一种空心玻璃微珠及其应用 |
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| 申请号 | CN201610940318.7 | 申请日 | 2016-10-25 | 公开(公告)号 | CN106517804A | 公开(公告)日 | 2017-03-22 |
| 申请人 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司; 陕西固德石油工程有限公司; | 发明人 | 饶辰威; 毕庆丰; 李峰; 王大权; 窦虎清; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种空心玻璃微珠和含有空心玻璃微珠的 水 泥浆体系，空心玻璃微珠由以下 质量 份数的组分组成：微珠75～85份， 粉 煤 灰 5～15份，微 硅 粉5～15份。含有空心玻璃微珠的 水泥 浆体系，由以下质量份数的组分组成：水泥100份，空心玻璃微珠9～29份，降失水剂1.5～2.5份，早强稳定剂2.1～2.9份，水65份。选用空心玻璃微珠作为水泥浆体系的减轻剂，空心玻璃微珠是刚性球体，受热不 变形 ，由该减轻剂配制的固井超低 密度 水泥浆具有良好的流动度和粘稠性，且配制的水泥浆体的密度达到了0.90～1.45g/cm3，该水泥浆适用于低压漏失 地层 的油气井固井，固井质量良好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种空心玻璃微珠，其特征在于，由以下质量份数的组分组成：微珠75～85份，粉煤灰5～15份，微硅粉5～15份。 |
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| 说明书全文 | 一种空心玻璃微珠及其应用技术领域[0001] 本发明属于油气井固井技术领域，具体涉及一种空心玻璃微珠及其应用。 背景技术[0003] 采用一次上返工艺固井时，由于低密度水泥浆密度不相适应，易发生失返性漏失，导致水泥返高不够，固井质量不能满足。为了达到油田开采工程的返高要求，目前油田上应用的低密度水泥浆体系主要有粉煤灰体系、轻珠体系、微硅体系、膨胀珍珠岩等体系，这些水泥浆体系的密度在1.35～1.65g/cm3之间，一系列低密度水泥浆体系进行平衡压力固井，难以满足地层承压能力特低区块的固井要求和固井质量要求，受此制约，承压能力低的区块为了确保水泥返高，采用正注反挤工艺，又易造成部分井段空段，低密度段固井质量较差。 [0004] 以上固井方式均存在水泥浆漏失低返问题，针对该问题，国内外研发了不同种类的低密度水泥浆体系，常用的低密度水泥浆体系是采用粉煤灰空心漂珠作为减轻剂，但由于这些原料的货源日趋紧缺，并且抗压强度不高，造成目前固井低密度水泥浆的性能不稳定，固井质量不好，易造成固井漏失，水泥浆体收缩严重等问题，已不能满足低压易漏地层的固井要求。因此，对一些低压易漏深井、地层压力系数接近1的特殊地层，需使用综合性能优良的超低密度水泥浆，实现液压密封。 发明内容[0005] 本发明的目的是解决现有的用于低密度水泥浆体系的减轻剂抗压强度低，以及利用该减轻剂制备的水泥浆体系密度高，无法满足低压易漏地层的固井要求的问题。 [0006] 为此，本发明提供了一种空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠75～85份，粉煤灰5～15份，微硅粉5～15份。 [0007] 一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成：水泥，100份 空心玻璃微珠，9～29份 降失水剂，1.5～2.5份 早强稳定剂，2.1～2.9份 水，65份。 [0008] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成：水泥100份，空心玻璃微珠19份，降失水剂2份，早强稳定剂2.5份，水65份。 [0009] 所述的降失水剂是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸盐、乙烯磺酸盐和丙烯磺酸盐中的一种。 [0011] 所述的水泥是G级油井水泥。 [0012] 一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于10～20s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3800～4200r/min转速下搅拌10～15s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4300～4800r/min转速下继续搅拌34～36s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为0.90～1.45g/cm3。 [0013] 所述分步加入法具体的步骤是：在加入空心玻璃微珠时，首先量取配比量的1/2的空心玻璃微珠加入浆杯，然后再取剩余量的1/2加入浆杯，以此方式逐步将空心玻璃微珠加入浆杯，直至空心玻璃微珠被全部加入浆杯。 [0014] 一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的应用，所述含有空心玻璃微珠的水泥浆体系应用于低压易漏地层的油气井固井。 [0015] 本发明的有益效果：本发明提供的这种空心玻璃微珠和含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，选用空心玻璃微珠作为水泥浆体系的减轻剂，空心玻璃微珠是刚性球体，受热不变形，由该减轻剂配制的固井超低密度水泥浆具有良好的流动度和粘稠性，且配制的水泥浆3 体的密度达到了0.90～1.45g/cm ，该水泥浆适用于低压漏失地层的油气井固井，固井质量良好。 具体实施方式[0016] 本发明提供了一种空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠75～85份，粉煤灰5～15份，微硅粉5～15份。 [0017] 一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成：水泥，100份 空心玻璃微珠，9～29份 降失水剂，1.5～2.5份 早强稳定剂，2.1～2.9份 水，65份。 [0018] 一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于10～20s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3800～4200r/min转速下搅拌10～15s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4300～4800r/min转速下继续搅拌34～36s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为0.90～1.45g/cm3。 [0019] 空心玻璃微珠的制备方法：空心玻璃微珠的制备方法通常用粉末法制备，是在玻璃的形成过程中有部分的分解气体溶解在玻璃中，当再次加热升温时，溶解的气体由于溶解度的降低而溢出，利用这一重沸现象制得了空心玻璃微珠。具体步骤是先将发泡剂（NaSO4）加到基体原料中，将基体原料制备成粉末状，然后将加有发泡剂的玻璃粉末通过高温区（一般在1100-1500℃），玻璃粉末软化或融化，随着其中的发泡剂不断发泡，气体受热膨胀，玻璃熔体由于表面张力的作用而形成球状颗粒，得到的球体在冷却之后球壁硬化内部压强减小，从而得到玻璃微珠。 [0020] 其中需要说明的是，空心玻璃微珠的成分中，微珠的粒径在0.5～10μm之间，粉煤灰的粒径范围为0.5 300μm，微硅粉的粒径在0.1 0.3μm。~ ~ [0021] 把空心玻璃微珠放到最后添加，采用低速度、低剪切力的搅拌设备分散，因为微珠球形流动性好，之间摩擦力也不大，所以分散很容易，短时间内就可以潮湿完全，稍延长搅拌时间达到均匀分散即可。 [0022] 需要说明的是，所述分步加入法具体的步骤是：在加入空心玻璃微珠时，首先量取配比量的1/2的空心玻璃微珠加入浆杯，然后再取剩余量的1/2加入浆杯，以此方式逐步将空心玻璃微珠加入浆杯，直至空心玻璃微珠被全部加入浆杯。空心玻璃微珠化学惰性，无毒，但因其极轻，所以添加时需要特别注意。建议采取分步加入法，也就是每次加入量为剩余微珠的1/2，逐步加入，这样能很好的避免微珠漂浮到空气中和使分散更完全。 [0023] 根据本发明提供的玻璃微珠的组份，通过试验检测得到以下数据：空心玻璃微珠是一种中空的圆球粉末状超轻质无机非金属材料，由上表可知，其真密度在0.15～0.70g/cm3，粒径在2～130μm，壁厚为1～2μm，抗压强度在3～125MPa之间，具有重量轻、体积大、导热系数低、抗压强度高、流动性好等特点。空心玻璃微珠是油漆涂料、橡胶、改性塑料、玻璃钢、人造石、原子灰等行业的产品填充剂和减轻剂；油气田开采行业利用其高抗压低密度的性能可生产高强度低密度水泥浆和低密度钻井液。本发明提供的玻璃微珠与配套的降失水剂、早强稳定剂等添加剂，形成低密高强水泥浆体系，该体系能够用于30℃ 120℃的温度，具有45℃、24h抗压强度达到8.2MPa以上、上下密度差小于0.03 g/cm3、外~ 加剂配伍性好、稠化时间可调等特点。 [0024] 实施例1：本实施例提供了一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成： 水泥100份，空心玻璃微珠9份，降失水剂1.5份，早强稳定剂2.1份，水65份。其中，空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠75份，粉煤灰5份，微硅粉5份。降失水剂选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，早强稳定剂选用硝酸钠，水泥是G级油井水泥。 [0025] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于10s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3800r/min转速下搅拌10s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4300r/min转速下继续搅拌34s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为0.90g/cm3。 [0026] 实施例2：本实施例提供了一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成： 水泥100份，空心玻璃微珠12份，降失水剂1.6份，早强稳定剂2.3份，水65份。其中，空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠77份，粉煤灰6份，微硅粉7份。降失水剂选用苯乙烯磺酸盐，早强稳定剂选用亚硝酸钙，水泥是G级油井水泥。 [0027] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于11s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3900r/min转速下搅拌11s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4300r/min转速下继续搅拌35s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为0.93g/cm3。 [0028] 实施例3：本实施例提供了一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成： 水泥100份，空心玻璃微珠15份，降失水剂1.7份，早强稳定剂2.4份，水65份。其中，空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠78份，粉煤灰8份，微硅粉9份。降失水剂选用乙烯磺酸盐，早强稳定剂选用硫酸钠，水泥是G级油井水泥。 [0029] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于12s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4000r/min转速下搅拌12s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4400r/min转速下继续搅拌34s，即得含有空心3 玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为0.95g/cm。 [0030] 实施例4：本实施例提供了一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成： 水泥100份，空心玻璃微珠18份，降失水剂1.9份，早强稳定剂2.6份，水65份。其中，空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠80份，粉煤灰10份，微硅粉10份。降失水剂选用丙烯磺酸盐，早强稳定剂选用碳酸钠，水泥是G级油井水泥。 [0031] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于13s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4100r/min转速下搅拌13s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4500r/min转速下继续搅拌36s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.03g/cm3。 [0032] 实施例5：本实施例提供了一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成： 水泥100份，空心玻璃微珠23份，降失水剂2.2份，早强稳定剂2.7份，水65份。其中，空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠81份，粉煤灰12份，微硅粉12份。降失水剂选用苯乙烯磺酸盐，早强稳定剂选用碳酸钠，水泥是G级油井水泥。 [0033] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于15s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4200r/min转速下搅拌13s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4600r/min转速下继续搅拌35s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.24g/cm3。 [0034] 实施例6：本实施例提供了一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成： 水泥100份，空心玻璃微珠25份，降失水剂2.4份，早强稳定剂2.7份，水65份。其中，空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠82份，粉煤灰13份，微硅粉13份。降失水剂选用 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，早强稳定剂选用亚硝酸钙，水泥是G级油井水泥。 [0035] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于16s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4200r/min转速下搅拌15s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4600r/min转速下继续搅拌35s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.32g/cm3。 [0036] 实施例7：本实施例提供了一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成： 水泥100份，空心玻璃微珠27份，降失水剂2.5份，早强稳定剂2.9份，水65份。其中，空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠84份，粉煤灰14份，微硅粉15份。降失水剂选用乙烯磺酸盐，早强稳定剂选用硝酸钠，水泥是G级油井水泥。 [0037] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于14s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4100r/min转速下搅拌13s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4700r/min转速下继续搅拌36s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.37g/cm3。 [0038] 实施例8：本实施例提供了一种含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，由以下质量份数的组分组成： 水泥100份，空心玻璃微珠29份，降失水剂1.5份，早强稳定剂2.1份，水65份。其中，空心玻璃微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠85份，粉煤灰15份，微硅粉8份。降失水剂选用丙烯磺酸盐，早强稳定剂选用硫酸钠，水泥是G级油井水泥。 [0039] 含有空心玻璃微珠的水泥浆体系的制备方法，按照配比，于14s内将水泥、降失水剂和早强稳定剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3900r/min转速下搅拌15s，最后采取分步加入法加入空心玻璃微珠，在4800r/min转速下继续搅拌34s，即得含有空心玻璃微珠的水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.45g/cm3。 [0040] 实施例9：本实施例针对上述实施例1～8进行了水泥浆的抗压强度检测（45℃，24h）和水泥浆密度检测，检测数据见下表： 编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8抗压强度（Mpa） 8.2 8.32 8.4 8.45 8.52 8.57 8.60 8.63 水泥浆密度（g/cm3） 0.9 0.93 0.95 1.03 1.24 1.32 1.37 1.45 由上表可知，利用本发明提供的空心玻璃微珠制备的水泥浆的抗压强度达到了8.2Mpa以上，水泥浆的密度最低可达到0.9g/cm3，根据上表数据得知，利用本发明提供的空心玻璃微珠可以制得超低密度的水泥浆，且制得的水泥浆的抗压强度高，性能较为稳定，进行固井试验的固井质量良好，减少了固井漏失的问题；且由该玻璃微珠作为减轻剂配制的固井超低密度水泥浆体具有良好的流动度22cm、粘稠性，失水量为32ml，与水泥混合后制成的水泥浆密度为0.90 1.45g/cm3，固井质量优于粉煤灰空心漂珠。 ~ [0041] 以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。 |
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