8g/cm3,抗壓強(qiáng)度大于600MPa ,進(jìn)而制備1.0 g/cm3~1.5g/cm3油井固井低密度水泥試塊，滿足長封井固井材料要求。
[0010]其技術(shù)方案為。
氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，包括氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠制備、配料、混合、攪拌調(diào)漿、試模、強(qiáng)度試驗(yàn)，將G級油井水泥40~50 wt%、粒徑13Mm超細(xì)水泥10~15 wt%、粒徑為5~35Mm的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠25~35 wt%、、燒失量1.1%的粉煤灰5~7 wt%、純度99.9%氧化鈣1.5~2 wt%、硫酸鈉
0.5~1.0 wt%和微硅粉I~3 wt%的比例混合，以0.5~0.6 (W/C)的水灰比在攪拌機(jī)中攪拌調(diào)衆(zhòng)40秒,取部分試樣倒入試模(一組二塊長、寬、高分別53mm*53mm*53mm),在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24小時、48小時，脫模后在涼水中浸泡I小時進(jìn)行水泥漿性能試驗(yàn)，包括氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠耐靜水壓強(qiáng)度的測定、水泥漿密度測定、耐壓密度試驗(yàn)、沉降穩(wěn)定性、游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性，進(jìn)行抗壓性能測試。
[0011]所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，將粒徑I~50Mm氮化娃粉、粒徑I~45Mm氧化衫粉按80~90 wt%:10~20 wt%,將氮化娃粉、氧化衫按比例取樣混合攪拌均勻，在60~80MPa壓力機(jī)制成坯料，在1400~1650° C真空氣氛爐燒制12~18小時，獲得氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合材料的燒結(jié)體，將氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合材料的燒結(jié)體在球化機(jī)加工成10~35Mm微珠。
[0012]所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，氧化釤氮化硅陶瓷微珠液漿的重量百分比組成為:10~35ΜΠ1氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠70~80 wt%:水 20 ~30 wt%0
[0013]所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，氮化硅陶瓷微珠液漿中加入發(fā)泡劑為輕質(zhì)碳酸鈣、硫酸鉀或硫酸鈉中的一種，使用的濃度為I~3g/L。
[0014] 所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠液漿充分?jǐn)嚢柽^濾，采用高壓噴射高速離心旋轉(zhuǎn)噴霧法，形成微珠，在四區(qū)立式電爐上，脫水膨脹溫度800~850° C、烘干燒結(jié)溫度在1400~1600° C、表面熔融溫度1700~1800° C、成球溫度1400~1500° C，經(jīng)過分級得到5~35Mm氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠。
[0015]所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠漂浮率大于98%。
[0016]所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，制備的水泥試塊8小時抗壓強(qiáng)度大于20MPa，24小時抗壓強(qiáng)度大于40MPa。
[0017]所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，同一批次不同位置的取樣點(diǎn)氮化氧化釤硅陶瓷閉孔空心微珠的密度變化范圍在±0.01 g/cm3。
[0018]所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，水泥試塊加壓后的密度變化率小于0.02。[0019]所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，水泥試塊的降失水量小于50ml/30min。
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0021]1、可以改變長期固井中對粉煤灰中漂珠的依賴，利用氧化釤作為添加劑燒結(jié)氮化硅，形成改性的氮化硅陶瓷復(fù)合微珠，具有抗壓強(qiáng)度高、抗折性好、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)活性高，粒徑大小可控，陶瓷復(fù)合材料能滿足6000~10000米高溫油井的固井要求。
[0022]2、陶瓷復(fù)合材料作為油井固井減輕劑，可根據(jù)固井技術(shù)要求確定陶瓷材料的配t匕、燒結(jié)溫度技術(shù)參數(shù)，根據(jù)對陶瓷微珠粒徑要求，確定旋轉(zhuǎn)噴霧噴頭孔徑。
[0023]3、該工藝先進(jìn)，技術(shù)成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低,產(chǎn)量高,性能好,氮化硅陶瓷微珠的密度可控制在0.5 g/cm3~0.8g/cm3，加入粒徑13μπι超細(xì)水泥可增加水泥石試塊的早期強(qiáng)度，根據(jù)堆積理論加入微硅粉填充顆粒間的空隙，G級油井水泥、超細(xì)水泥、陶瓷微珠經(jīng)過1000° C以上高溫?zé)Y(jié)具有較高活性，水化反應(yīng)快，可形成膠狀物，8小時抗壓強(qiáng)度超過20 MPa。
[0024]4、利用立式四區(qū)高溫成珠爐，采用高壓噴射高速離心旋轉(zhuǎn)噴霧法，噴霧片孔徑?jīng)Q定著顆粒大小，液體充分霧化后進(jìn)入爐體，液滴在膨脹區(qū)受熱膨脹，膨脹體積與膨脹溫度和發(fā)泡劑濃度有關(guān)，再經(jīng)燒結(jié)、熔融、最后形成閉孔空心微珠，為了提高產(chǎn)量防止結(jié)壁，采用熱循環(huán)抽吸、風(fēng)力吹送系統(tǒng)，加快物料在循環(huán)，提高生產(chǎn)效率。
[0025]5、采用純度99.9%氧化鈣，與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，放出大量熱量，提高水泥試塊早期強(qiáng)度，水泥漿穩(wěn)定性好。
[0026]6、采用高壓噴射高速離心旋轉(zhuǎn)噴霧法，電機(jī)的轉(zhuǎn)速24000r/min，采用立式四區(qū)分別控制的電爐。
[0027]【具體實(shí)施方式】。
[0028]實(shí)施例1。
[0029]( I)氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑I~氮化娃粉、粒徑I~IOMm氧化衫粉按85wt%:15wt%混合攪拌均勻，加入無水乙醇分散劑,在70MPa壓力機(jī)制成坯料，在1400° C真空氣氛爐燒制18小時，獲得氧化釤氮化硅陶瓷材料的燒結(jié)體，將氧化釤氮化硅陶瓷材料的燒結(jié)體在球化機(jī)加工成10~15Mm微珠，②配液:取10~15Mm氮化硅陶瓷微珠比例76wt%:水24 wt%，在液漿中加入輕質(zhì)硫酸鉀發(fā)泡劑，濃度為2g/L④過濾:將大顆粒和雜質(zhì)去除；⑤燒制:采用高壓噴射高速離心旋轉(zhuǎn)噴霧法，形成微球，在立式四區(qū)電爐上，脫水膨脹溫度810° C、烘干燒結(jié)溫度在1400° C、表面熔融1700° C、成球溫度1400° C，經(jīng)過風(fēng)力清選分級得到5~15Mm含氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠。
[0030](2)取5~15Mm含氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠50g，放入盛有水的燒杯中，用玻璃棒攪拌I分鐘，靜置5分鐘，觀察氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠在燒杯中的懸浮狀態(tài)，將燒杯中的漂珠和沉珠分別取出烘干稱重，計算漂浮率。
[0031](3)取5~15ΜΠ1氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠100g，放入靜水壓力儀中，水由水壓泵經(jīng)毛細(xì)壓力管進(jìn)入壓力腔，漂珠的破碎率隨著靜水壓力的增大而增大，記下靜水壓力值，試驗(yàn)結(jié)束，取出壓力腔，將陶瓷微珠的樣品倒入盛有水的燒杯中，將完好的漂珠在燒杯中漂浮，破裂漂珠沉入燒杯的底部，將燒杯中的漂珠和沉珠分別取出烘干稱重，計算破碎率和記錄耐靜壓力值即耐壓強(qiáng)度。
[0032](4)用激光粒度分析儀分析5~15ΜΠ1氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠粒徑分布，將風(fēng)力清選分級得到氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠稱取50g倒入燒杯加入100g水，用玻璃棒攪拌均勻，倒入激光粒度分析儀測試槽中，觀察記錄樣品粒徑分布，粒徑在5~15Mm大于95%。
[0033](5)低密度油井固井水泥試塊配料:將G級油井水泥45 wt%、粒徑13Mm超細(xì)水泥10 wt%、粒徑為5~15Mm的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠35 wt%、燒失量1.1%的粉煤灰5 wt%、純度99.9%氧化|丐1.5 wt%、硫酸鈉0.5wt%和微娃3 wt%。
[0034](6)混合:取G級油井水泥45 wt%、粒徑13Mm超細(xì)水泥10 wt%、粒徑為5~15Mm氮化硅陶瓷閉孔空心微珠35 wt%、燒失量1.1%的粉煤灰5 wt%、純度99.9%氧化鈣1.5 wt%、硫酸鈉0.5wt%和微娃3 wt%放入攪拌機(jī)中混合均勻。
[0035](7)取(6)中混合均勻樣品少許，倒入燒杯中，按0.5 (W/C)的水灰比調(diào)制水泥漿，用玻璃棒攪拌均勻，倒入泥漿比重計中稱量密度。
[0036](8)在溫度28° C±l° C下，以0.5 (W/C)的水灰比倒入瓦楞攪拌器，在均勻低速下，在20秒內(nèi)全部混合，然后蓋好攪拌器的蓋子，繼續(xù)在4000r/min的速度下攪拌40秒，靜置5分鐘觀察水泥漿穩(wěn)定性和均勻性。
[0037](9)將攪拌好的水泥漿倒入一組二塊的試模中，試模的規(guī)格為長53mm、寬53mm高53mm0
[0038]( 10)觀察稱量并記錄游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標(biāo)。
[0039](11)水泥試塊密度變化率的測定，測定24和48小時水泥試塊密度，將水泥試塊放入壓力機(jī)加壓(20 MPa、30MPa、45MPa、60MPa、75MPa、100 MPa、150 MPa,200 MPa)分別測定加壓后的水泥試塊密度，密度變化率等于:(加壓后密度減去24和48小時水泥試塊密度)/24和48小時水泥試塊密度，如果密度變化率大于0.02，說明氮化硅陶瓷閉孔空心微珠壁厚不均勻，破碎率高，加壓后密度增大，達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，密度變化率即偏離設(shè)計密度的程度，水泥試塊的密度等于水泥試塊的質(zhì)量與體積之比。
[0040](12)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標(biāo)GB/T 177的規(guī)定在壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。
[0041](13)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)48小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標(biāo)GB/T 177的規(guī)定在壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。[0042]實(shí)施例2。
[0043](I)氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑20~35ΜΠ1氮化娃粉、粒徑15~25Mm氧化衫粉按90wt%:10wt%混合攪拌均勻,加入無水乙醇分散劑，在75MPa壓力機(jī)制成坯料，在1500° C真空氣氛爐燒制16小時，獲得氧化釤氮化硅陶瓷材料的燒結(jié)體，將氧化釤氮化硅陶瓷材料的燒結(jié)體在球化機(jī)加工成20~25Mm微珠②配液:20~25Mm氮化硅陶瓷微珠比例78 wt%:水22 wt%，在液漿中加入輕質(zhì)硫酸鉀發(fā)泡劑，濃度為1.5g/L④過濾:將大顆粒和雜質(zhì)去除；⑤燒制:采用高壓噴射高速離心旋轉(zhuǎn)噴霧法，形成微球，在四區(qū)電爐上脫水膨脹溫度820° C、烘干燒結(jié)溫度在1500° C、表面熔融溫度1750° C、成球溫度1450° C，經(jīng)過風(fēng)力清選分級得到20~25ΜΠ1氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠。
[0044] (2)取粒徑20~25Mm氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠50g，放入盛有水的燒杯中，用玻璃棒攪拌I分鐘，靜置5分鐘，觀察氮化硅陶瓷閉孔空心微珠珠在燒杯中的懸浮狀態(tài)，將燒杯中的漂珠和沉珠分別取出烘干稱重，計算漂浮率。
[0045](3)取20~25Mm的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠100g，放入靜水壓力儀中，水由水壓泵經(jīng)毛細(xì)壓力管進(jìn)入壓力腔，漂珠的破碎率隨著靜水壓力的增大而增大，記下靜水壓力值，試驗(yàn)結(jié)束，取出壓力腔，將漂珠的樣品倒入盛有水的燒杯中，將完好的漂珠在燒杯中漂浮，破裂漂珠沉入燒杯的底部，將燒杯中的漂珠和沉珠分別取出烘干稱重，計算破碎率和記錄耐靜壓力值即耐壓強(qiáng)度。
[0046](4)用激光粒度分析儀分析20~25ΜΠ1氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠粒徑分布:將風(fēng)力清選分級得到氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠稱取50g倒入燒杯加入100g水，用玻璃棒攪拌，倒入激光粒度分析儀測試槽中，觀察記錄樣品粒徑分布，粒徑在20~25ΜΠ1大于95%。
[0047](5)低密度油井固井水泥試塊配料:取G級油井水泥45 wt%、粒徑13Mm超細(xì)水泥15 wt%、粒徑為20~25Mm氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠30 wt%、燒失量L 1%的粉煤灰
6wt%、純度99.9%氧化鈣2 wt%、硫酸鈉lwt%和微娃I wt%。
[0048](6)混合:取G級油井水泥45 wt%、粒徑13Mm超細(xì)水泥15 wt%、粒徑為20~25Mm氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠30 wt%、燒失量L 1%的粉煤灰6 wt%、純度99.9%氧化鈣
2wt%、硫酸鈉lwt%和微娃I wt%放入攪拌機(jī)中混合均勻。
[0049](7)取(6)中混合均勻樣品少許，倒入燒杯中，按0.6 (W/C)的水灰比調(diào)制水泥漿，用玻璃棒攪拌均勻，倒入泥漿比重計中稱量密度。
[0050](8)在溫度28° C±l° C下，以0.6 (W/C)的水灰比倒入瓦楞攪拌器，在均勻低速下，在20秒內(nèi)全部混合，然后蓋好攪拌器的蓋子，繼續(xù)在4000r/min的速度下攪拌40秒，靜置5分鐘觀察水泥漿穩(wěn)定性和均勻性。
[0051](9)將攪拌好的水泥漿倒入一組二塊的試模中，試模的規(guī)格為長53mm、寬53mm高53mm0
[0052]( 10)觀察記錄游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標(biāo)。
[0053](11)水泥試塊密度變化率的測定，測定24和48小時水泥試塊密度，將水泥試塊放入壓力機(jī)加壓(2O MPa,30MPa,45MPa,60MPa,75MPaU00 MPaU50 MPa,200 MPa)，測定加壓后的水泥試塊密度，密度變化率等于:(加壓后密度減去24和48小時水泥試塊密度)/24和48小時水泥試塊密度，如果密度變化率大于0.02，說明陶瓷復(fù)合微珠壁厚不均勻，破碎率高，加壓后密度增大，達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，密度變化率即偏離設(shè)計密度的程度，水泥試塊的密度等于水泥試塊的質(zhì)量與體積之比。
[0054](12)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標(biāo)GB/T 177的規(guī)定在壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。
[0055](13)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)48小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標(biāo)GB/T 177的規(guī)定在壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。
[0056]實(shí)施例3。
[0057](I)氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑40~50Mm氮化娃粉、粒徑30~40Mm氧化衫粉按88wt%:12wt%混合攪拌均勻后，加入無水乙醇分散劑，在80MPa壓力機(jī)制成坯料，在1600° C真空氣氛爐燒制14小時，獲得氧化釤氮化硅陶瓷材料的燒結(jié)體，將氧化釤氮化硅陶瓷材料的燒結(jié)體在球化機(jī)加工成30~35Mm微珠②配液:30~35Mm氧化衫氮化娃陶瓷微珠比例80 wt%:水20 wt%,在液衆(zhòng)中加入輕質(zhì)硫酸鉀發(fā)泡劑，濃度為1.0g/L④過濾:將大顆粒和雜質(zhì)去除；⑤燒制:采用高壓噴射高速離心旋轉(zhuǎn)噴霧法，形成微球，在四區(qū)電爐上脫水膨脹850° C、烘干燒結(jié)溫度在1600° C、表面熔融溫度1800° C、成球溫度1 500° C，經(jīng)過風(fēng)力清選分級得到30~35ΜΠ1氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠。
[0058](2)取30~35Mm氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠50g，放入盛有水的燒杯中，用玻璃棒攪拌I分鐘，靜置5分鐘，觀察氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠在燒杯中的懸浮狀態(tài)，將燒杯中的漂珠和沉珠分別取出烘干稱重，計算漂浮率。
[0059](3)取30~35Mm氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠100g，放入靜水壓力儀中，水由水壓泵經(jīng)毛細(xì)壓力管進(jìn)入壓力腔，漂珠的破碎率隨著靜水壓力的增大而增大，記下靜水壓力值，試驗(yàn)結(jié)束，取出壓力腔，將漂珠的樣品倒入盛有水的燒杯中，將完好的漂珠在燒杯中漂浮，破裂漂珠沉入燒杯的底部，將燒杯中的漂珠和沉珠分別取出烘干稱重，計算破碎率和耐靜壓力即耐壓強(qiáng)度。
[0060](4)用激光粒度分析儀分析30~35ΜΠ1氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠粒徑分布，將風(fēng)力清選分級得到氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠稱取50g倒入燒杯加入100g水，用玻璃棒攪拌，倒入激光粒度分析儀測試槽中，觀察記錄樣品粒徑分布，粒徑在30~35Mm大于95%。
[0061](5)低密度油井固井水泥試塊配料:將取G級油井水泥45 wt%、粒徑13Mm超細(xì)水泥12 wt%、粒徑為30~35Mm的氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠33 wt%、燒失量1.1%的粉煤灰7 wt%、純度99.9%氧化韓1.5 wt%、硫酸鈉0.5wt%和微娃I wt%。
[0062](6)混合:取G級油井水泥45 wt%、粒徑13Mm超細(xì)水泥12 wt%、粒徑為35~35Mm氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠33 wt%、燒失量L 1%的粉煤灰7 wt%、純度99.9%氧化鈣
1.5 wt%、硫酸鈉0.5wt%和微娃I wt%放入攪拌機(jī)中混合均勻。
[0063](7)取(6)中混合均勻樣品少許，倒入燒杯中，按0.5 (W/C) 5的水灰比調(diào)制水泥漿，用玻璃棒攪拌均勻，倒入泥漿比重計中稱量密度。
[0064](8)在溫度28。C±l° C下，以0.55 (W/C)的水灰比倒入瓦楞攪拌器，在均勻低速下,在20秒內(nèi)全部混合,然后蓋好攪拌器的蓋子，繼續(xù)在4000r/min的速度下攪拌40秒，靜置5分鐘觀察水泥漿穩(wěn)定性和均勻性。
[0065](9)將攪拌好的水泥衆(zhòng)倒入一組二塊的試模中，試模的規(guī)格為長53mm、寬53mm高53mm。
[0066]( 10)觀察記錄游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標(biāo)。
[0067](11)水泥試塊密度變化率的測定，測定24和48小時水泥試塊密度，將水泥試塊放入壓力機(jī)加壓(2O MPa,30MPa,45MPa,60MPa,75MPaU00 MPaU50 MPa,200 MPa)，測定加壓后的水泥試塊密度，密度變化率等于:(加壓后密度減去24和48小時水泥試塊密度)/24和48小時水泥試塊密度，如果密度變化率大于0.02，說明氮化硅陶瓷閉孔空心微珠壁厚不均勻，破碎率高，加壓后密度增大，達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，密度變化率即偏離設(shè)計密度的程度，水泥試塊的密度等于水泥試塊的質(zhì)量與體積之比。
[0068](12)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標(biāo)GB/T 177的規(guī)定在壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。
[0069](13)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)48小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標(biāo)GB/T 177的規(guī)定在壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。 [0070]注:G級油井水泥為山東齊銀水泥廠，純度99.9%氧化鈣山東淄博鑫亞鈣業(yè)，燒失量1.1%的粉煤灰華能辛店電廠，13ΜΠ1超細(xì)水泥勝利油田特種水泥廠生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1.氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，包括氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠制備、配料、混合、攪拌調(diào)漿、試模、強(qiáng)度試驗(yàn)，其特征在于:將G級油井水泥40~50 wt%、粒徑13Mm超細(xì)水泥10~15 wt%、粒徑為5~35Mm的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠25~35 wt%、、燒失量1.1%的粉煤灰5~7 wt%、純度99.9%氧化鈣1.5~2 wt%、硫酸鈉0.5~1.0 wt%和微硅粉I~3 wt%的比例混合，以0.5~0.6(W/C)的水灰比在攪拌機(jī)中攪拌調(diào)漿40秒，取部分試樣倒入試模(一組二塊長、寬、高分別53mm*53mm*53mm)，在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24小時、48小時，脫模后在涼水中浸泡I小時進(jìn)行水泥漿性能試驗(yàn)，包括氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠耐靜水壓強(qiáng)度的測定、水泥漿密度測定、耐壓密度試驗(yàn)、沉降穩(wěn)定性、游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性，進(jìn)行抗壓性能測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:將粒徑I~50Mm氮化硅粉、粒徑I~45Mm氧化釤粉按80~90 wt%:10~20 wt%，將氮化硅粉、氧化釤按比例取樣混合攪拌均勻，在60~80MPa壓力機(jī)制成坯料，在1400~1650° C真空氣氛爐燒制12~18小時，獲得氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合材料的燒結(jié)體，將氧化衫氮化娃陶瓷復(fù)合材料的燒結(jié)體在球化機(jī)加工成10~35Mm微珠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氧化釤氮化硅陶瓷微珠液漿的重量百分比組成為:10~35ΜΠ1氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠70~80 wt%:水20~30 wt%0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氮化硅陶瓷微珠液漿中加入發(fā)泡劑為輕質(zhì)碳酸鈣、硫酸鉀或硫酸鈉中的一種，使用的濃度為I~3g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠液漿充分?jǐn)嚢柽^濾，采用高壓噴射高速離心旋轉(zhuǎn)噴霧法，形成微珠，在四區(qū)立式電爐上，脫水膨脹溫度800~850° C、烘干燒結(jié)溫度在1400~1600° C、表面熔融溫度1700~1800° C、成球溫度1400~1500° C，經(jīng)過分級得到5~35ΜΠ1氮化硅陶瓷閉孔空心微珠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合閉孔空心微珠漂浮率大于98%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:制備的水泥試塊8小時抗壓強(qiáng)度大于20MPa，24小時抗壓強(qiáng)度大于40MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:同一批次不同位置的取樣點(diǎn)氧化釤氮化硅陶瓷閉孔空心微珠的密度變化范圍在 ±0.01 g/cm3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:水泥試塊加壓后的密度變化率小于0.02。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化釤氮化硅陶瓷復(fù)合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:水泥試塊的降失水量小于50ml/30min。
【文檔編號】C04B28/00GK103922656SQ201410142230
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】郭志東 申請人:山東理工大學(xué)