氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，包括氧化鋯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40～50wt%、13μm超細水泥10～15wt%、粒徑為5～50μm的氧化鋯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】氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度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(zhì)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，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，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。
[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，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(zhì)量，漂珠價格每噸飆升到I萬元，且最大抗壓強度20Mpa，所以采用陶瓷復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)濟效益大，市場前景好。
[0004]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之間低密度水泥漿，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)。
[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(0.5~0.7W/C)，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，但密度大于2.0 g/cm3，要想配制密度為1.0~1.5 g/cm3之間的水泥漿是不可能達到的。
[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。
[0009]鑒于國內(nèi)固井材料的現(xiàn)狀，采用陶瓷復合材料新技術、新工藝，制備空心閉孔陶瓷微珠，密度可控制在0.5g/cm3~0.85 g/cm3之間，能夠滿足配制低密度水泥漿要求，水泥漿密度在1.0 g/cm3~1.5 g/cm3之間，減輕深層油井底部的壓力防止漏井。

【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，利用氧化鋯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，耐高溫、抗高壓，使密度變化率小于0.01，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(jié)，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]包括氧化鋯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的氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠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，包括氧化鋯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]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，將粒徑I~50Mm氧化錯粉、粒徑5~60Mm氧化鋪粉、粒徑I~45Mm氧化乾粉、粒徑5~60Mm氧化招粉和I~45Mm氧化鈦粉按重量比:60~75 wt%:3~10 wt%:I~5 wt%:10~20 wt%:I~3 wt%，先將氧化鋯粉、氧化鈰粉、氧化釔粉、氧化鋁粉和氧化鈦粉混合攪拌均勻后，再加入混合粉重量0.5~2 wt%的粘結(jié)劑，壓成坯料，在600~800° C燒制8~12小時，在1500~1650° C燒制5~8小時，獲得氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體，將氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體在球化機加工成10~35Mm微珠。
[0014]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，氧化鋯陶瓷復合微珠液漿的重量百分比組成為:10~35Mm氧化鋯陶瓷復合微珠70~80 wt%:水20~30 wt%0
[0015]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，氧化鋯陶瓷復合微珠液漿中加入發(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/L0
[0016]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，氧化鋯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(zhuǎn)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(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5~50Mm氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠。
[0017]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠漂浮率大于98%。
[0018]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，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60MPa。
[0019]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，同一批次不同位置的取樣點的氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠的密度變化范圍在±0.01 g/cm3。
[0020]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，水泥試塊的降失水量小于50ml/30min。
[0021]所述的氧化鋯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 0.01。
[0022]所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠耐靜水 壓強度600~1000 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(jié)時發(fā)生化學反應，生成物具有抗壓強度高抗折性好，耐高溫的功能陶瓷材料，經(jīng)過高溫燒結(jié)活性高，粒徑大小可控,陶瓷復合材料能滿足8000~10000米高溫油井的固井要求。
[0025]2、陶瓷復合材料配比、燒結(jié)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、氧化鋯陶瓷復合微珠的密度可控制在0.5 g/cm3~0.85g/cm3,氧化鋯和氧化鈰防止高溫材料強度退化，氧化鋁提高材料的強度和硬度，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，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(jié)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(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(jié)、熔融、最后成球，為了提高產(chǎn)量防止結(jié)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)氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑I~15ΜΠ1氧化鋯粉、粒徑5~20Mm氧化鋪粉、粒徑I~IOMm氧化乾粉、粒徑5~20Mm氧化招粉和I~15Mm氧化鈦粉按重量比65wt%:7 wt%:5 wt%:20 wt%:3 wt%混合攪拌均勻后，再加入混合粉重量I ?〖％的粘結(jié)劑，壓成坯料，700° C燒制12小時，在1500° C燒制8小時，獲得氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體，將氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體在球化機加工成10~15Mm微珠，②配液:10~15Mm氧化鋯陶瓷復合微珠78wt%:水22 wt%,在液漿中加入輕質(zhì)硫酸鉀發(fā)泡劑，濃度為lg/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800° 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)過風力清選分級得到5~15ΜΠ1氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠。
[0032](2)取5~15Mm氧化鋯陶瓷復合閉孔空心陶瓷微珠粒50g，放入盛有水的燒杯中，用玻璃棒攪拌I分鐘，靜置5分鐘，觀察氧化鋯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。
[0033](3)取5~15Mm氧化鋯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(jié)束，取出壓力腔，將氧化鋯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氧化鋯陶瓷復合孔空心微珠粒徑分布，將風力清選分級得到氧化鋯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。
[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的氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠35 wt%、燒失量L 1%的粉煤灰5wt%、純度99.9%氧化鈣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氧化鋯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、100 MPa,200 MPa,300 MPa,400 MPa、500 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0.01，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，水泥試塊的密度等于水泥試塊的質(zhì)量與體積之比。[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
(I)氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑20~35Mm氧化鋯粉、粒徑25~40Mm氧化鈰粉、粒徑15~30Mm氧化釔粉、粒徑25~40Mm氧化鋁粉和20~30Mm氧化鈦粉按重量比72wt%:7 wt%:3 wt%:16 wt%:2 wt%混合攪拌均勻后，再加入混合粉重量1.5 ?丨％的粘結(jié)劑，壓成坯料，750° C燒制11小時，在1600° C燒制7小時，獲得氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體，將氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體在球化機加工成20~25Mm微珠
②配液:20~25Mm氧化鋯陶瓷復合微珠75 wt%:水25 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)過風力清選分級得到20~30Mm氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠。
[0045](2)取20~30Mm氧化鋯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，觀察氧化鋯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。
[0046](3)取20~30Mm的氧化鋯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(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度。
[0047](4)用激光粒度分析儀分析20~30Mffl氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠粒徑分布:將風力清選分級得到氧化鋯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。
[0048](5)低密度油井固井水泥試塊配料:取G級油井水泥45 wt%、13Mffl超細水泥15wt%、粒徑為20~30μπι氧化鋯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%0
[0049](6)混合:取G級油井水泥45 wt%、13Mm超細水泥15 wt%、粒徑為20~30Mm氧化鋯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。
[0050](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。
[0051](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。
[0052](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[0053](10)觀察記錄游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標。
[0054](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、100 MPa,200 MPa,300 MPa,400 MPa、500 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0.01，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，水泥試塊的密度等于水泥試塊的質(zhì)量與體積之比。
[0055](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。
[0056](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。
[0057]實施例3。
[0058](I)氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠的制備①配料燒制:將粒徑40~50Mm氧化鋯粉、粒徑45~60Mm氧化鈰粉、粒徑35~45Mm氧化釔粉、粒徑45~60Mm氧化鋁粉和35~45Mm氧化鈦粉按重量比75wt%:5 wt%:4 wt%:15 wt%: I wt%混合攪拌均勻后，再加入混合粉重量2被％的粘結(jié)劑，壓成坯料，800° C燒制10小時，在1650° C燒制6小時，獲得氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體，將氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)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(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1500° C，經(jīng)過風力清選分級得到35~50Mm氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠。
[0059](2)取35~50Mm氧化鋯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，觀察氧化鋯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。
[0060](3)取35~50Mm氧化鋯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(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度。
[0061](4)用激光粒度分析儀分析35~50Mffl氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠粒徑分布，將風力清選分級得到氧化鋯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。
[0062](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的氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠33 wt%、燒失量L 1%的粉煤灰7wt%、純度99.9%氧化鈣1.5 wt%、硫酸鈉0.5wt%和微娃I wt%。
[0063](6)混合:取G級油井水泥45 wt%、13Mm超細水泥12 wt%、粒徑為35~50Mm氧化鋯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1.5wt%、硫酸鈉0.5wt%和微娃I wt%放入攪拌機中混合均勻。[0064](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。
[0065](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。
[0066](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。
[0067]( 10)觀察記錄游離液析出量、降失水量、稠化時間、流動性指標。
[0068](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、100 MPa,200 MPa,300 MPa,400 MPa、500 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0.01，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，水泥試塊的密度等于水泥試塊的質(zhì)量與體積之比。
[0069](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。
[0070](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。
[0071]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超細水泥勝利油田特種水泥廠。
【權利要求】
1.氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，包括氧化鋯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%、粒徑13Mm超細水泥10~15 wt%、粒徑為5~50Mm的氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠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%的比例混合攪拌，以0.5~0.6 (W/C)的水灰比在攪拌機中攪拌調(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，包括氧化鋯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所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:將粒徑I~50Mm氧化錯粉、粒徑5~60Mm氧化鋪粉、粒徑I~45Mm氧化宇乙粉、粒徑5~60Mm氧化鋁粉和I~45Mm氧化鈦粉按重量比60~75 wt%:3~10 wt%:I~5 wt%:10~20 wt%:1~3 wt%，先將氧化鋯粉、氧化鈰粉、氧化釔粉、氧化鋁粉和氧化鈦粉混合攪拌均勻后，再加入混合粉重量0.5~2 wt%的粘結(jié)劑，壓成坯料，在600~800° C燒制8~12小時，在1500~1650° C燒制5~8小時，獲得氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體，將氧化鋯陶瓷復合材料的燒結(jié)體在球化機加工成10~35Mm微珠。
3.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氧化鋯陶瓷復合微珠液漿的重量百分比組成為:10~35ΜΠ1氧化鋯陶瓷復合微珠 70 ~80 wt%:水 20 ~30 wt%0
4.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氧化鋯陶瓷復合微珠液漿中加入發(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)權利要求1所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氧化鋯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(zhuǎn)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(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5~50Mm氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠。
6.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氧化鋯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所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:制備的水泥試塊8小時抗壓強度大于20MPa，24小時抗壓強度大于60MPa。
8.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度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氧化鋯陶瓷復合閉孔空心微珠的密度變化范圍在±0.01 g/cm3。
9.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度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。
10.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋯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0.01。
11.根據(jù)權利要求1所述的氧化鋯陶瓷復合微珠制備低密度油井固井水泥試塊的方法，其特征在于:氧化 鋯陶瓷復合閉孔空心微珠耐靜水壓強度600~1000 MPa。
【文檔編號】C04B28/00GK103803892SQ201410088750
【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