一種固井水泥漿減輕劑硼硅酸鹽類空心玻璃微珠的改性裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固井水泥漿減輕劑一一硼硅酸鹽類空心玻璃微珠的改性處理裝 置及方法，旨在對國內(nèi)外生產(chǎn)商所提供的硼硅酸鹽空心玻璃微珠產(chǎn)品作改性處理，使該產(chǎn) 品更好適應(yīng)油田固井工程的性能要求。
【背景技術(shù)】
[0002] 硼硅酸鹽類空心玻璃微珠具優(yōu)異的抗壓強度，是固井水泥漿減輕劑的重要品種之 一。海洋深水井表層段的破裂壓力低、對固井水泥石的強度要求高，過去常用的、從粉煤粉 中提取的漂珠很難滿足要求，高強度硼硅酸鹽空心玻璃微珠成為海上固井作業(yè)水泥漿減輕 劑的優(yōu)先選項。
[0003] 硼硅酸鹽類空心玻璃微珠，主體原料由硅酸鹽、硼酸鹽、硅氧化物、硼氧化物組成， 各原料按一定比例混合后，經(jīng)造粒、烘干、燒結(jié)而成。目前，各生產(chǎn)商提供的該類產(chǎn)品在固井 水泥漿中應(yīng)用時，存在三方面不足：
[0004] 一是，所配水泥漿體系的稠化時間波動很大，表現(xiàn)在：不同生產(chǎn)批號的微珠，所配 水泥漿體系的稠化時間差別長達100分鐘以上；同一生產(chǎn)批號的微珠，因儲存時間不同，所 配水泥漿體系的稠化時間差別達200分鐘以上。這一不足，導(dǎo)致現(xiàn)場按室內(nèi)配方所配的水 泥漿的稠化時間與工程設(shè)計的稠化時間難以保持一致，使固井作業(yè)時水泥漿配方調(diào)整的工 作任務(wù)加重，作業(yè)的安全風險增加。
[0005] 與設(shè)計時間比，現(xiàn)場所配水泥漿稠化時間過短，可能出現(xiàn)，固井作業(yè)程序未結(jié)束時 水泥漿提前固化、將作業(yè)工具固化在井筒內(nèi)，導(dǎo)致整井報廢或需采取特殊作業(yè)手段才能恢 復(fù)井身結(jié)構(gòu)。與設(shè)計時間比，現(xiàn)場所配水泥漿的稠化時間過長，會導(dǎo)致水泥漿對地層中的高 壓油、氣、水不能及時封固或封固效果下降，出現(xiàn)氣竄、水竄現(xiàn)象，引發(fā)安全事故。
[0006] 從減輕劑一一硼硅酸鹽空心玻璃微珠的采購、到室內(nèi)水泥漿配方的建立、到將水 泥漿所有的配料運送到作業(yè)現(xiàn)場，每次固井作業(yè)對各個階段的時間控制不可能做到一致； 固井作業(yè)現(xiàn)場也不可能保障采用一個生產(chǎn)批次的硼硅酸鹽空心玻璃微珠產(chǎn)品；如果不對硼 硅酸鹽空心玻璃微珠進行改性處理，引發(fā)固井安全事故的概率必然會增加。
[0007] 二是，與廣泛應(yīng)用的、應(yīng)用成本較低的PVA(聚乙烯醇）類降失水劑不配伍，嚴重時 導(dǎo)致PVA類降失水劑效果喪失。PVA類降失水劑是中低溫條件下固井時常用的處理劑，所配 水泥漿在低剪切速率下具良好的流變性、優(yōu)異的懸浮穩(wěn)定性，應(yīng)用成本比其他合成聚合物 低，是固井作業(yè)公司必備的降失水劑產(chǎn)品。
[0008] 三是，儲存一段時間后，產(chǎn)品在包裝袋內(nèi)出現(xiàn)整體結(jié)塊，現(xiàn)場工具、措施無法將結(jié) 塊的微珠分散成單顆粒狀，玻璃微珠與水泥漿的其他配料無法有效混配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明針對現(xiàn)有硼硅酸鹽類空心玻璃微珠產(chǎn)品在水泥漿固井應(yīng)用中存在的技術(shù) 問題，提出一種用于該類產(chǎn)品的改性裝置及方法。
[0010] 發(fā)明人用顯微鏡、掃描電鏡等設(shè)備對硼硅酸鹽空心玻璃微珠產(chǎn)品進行觀察和研 宄，發(fā)現(xiàn)微珠表面存在未玻璃化的硅化合物、硼化合物等原料。發(fā)明人采用水清洗的方法， 將微珠進行清洗、再烘干處理，克服了該類產(chǎn)品存在的缺陷，使產(chǎn)品性能得到了提升、改進。
[0011] 為使上述方法實現(xiàn)工業(yè)化，發(fā)明人需通過選擇合適的技術(shù)和設(shè)備組合來克服如下 困難：
[0012] 1、克服低密度（其密度通常低于0. 6g/cm3)硼硅酸鹽空心玻璃微珠與水混合過程 的上浮結(jié)塊問題。
[0013] 2、克服硼硅酸鹽空心玻璃微珠（中值粒徑在50um左右，堆積密度僅0. 25g/cm3)水 混合物過濾過程易堵過濾篩網(wǎng)、易粘結(jié)篩網(wǎng)、結(jié)塊的問題。
[0014] 3、克服硼硅酸鹽空心玻璃微珠在烘干過程中粘結(jié)成團、產(chǎn)品不能分散成單顆粒的 問題。
[0015] 為了解決以上技術(shù)難題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0016] 一種固井水泥漿減輕劑硼硅酸鹽類空心玻璃微珠的改性裝置：包括帶攪拌機的反 應(yīng)釜、真空帶式過濾機、螺旋輸送機、脈沖氣流烘干機、旋風分離器、袋式除塵器、引風機、間 接燃燒熱風爐；帶攪拌機的反應(yīng)釜的下料口與放料閥門連接，放料閥出口接至真空帶式過 濾機入料口；帶式真空過濾機出料口與螺旋輸送機的進料口連接；螺旋輸送機出口與脈沖 氣流烘干機的文丘里輸送器進料口連接；脈沖氣流干燥機的文丘里輸送器進風口與間接燃 燒熱風爐的出風口連接；脈沖氣流烘干機的出口與旋風分離器進口連接；旋風分離器出風 口與袋式除塵器進口連接；袋式除塵器的出風口與引風機連接，引風機將氣體排入大氣中。
[0017] 所述旋風分離器采用二級旋風分離器串聯(lián)連接；所述真空帶式過濾機的濾布過濾 精度1~l〇um。
[0018] 利用本發(fā)明的裝置，固井水泥漿減輕劑硼硅酸鹽類空心玻璃微珠的改性方法是： 將硼硅酸鹽空心玻璃微珠加入反應(yīng)釜中，開啟攪拌機，邊攪拌、邊加入自來水，攪拌20~ 60min;開啟真空過濾機，將水與微珠的混合物流放到帶式真空過濾機濾帶上進行真空過濾 分離；開啟間接燃燒熱風爐、引風機、脈沖氣流烘干機，將熱風溫度調(diào)整到250~320°C，將 過濾后的玻璃微珠輸送到烘干機中進行干燥；收集旋風分離器、除塵器中干燥后的玻璃微 珠，進行包裝，得到改性硼硅酸鹽空心玻璃微珠產(chǎn)品。
[0019] 為實現(xiàn)既將微珠表面未玻璃化的物質(zhì)洗干凈、不影響水泥漿稠化時間、保障與PVA類降失水劑配伍、儲存不結(jié)塊，同時又能節(jié)約用水、保持水微珠混合物的合適流動性，清洗 用水量優(yōu)選為玻璃微珠重量的2~4倍。。
[0020] 為檢驗改性處理微珠儲存后是否結(jié)塊，發(fā)明人對儲存60天的改性處理微珠進行 取樣，將微珠樣加入100目標準篩中進行過篩，用過篩率來表征其分散、不結(jié)塊效果。
【附圖說明】
[0021] 圖1:硼硅酸鹽空心玻璃微珠改性裝置流程圖；
[0022] 其中：1.帶攪拌機的反應(yīng)II;2、放料閥門；3、真空帶式過濾機（濾布過濾精度1~ 10um) ;4、間接燃氣熱風爐；5、螺旋輸送機；6、脈沖氣流烘干機；7、第一級旋風分離器；8、第 二級旋風分離器；9、袋式除塵器；10、引風機。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的詳細說明：
[0024] 裝置連接如圖1所示：
[0025]帶攪拌機的反應(yīng)釜（1)的下料口與放料閥門（2)連接；放料閥（2)出口接短管線 至真空帶式過濾機（3)入料口，打開放料閥可以將微珠水混合物流放到過濾帶上；真空帶 式過濾機（3)出料口與螺旋輸送機（5)的進料口連接；螺旋輸送機出口與脈沖氣流烘干機 (6)的文丘里輸送器進料口連接；脈沖氣流烘干機（6)的文丘里輸送器進風口與間接燃燒 熱風爐（4)的出風口連接，文丘里輸送器依靠熱風氣流將過濾后的濕微珠輸吹送到脈沖氣 流烘干機的脈沖烘干管道內(nèi)干燥；脈沖氣流烘干機的出口與第一級旋風分離器（7)進口連 接，將烘干的微珠進行第一級的級氣、珠分離；第一級旋風分離器的出風口與第二級旋風分 離器（8)進口連接，將氣體與微珠進行第二級分離；第二級旋風分離器出風口與袋式除塵 器（9)進口連接，將氣體與微珠進行第三級分離；袋式除塵器的出風口與引風機（10)進口 連接，引發(fā)機（10)將尾氣排入大氣環(huán)境。
[0026] 帶式真空過濾機，不受濾料體積限制，不會對濾料進行擠壓、損壞，勞動強度低，對 堆積密度僅為〇.25g/cm3左右的硼硅酸鹽空心玻璃微珠而言具很好的適應(yīng)性，可保證微珠 的連續(xù)過濾、卸料；其濾帶為橡塑材料，表面疏水性強，親水性的濕微珠不會粘結(jié)在濾帶上， 便于卸料；其濾帶過濾精度可達到小于l〇um的水平，濾孔尺寸小于大部份微珠尺寸（硼硅 酸鹽空心微珠中只有3%左右的微珠直徑小于10um)，濾帶不易堵塞。
[0027] 脈沖氣流烘干機的文丘里輸送器，利用輸送過程的風壓、風速變化，可以將濕的微 珠進行第一次分散；脈沖氣流烘干機的烘干管道進行多次直徑改變、造成管道內(nèi)氣壓、氣流 的反復(fù)變化，微珠在不斷的氣壓與氣流速度變化中可進一步分散成單顆粒，從而避免了微 珠烘干過程的結(jié)塊、破損，規(guī)避了微珠因結(jié)塊、需作進一步分散處理的難題。
[0028]間接燃燒熱風爐的應(yīng)用，保證微珠烘干過程不受煙氣污染，保持產(chǎn)品外觀、顏色不 發(fā)生改變。
[0029] 改性處理操作程序：將硼硅酸鹽空