氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法
【專利摘要】本發(fā)明提供氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，包括氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠制備、配料、混合、攪拌調(diào)漿、試模、強度試驗，其特征在于：將G級油井水泥40～50wt%、13μm超細水泥10～15wt%、粒徑為5～50μm的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠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）的水灰比在攪拌機中攪拌調(diào)漿40秒，倒入試模，在恒溫52°C的水浴養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24小時、48小時，脫模后在涼水中浸泡1小時，進行性能測試。
【專利說明】氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊的方法，屬于材料【技術領域】。
【背景技術】
[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、質輕、閉孔空心、耐磨、耐高溫、導熱系數(shù)小、強度高，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。
[0003]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，粘土質物質熔融成微液滴，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，燃燒和裂解反應產(chǎn)生的氮氣、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。
[0004]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%，燒失量為0.40%~0.574%,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，抗壓強度低。 [0005]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，粉煤灰中的不含漂珠，造成了供應緊張，只有中小火電廠以及小鍋爐未采用脫硫技術供應少量的漂珠，漂珠的緊缺造成價格上漲，并且漂珠不純摻入了粉煤灰，影響固井質量，漂珠價格每噸至少I萬元，且最大抗壓強度20Mpa，所以采用復合陶瓷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)濟效益大，市場前景好。
[0006]油田固井領域中，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(無機礦物材料和有機合成材料組成)密度必須在0.5g/cm3~0.85 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I g/cm3，才能配置出密度1.0g/cm3~1.5 g/cm3之間水泥漿，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度)。
[0007]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。
[0008]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)。
[0009]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，需要采用新技術、新工藝、新材料來滿足深層高壓高溫油井的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有漂珠技術現(xiàn)狀，利用氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠替代粉煤灰的漂珠，提供一種成本低，性能優(yōu)良，使密度變化率小于0.02，滿足固井低密度水泥漿的要求，采用的陶瓷復合材料制備閉孔空心微珠，經(jīng)過高溫燒結，抗壓、抗折強度等性能指標超過粉煤灰的漂珠，陶瓷閉孔空心微珠密度范圍在0.5 g/cm3~0.8g/cm3可控，進而制備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。
[0011]其技術方案為。
[0012]包括氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠制備、配料、混合、攪拌調(diào)漿、試模、強度試驗，將G級油井水泥40~50 wt%、13Mm超細水泥10~15 wt%、粒徑為5~50Mm的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠閉孔空心微珠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%和微娃粉I~3 wt%的比例混合，以0.5~0.6 (W/C)的水灰比在攪拌機中攪拌調(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)護箱中養(yǎng)護24小時、48小時，脫模后在涼水中浸泡I小 時進行水泥漿性能試驗，包括氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠耐靜水壓強度的測定、水泥漿密度測定、耐壓密度試驗、沉降穩(wěn)定性、游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標，進行抗壓性能測試。
[0013]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，將粒徑I~40Mm氮化硼粉、粒徑5~50Mm鈦粉、粒徑I~30Mm莫來石粉按重量比:50~80 wt%:10~50 wt%:10~30 wt%，先將氮化硼粉、鈦粉和莫來石粉混合攪拌均勻后，壓成坯料，在80~150° C真空干燥8~12小時，在30~150 MPa氮氣爐保溫燒制小時，獲得陶瓷復合材料的燒結體，將陶瓷復合材料的燒結體在球化機加工成10~35Mm微珠。
[0014]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠液漿的重量百分比組成為:10~35ΜΠ1氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠70~80 wt%:水 20 ~30 wt%0
[0015]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠液漿中加入發(fā)泡劑為輕質碳酸鈣、硫酸鉀或硫酸鈉中的一種，使用的濃度為I~3g/L。
[0016]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠液漿充分攪拌過濾，采用高壓噴射高速離心旋轉噴霧法，形成微珠，在四區(qū)電爐上脫水膨脹溫度800~850° C、烘干燒結溫度在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5~50Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠。[0017]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠漂浮率大于98%。
[0018]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，制備的水泥試塊8小時抗壓強度大于20MPa，24小時抗壓強度大于30MPa。
[0019]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，同一批次不同位置的取樣點氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠的密度范圍在±0.01 g/cm3。
[0020]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，水泥試塊的降失水量小于50ml/30min。
[0021]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，水泥試塊密度變化率小于0.02。
[0022]所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠耐靜水壓強度80~150 MPa。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點。
[0024]1、可以改變長期固井中對粉煤灰中漂珠的依賴，陶瓷材料在高溫燒結時發(fā)生化學反應，生成物具有抗壓強度高，抗折性好，經(jīng)過高溫燒結活性高，粒徑大小可控，陶瓷復合材料能滿足固井要求。
[0025]2、陶瓷材料配比、燒結溫度可以控制，該工藝先進，技術成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)量高，性能好。
[0026]3、氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠的密度可控制在0.5 g/cm3~0.85g/cm3,加入13ΜΠ1超細水泥可增加水泥石試塊的早期強度，根據(jù)堆積理論加入微硅粉填充顆粒間的空隙，增加二氧化硅含量，G級油井水泥、超細水泥、陶瓷微珠經(jīng)過1000° C以上高溫燒結具有較高活性，水化反應快，可形成膠狀物，可提高早期強度，陶瓷微珠性能優(yōu)于粉煤灰漂珠，在軍工航天領域已廣泛應用。
[0027]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噴霧法，噴霧片孔徑?jīng)Q定著顆粒大小，液體充分霧化后進入爐體，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，再經(jīng)燒結、熔融、最后成球，為了提高產(chǎn)量防止結壁采用熱循環(huán)抽氣系統(tǒng)，風機采用變頻調(diào)速風機。
[0028]5、采用純度99.9%氧化鈣，與水反應生成氫氧化鈣，放出大量熱量，提高水泥試塊早期強度。
[0029]【具體實施方式】。
[0030]實施例1。
[0031](I)氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑I~15ΜΠ1氮化硼粉、粒徑5~20Mm鈦粉、粒徑I~IOMm莫來石粉按重量比:80 wt%:5 wt%:15 wt%混合攪拌均勻后，壓成坯料，在120° C真空干燥12小時，在30MPa氮氣爐保溫燒制，獲得氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合材料的燒結體，將氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合材料的燒結體在球化機加工成10~15Mm微珠,②配液:10~15Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠75wt%:水25wt%，在液漿中加入輕質硫酸鉀發(fā)泡劑，濃度為lg/L④過濾:將大顆粒和雜質去除；⑤燒制:采用高壓噴射高速離心旋轉噴霧法，形成微球，在立式四區(qū)電爐上脫水膨脹溫度800° C、烘干燒結溫度在1400° C、表面熔融1700° C、成球溫度1400° C，經(jīng)過風力清選分級得到5~15Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠。
[0032](2)取5~15Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠粒50g，放入盛有水的燒杯中，用玻璃棒攪拌I分鐘，靜置5分鐘，觀察氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠粒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。
[0033](3)取5~15ΜΠ1氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠粒100g，放入靜水壓力儀中，水由水壓泵經(jīng)毛細壓力管進入壓力腔，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，試驗結束，取出壓力腔，將氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合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度。
[0034](4)用激光粒度分析儀分析5~15ΜΠ1氮化硼碳氮化鈦陶瓷復閉孔空心微珠粒徑分布，將風力清選分級得到氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠稱取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。
[0035](5)低密度油井固井水泥試塊配料:將G級油井水泥40 wt%、13Mffl超細水泥15wt%、粒徑為5~15Mm的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠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%。
[0036](6)混合:取G級油井水泥40 wt%、13Mm超細水泥15 wt%、粒徑為5~15Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠35 wt%、燒失量L 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%放入攪拌機中混合均勻。
[0037](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。
[0038](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。
[0039](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
[0040]( 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。
[0041 ] (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加壓(20 MPa、30MPa、45MPa、60MPa、75MPa、100MPa、120MPa、150MPa)，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，說明陶瓷復合微珠壁厚不均勻，破碎率高，加壓后密度增大，達不到設計標準，密度變化率即偏離設計密度的程度。
[0042](12)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標GB/T 177的規(guī)定在壓力機上進行抗壓強度和抗折強度試驗。
[0043](13)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護箱中養(yǎng)護48小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標GB/T 177的規(guī)定在壓力機上進行抗壓強度和抗折強度試驗。
[0044]實施例2。
[0045](I)氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑20~30Mm氮化硼粉、粒徑25~30Mm鈦粉和粒徑11~20Mm莫來石粉按重量比:75 wt%:10 wt%:15?七％混合攪拌均勻后，壓成坯料，在140° C真空干燥11小時，在35MPa氮氣爐保溫燒制，獲得氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合材料的燒結體，將氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合材料的燒結體在球化機加工成20~25ΜΠ1微珠②配液:20~25Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠78 wt%:水22 wt%，在液漿中加入輕質硫酸鉀發(fā)泡劑，濃度為1.5g/L④過濾:將大顆粒和雜質去除；⑤燒制:采用高壓噴射高速離心旋轉噴霧法，形成微球，在四區(qū)電爐上經(jīng)過脫水膨脹溫度820° C、烘干燒結溫度在1500° C、表面熔融溫度1750° C、成球溫度1450° C，經(jīng)過風力清選分級得到20~30Mffl氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠。
[0046](2)取20~30Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠50g，放入盛有水的燒杯中，用玻璃棒攪拌I分鐘，靜置5分鐘，觀察氮化硼碳氮化鈦陶瓷復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。
[0047](3)取20~30Mffl的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠100g，放入靜水壓力儀中，水由水壓泵經(jīng)毛細壓力管進入壓力腔，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，試驗結束，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度。
[0048](4)用激光粒度分析儀分析20~30μπι氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠粒徑分布:將風力清選分級得到氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠稱取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。
[0049](5)低密度油井固井水泥試塊配料:取G級油井水泥45 wt%、13Mm超細水泥15wt%、粒徑為20~30Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠30 wt%、燒失量1.1%的粉煤灰6 wt%、純度99.9%氧化|丐2 wt%、硫酸鈉lwt%和微娃I wt%。
[0050](6)混合: 取G級油井水泥45 wt%、13Mm超細水泥15 wt%、粒徑為20~30Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠30 wt%、燒失量L 1%的粉煤灰6 wt%、純度99.9%氧化鈣2 wt%、硫酸鈉lwt%和微娃I wt%放入攪拌機中混合均勻。
[0051](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。
[0052](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。
[0053](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
[0054]( 10)觀察記錄游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標。
[0055](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加壓(20 MPa、30MPa、45MPa、60MPa、75MPa、100MPa、120MPa、150MPa)，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，說明陶瓷復合微珠壁厚不均勻，破碎率高，加壓后密度增大，達不到設計標準，密度變化率即偏離設計密度的程度。
[0056](12)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標GB/T 177的規(guī)定在壓力機上進行抗壓強度和抗折強度試驗。
[0057](13)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護箱中養(yǎng)護48小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標GB/T 177的規(guī)定在壓力機上進行抗壓強度和抗折強度試驗。
[0058]實施例3。
[0059](I)氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑35~45ΜΠ1氮化硼粉、粒徑35~50Mm鈦粉和粒徑21~30Mm莫來石粉按重量比:78 wt%:10 wt%:12wt%混合攪拌均勻后，壓成坯料，在150° C真空干燥10.5小時，在40MPa氮氣爐保溫燒制，獲得陶瓷復合材料的燒結體，將氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合材料的燒結體在球化機加工成30~35Mm微珠，②配液:30~35Mm陶瓷復合微珠80 wt%:水20 wt%,在液漿中加入輕質硫酸鉀發(fā)泡劑，濃度為2g/L④過濾:將大顆粒和雜質去除；⑤燒制:采用高壓噴射高速離心旋轉噴霧法，形成微球，在四區(qū)電爐上經(jīng)過脫水膨脹850° C、烘干燒結溫度在1600° C、表面熔融溫度1800° C、成球溫度1500° C，經(jīng)過風力清選分級得到35~50Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠。
[0060](2)取35~50Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠50g，放入盛有水的燒杯中，用玻璃棒攪拌I分鐘，靜置5分鐘，觀察氮化硼碳氮化鈦陶瓷復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。
[0061](3)取35~50Mffl氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠100g，放入靜水壓力儀中，水由水壓泵經(jīng)毛細壓力管進入壓力腔，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，試驗結束，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度。
[0062](4)用激光粒度分析儀分析35~50μπι氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠粒徑分布，將風力清選分級得 到氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠稱去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。
[0063](5)低密度油井固井水泥試塊配料:將取G級油井水泥45 wt%、13Mm超細水泥12wt%、粒徑為35~50Mm的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠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%。
[0064](6)混合:取G級油井水泥45 wt%、13Mm超細水泥12 wt%、粒徑為35~50Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠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%放入攪拌機中混合均勻。
[0065](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。
[0066](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。
[0067](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
[0068]( 10)觀察記錄游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標。
[0069](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加壓(20 MPa、30MPa、45MPa、60MPa、75MPa、100MPa、120MPa、150MPa)，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，說明陶瓷復合微珠壁厚不均勻，破碎率高，加壓后密度增大，達不到設計標準，密度變化率即偏離設計密度的程度。
[0070](12)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標GB/T 177的規(guī)定在壓力機上進行抗壓強度和抗折強度試驗。
[0071](13)在恒溫52° C的水浴養(yǎng)護箱中養(yǎng)護48小時,脫模后在涼水中浸泡I小時，按國標GB/T 177的規(guī)定在壓力機上進行抗壓強度和抗折強度試驗。
[0072]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，超細水泥勝利油田特種水泥廠。
【權利要求】
1.氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，包括氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠制備、配料、混合、攪拌調(diào)漿、試模、強度試驗，其特征在于:將G級油井水泥40~50 wt%、13Mm超細水泥10~15 wt%、粒徑為5~50Mm的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠閉孔空心微珠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1~3 wt%的比例混合，以0.5~0.6(W/C)的水灰比在攪拌機中攪拌調(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)護箱中養(yǎng)護24小時、48小時，脫模后在涼水中浸泡I小時進行水泥漿性能試驗，包括氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠耐靜水壓強度的測定、水泥漿密度測定、耐壓密度試驗、沉降穩(wěn)定性、游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標，進行抗壓性能測試。
2.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:將粒徑I~40Mm氮化硼粉、粒徑5~50Mm鈦粉、粒徑I~30Mm莫來石粉按重量比50~80 wt%:10~50 wt%:10~30 wt%，先將氮化硼粉、鈦粉和莫來石粉混合攪拌均勻后，壓成坯料，在80~150° C真空干燥8~12小時，在30~150 MPa氮氣爐保溫燒制小時，獲得陶瓷復合材料的燒結體，將陶瓷復合材料的燒結體在球化機加工成10~35Mm微珠。
3.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠液漿的重量百分比組成為:10~35ΜΠ1氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠70~80 wt%:水20~30 wt%。
4.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠液漿中加入發(fā)泡劑為輕質碳酸鈣、硫酸鉀或硫酸鈉中的一種，使用的濃度為I~3g/L。
5.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠液漿充分攪拌過濾，采用高壓噴射高速離心旋轉噴霧法，形成微珠，在四區(qū)電爐上脫水膨脹溫度800~850° C、烘干燒結溫度在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5~50Mm氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠。
6.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠漂浮率大于98%。
7.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:制備的水泥試塊8小時抗壓強度大于20MPa，24小時抗壓強度大于30MPa。
8.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:同一批次不同位置的取樣點氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠的密度范圍在 ±0.01 g/cm3。
9.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:水泥試塊的降失水量小于50ml/30min。
10.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:水泥試塊密度變化率小于0.02。
11.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合微珠制備油井固井水泥試塊方法，其特征在于:氮化硼碳氮化鈦陶瓷復合閉孔空心微珠耐靜水壓強度80~150 MPa。
【文檔編號】C04B28/00GK103803891SQ201410088749
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權日:2014年3月11日
【發(fā)明者】郭志東 申請人:山東理工大學