[发明专利]一种氮氧化硅陶瓷复合微珠制备油井固井水泥试块的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮氧化硅陶瓷复合微珠制备油井固井水泥试块的方法，属于材料技术领域。

背景技术

目前国内油井固井减轻剂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°C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，但漂珠的粒径大，抗压强度低。

 近几年，由于北方雾霾天气的影响，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，只有中小火电厂以及小锅炉未采用脱硫技术供应少量的漂珠，漂珠的紧缺造成价格上涨，并且漂珠不纯掺入了粉煤灰，影响固井质量，漂珠价格飙升，每吨突破1万元，最大抗压强度20Mpa，鉴于上述状况，采用复合陶瓷材料制作闭孔空心微珠替代粉煤灰的漂珠，性能优于漂珠，经济效益大，市场前景好。

油田固井领域中，油气层分布广，长封井越来越多，长封井主要使用是低密度水泥固井，长封井主要采用低密度水泥浆，要想使水泥浆的密度在1.0 g/cm³～1.5 g/cm³之间，非漂珠的减轻材料（无机矿物材料和有机合成材料组成）密度必须在0.5g/cm³～0.85 g/cm³之间，才能配制出低密度的水泥浆（G级油井水密的密度在3.1 g/cm³，减轻剂密度必须小于1 g/cm³，才能配置出密度1.0 g/cm³～1.5 g/cm³之间水泥浆，前提条件是减轻剂添加量不能超过总量的40%，否则会影响水泥试块的抗压强度）。

根据固井深度不同，通常把2000米以下的油井叫低温井，低温油井固井用高密度的水泥浆（油井内的温度在70～90°C之间，即水泥浆密度在1.8 g/cm³～1.9 g/cm³）；2000～4000米之间的叫中温井，中温油井固井用中密度的水泥浆（油井内的温度在90～150°C之间，即水泥浆密度在1.6 g/cm³～1.7 g/cm³）；而大于4000米的为高温井，高温油井固井用低密度的水泥浆（油井内的温度在150～240°C之间，即水泥浆密度在1.0 g/cm³～1.5 g/cm³）。

由于陆地低温油井油气资源在逐步减少，开采逐步由陆地低温油井向陆地深层和海洋深层开发，传统的固井材料漂珠不能满足深层高温油井的需要，需要采用新技术、新工艺、新材料来满足深层高压高温油井的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有粉煤灰漂珠技术现状，用陶瓷复合空心微珠替代粉煤灰的漂珠，提供一种成本低，性能优良，使水泥试块的密度变化率小于0.02，达到固井设计密度，氮氧化硅陶瓷复合材料制备闭孔空心微珠，经过高温烧结，使抗压、抗折强度等性能指标超过粉煤灰漂珠，生产不受其他条件影响，复合陶瓷闭孔空心微珠密度范围0.5 g/cm³～0.85g/cm³可控，进而配置1.0 g/cm³～1.5g/cm³油井固井低密度水泥试块的制备方法，满足4000～6000米深油井长封井固井材料要求。

其技术方案为。