專利名稱：一種膨脹珍珠巖及其制備方法和作為改性微珠在生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦物組合物及其生產(chǎn)方法和應(yīng)用，特別是一種膨脹珍珠巖及其制備方法和作為改性微珠在生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著我國石油工業(yè)勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，低壓井區(qū)及新探區(qū)復(fù)雜井的數(shù)量不斷增加，在低壓易漏、長裸眼、長封固段、多壓力層系的建井作業(yè)過程中極易發(fā)生“井漏”事故，而解決“井漏”最有效的技術(shù)措施是使用具有一定強(qiáng)度和較低密度的水泥漿進(jìn)行層間封固，有利于提高低壓區(qū)塊的固井質(zhì)量，提高油井采收率和油井壽命。目前，生產(chǎn)配制低密度油井水泥主要有兩種方案一種是加入粘性固態(tài)無機(jī)物和有機(jī)物的高吸水材料和輕質(zhì)充填物，如膨潤土、硅藻土、核桃殼、焦炭、硬瀝青、水玻璃、微硅等，它只能使水泥漿的密度降低至1.44g/cm3的水平，在實(shí)際使用中效果較差；另一種是加入細(xì)小耐壓呈中空狀的漂珠，它能使水泥漿的密度降低至1.10g/cm3的水平，所謂漂珠是一種顆粒微細(xì)輕質(zhì)壁薄呈中空密閉態(tài)的玻璃質(zhì)減輕材料。配制水泥漿時(shí)不吸水，只有少量的水濕潤漂珠表面，使水泥漿具有良好的流動性能，可配制出高性能的低密度水泥漿，它已在各大油田固井作業(yè)中得到廣泛使用。漂珠主要來源于以煤為燃料的老式火力發(fā)電廠鍋爐濕排的粉煤灰中，它僅占粉煤灰中的0.5％左右，可見，漂珠資源十分寶貴難求。近年來隨著老式火電廠逐漸淘汰，而新型火電廠使用干排技術(shù)，幾乎不能形成漂珠，使漂珠資源越來越緊缺，常出現(xiàn)有價(jià)無市的現(xiàn)象。為盡快緩解漂珠資源緊缺的局面，嘗試采用資源豐富的膨脹珍珠巖作為改性微珠替代漂珠生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥的研究試驗(yàn)已成為緊迫的課題。
我們知道，膨脹珍珠巖是以珍珠巖礦為原料經(jīng)高溫焙燒瞬時(shí)急劇膨脹制成的一種輕質(zhì)、絕熱材料，常與水泥配制成管套、板和異型制品件，使用于建筑、冶金、電力、化工等行業(yè)。即使是目前采用“膨脹—玻化”技術(shù)處理的“球形閉孔膨脹珍珠巖”新產(chǎn)品，它的閉孔率也僅為95％，球形率僅達(dá)80％，吸水率僅能降至38％，容重為150～250kg/m3，壁厚僅為球粒直徑的5％～30％，它僅能作為輕質(zhì)、絕熱、隔音材料使用，從顆粒物理結(jié)構(gòu)來看，它存在著壁體較薄易碎、吸水率大和密度穩(wěn)定性能差等技術(shù)性缺陷，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足在高溫高壓惡劣條件下對油氣井進(jìn)行固井作業(yè)的技術(shù)要求，迄今為止，未見有將膨脹珍珠巖作為改性微珠替代漂珠用于生產(chǎn)配制高強(qiáng)低密度水泥漿應(yīng)用于油氣井圍井作業(yè)的文獻(xiàn)報(bào)道。因此，研制開發(fā)一種技術(shù)性能接近或達(dá)到漂珠、并能替代漂珠的改性微珠，滿足石油化工行業(yè)對高強(qiáng)低密度油井水泥的巨大需求，這已成為石油化工和水泥行業(yè)迫在眉睫急需解決的重大課題，這也正是本發(fā)明所要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有膨脹珍珠巖生產(chǎn)技術(shù)和油井水泥工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種能夠替代漂珠作為改性微珠用于生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥的膨脹珍珠巖礦物組合物及其制備方法，它是采用獨(dú)創(chuàng)的“低溫膨脹、高溫?；钡墓に嚰夹g(shù)，從增加壁厚和提高細(xì)度兩方面來防止破碎、增強(qiáng)承壓能力和降低吸水率，使所配制成的高強(qiáng)低密度水泥漿的密度穩(wěn)定達(dá)到1.20g/cm3的水平，水泥漿漿體流動性能好，已基本接近于用漂珠配制相同低密度水泥漿的技術(shù)性能，將最終解決漂珠資源緊缺的嚴(yán)峻問題。
所說的作為改性微珠能夠替代漂珠的膨脹珍珠巖，它是以珍珠巖礦為原料經(jīng)過低溫膨脹高溫?；瞥芍饕琒iO2、Al2O3的礦物組合物，其特征在于它呈中空球粒狀，粒度為100～120目，閉孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚為球粒直徑的35～42％，體積容重為350～450kg/m3。
生產(chǎn)這種膨脹珍珠巖的制備方法是依次按以下步驟進(jìn)行
(1)備取原料將珍珠巖礦進(jìn)行粉碎、過篩制成珍珠巖粉料，控制粒度為200～300目；(2)加熱制粉將備取原料步驟中制得的珍珠巖粉料送入加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱，控制加熱爐內(nèi)溫度為200～300℃、加熱時(shí)間1～2小時(shí)，制得含水量≤1％的珍珠巖干粉；(3)低溫膨脹將加熱制粉步驟中制得的珍珠巖干粉送入膨化爐內(nèi)進(jìn)行急速焙燒6～12秒，控制膨化爐內(nèi)焙燒溫度為500～650℃，制得中空的珍珠巖膨脹料；(4)高溫玻化將低溫膨脹步驟中制得的珍珠巖膨脹料送入?；癄t內(nèi)進(jìn)行高溫?；?0～18秒，控制?；癄t內(nèi)溫度為1350～1450℃，制得表面光滑閉孔中空球粒狀的膨脹珍珠巖；(5)降溫出爐待自然冷卻降溫后，取出爐料送入旋振篩進(jìn)行篩選、裝袋，即制得合格的膨脹珍珠巖成品。
所制得的膨脹珍珠巖成品呈厚壁中空球粒狀，主要技術(shù)指標(biāo)為粒度100～120目，閉孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚為球粒直徑的35～42％，體積容重350～450kg/m3的膨脹珍珠巖成品。
采用按上述方法制得的膨脹珍珠巖作為改性微珠在生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥中的應(yīng)用，其特征在于它按如下重量配比稱取物料油井水泥 100份膨脹珍珠巖 10～100份減輕材料 20～100份穩(wěn)定劑 1～35份增強(qiáng)劑 1～15份分散劑 0.2～10份上述所述的油井水泥是指按照常規(guī)工藝技術(shù)所生產(chǎn)的油井水泥成品。
上述所說的減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑是指采用可在市場上購買的、由四川嘉華化工公司生產(chǎn)的牌號分別為JH-JQJ型的減輕材料、JH-WG型的穩(wěn)定劑、JH-ZQ型的增強(qiáng)劑和JH-SPF型的分散劑。
將按上述重量配比計(jì)量稱取的油井水泥、膨脹珍珠巖、減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑送入混料機(jī)內(nèi)混合均勻，并按照常規(guī)工藝技術(shù)進(jìn)行計(jì)量、打包、入庫，即制成合格的高強(qiáng)低密度油井水泥成品。
采用上述膨脹珍珠巖配制成低密度水泥漿在油氣井中的應(yīng)用，其特征在于按如下重量配比稱取物料油井水泥 100份膨脹珍珠巖10～100份減輕材料 20～100份穩(wěn)定劑1～35份增強(qiáng)劑1～15份分散劑0.2～10份上述所述的油井水泥是指按照常規(guī)工藝技術(shù)所生產(chǎn)的油井水泥成品。
上述所說的減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑是指采用可在市場上購買的、由四川嘉華化工公司生產(chǎn)的牌號分別為JH-JQJ型的減輕材料、JH-WG型的穩(wěn)定劑、JH-ZQ型的增強(qiáng)劑和JH-SPF型的分散劑。
分別計(jì)量稱取油井水泥、膨脹珍珠巖、減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑送入攪拌機(jī)內(nèi)，再按上述分別計(jì)量稱取的物料重量總和的50～80％的重量配比加入水，進(jìn)行攪拌混合均勻，即配制成低密度水泥漿，所配制的低密度水泥漿應(yīng)用于油氣井用作高性能固井材料。
在配制上述低密度水泥漿時(shí)，按重量配比加入的水為蒸餾水或現(xiàn)場水。
采用上述高強(qiáng)低密度油井水泥配制成低密度水泥漿在油氣井中的應(yīng)用，其特征在于按如下重量配比稱取物料高強(qiáng)低密度油井水泥100份水50～80份；將計(jì)量稱取的高強(qiáng)低密度油井水泥送入攪拌機(jī)內(nèi)，按重量配比加入水，進(jìn)行攪拌混合均勻，即配制成低密度水泥漿，所配制成的低密度水泥漿漿料用作于油氣井的高性能固井材料。
在配制上述低密度水泥漿時(shí)，按重量配比加入的水為蒸餾水或現(xiàn)場水。
通過實(shí)驗(yàn)檢測和實(shí)際生產(chǎn)使用表明按上述方法配制成的低密度水泥漿漿料是一種密度可穩(wěn)定達(dá)到1.20g/cm3質(zhì)量水平的高性能的固井材料，它在使用中具有一定的承壓強(qiáng)度和良好的流動性能，這種具有低密度性能的水泥漿特別適用于油井氣田進(jìn)行層間封固堵漏作業(yè)，對提高低壓區(qū)塊的固井質(zhì)量，提高油井采收率和延長油井工作壽命都具有明顯效果。本發(fā)明突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步在于按本發(fā)明提出的“低溫膨脹、高溫?；钡墓に嚰夹g(shù)制得的膨脹珍珠巖成品的主要技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到粒度100～120目，閉孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚為球粒直徑的35％～42％，體積容重350～450kg/m3的質(zhì)量水平，它完全能夠替代漂珠用于生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥，所配制的低密度水泥漿的密度可穩(wěn)定達(dá)到1.20g/cm3的理想水平，在油氣井高溫高壓惡劣環(huán)境下進(jìn)行固井作業(yè)時(shí)，作為改性微珠的球形閉孔厚壁中空的膨脹珍珠巖不易破碎、承壓能力強(qiáng)，漿體流動性能好，本發(fā)明具有工藝簡捷、操作方便、生產(chǎn)成本低和產(chǎn)品使用性能穩(wěn)定等顯著優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種膨脹珍珠巖的制備方法，它依次按以下步驟進(jìn)行(1)備取原料將珍珠巖礦進(jìn)行粉碎過篩制成珍珠巖粉料，控制粒度為200目；(2)加熱制粉將備取原料步驟中制得的珍珠巖粉料送入加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱，控制加熱爐內(nèi)溫度為220℃、加熱時(shí)間2小時(shí)，制得含水量≤1％的珍珠巖干粉；(3)低溫膨脹將加熱制粉步驟中制得的珍珠巖干粉送入膨化爐內(nèi)進(jìn)行急速焙燒8秒，控制膨化爐內(nèi)焙燒溫度為500℃，制得厚壁中空的珍珠巖膨脹料；(4)高溫玻化將低溫膨脹步驟中制得的珍珠巖膨脹料送入?；癄t內(nèi)進(jìn)行高溫玻化11秒，控制?；癄t內(nèi)溫度為1380℃，制得表面光滑閉孔厚壁中空球粒狀的膨脹珍珠巖；
(5)降溫出爐待自然冷卻降溫后，取出爐料送入旋振篩進(jìn)行篩選、裝袋，即制得合格的膨脹珍珠巖成品。
所制得的膨脹珍珠巖成品是主要成份含SiO2、Al2O3的膨脹珍珠巖礦物組合物，它是呈厚壁中空球粒狀，主要技術(shù)指標(biāo)為粒度100～120目，閉孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚為球粒直徑的35～42％，體積容重350～450kg/m3。
實(shí)施例二一種膨脹珍珠巖的制備方法，它依次按以下步驟進(jìn)行(1)備取原料將珍珠巖礦進(jìn)行粉碎、過篩制成珍珠巖粉料，控制粒度為300目；(2)加熱制粉將備取原料步驟中制得的珍珠巖粉料送入加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱，控制加熱爐內(nèi)溫度為280℃、加熱時(shí)間1小時(shí)，制得含水量≤1％的珍珠巖干粉；(3)低溫膨脹將加熱制粉步驟中制得的珍珠巖干粉送入膨化爐內(nèi)進(jìn)行急速焙燒12秒，控制膨化爐內(nèi)焙燒溫度為620℃，制得厚壁中空的珍珠巖膨脹料；(4)高溫玻化將低溫膨脹步驟中制得的珍珠巖膨脹料送入?；癄t內(nèi)進(jìn)行高溫玻化18秒，控制?；癄t內(nèi)溫度為1450℃，制得表面光滑閉孔厚壁中空球粒狀的膨脹珍珠巖；(5)降溫出爐待自然冷卻降溫后，取出爐料送入旋振篩進(jìn)行篩選、裝袋，即制得合格的膨脹珍珠巖成品。
所制得的膨脹珍珠巖成品是主要成份含SiO2、Al2O3的膨脹珍珠巖礦物組合物，它是呈厚壁中空球粒狀，主要技術(shù)指標(biāo)為粒度100～120目，閉孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚為球粒直徑的35～42％，體積容重350～450kg/m3。
實(shí)施例三應(yīng)用上述膨脹珍珠巖作為改性微珠生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥，它按如下重量配比稱取物料油井水泥 100份膨脹珍珠巖86份減輕材料71份穩(wěn)定劑 29份增強(qiáng)劑 8.6份分散劑 2.3份上述所述的油井水泥是指按照常規(guī)工藝技術(shù)所生產(chǎn)的油井水泥成品。
上述所說的減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑、分散劑是指采用可在市場上購買的、由四川嘉華化工公司生產(chǎn)的牌號分別為JH-JQJ型的減輕材料、JH-WG型的穩(wěn)定劑、JH-ZQ型的增強(qiáng)劑和JH-SPF型的分散劑。
將按上述重量配比計(jì)量稱取的油井水泥、膨脹珍珠巖、減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑送入混料機(jī)內(nèi)混合均勻，并按照常規(guī)工藝技術(shù)進(jìn)行計(jì)量、打包、入庫，即制成合格的高強(qiáng)低密度油井水泥成品。
實(shí)施例四應(yīng)用上述膨脹珍珠巖作為改性微珠生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥，它按如下重量配比稱取物料油井水泥 100份膨脹珍珠巖68份減輕材料 76份穩(wěn)定劑27份增強(qiáng)劑8.6份分散劑2.7份上述所述的油井水泥是指按照常規(guī)工藝技術(shù)所生產(chǎn)的油井水泥成品。
上述所說的減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑、分散劑是指采用可在市場上購買的、由四川嘉華化工公司生產(chǎn)的牌號分別為JH-JQJ型的減輕材料、JH-WG型的穩(wěn)定劑、JH-ZQ型的增強(qiáng)劑和JH-SPF型的分散劑。
將按上述重量配比計(jì)量稱取的油井水泥、膨脹珍珠巖、減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑送入混料機(jī)內(nèi)混合均勻，并按照常規(guī)工藝技術(shù)進(jìn)行計(jì)量、打包、入庫，即制成合格的高強(qiáng)低密度油井水泥成品。
實(shí)施例五采用上述膨脹珍珠巖配制成低密度水泥漿在油氣井中的應(yīng)用，它按如下重量配比稱取物料油井水泥 100份膨脹珍珠巖68份減輕材料 76份穩(wěn)定劑27份增強(qiáng)劑8.6份分散劑2.7份水198份上述所述的油井水泥是指按照常規(guī)工藝技術(shù)所生產(chǎn)的油井水泥成品。
上述所說的減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑、分散劑是指采用可在市場上購買的、由四川嘉華化工公司生產(chǎn)的牌號分別為JH-JQJ型的減輕材料、JH-WG型的穩(wěn)定劑、JH-ZQ型的增強(qiáng)劑和JH-SPF型的分散劑。
先將按上述重量配比計(jì)量稱取的油井水泥、膨脹珍珠巖、減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑送入攪拌機(jī)內(nèi)，再按重量配比加入水進(jìn)行攪拌混合均勻，即配制成低密度水泥漿，所配制的低密度水泥漿應(yīng)用于油氣井用作高性能固井材料。
實(shí)施例六采用上述高強(qiáng)低密度油井水泥配制成低密度水泥漿在油氣井中的應(yīng)用，按如下重量配比稱取物料高強(qiáng)低密度油井水泥100份現(xiàn)場水70份將計(jì)量稱取的高強(qiáng)低密度油井水泥送入攪拌機(jī)內(nèi)，按重量配比加入現(xiàn)場水，所說的現(xiàn)場水是指作業(yè)區(qū)就地施工用水，進(jìn)行攪拌混合均勻，即配制成低密度水泥漿。所配制成的低密度水泥漿漿料用作于油氣井的固井材料時(shí)，使用效果優(yōu)良。
經(jīng)檢測低密度水泥漿使用性能指標(biāo)如下表

實(shí)施例七采用上述高強(qiáng)低密度油井水泥配制成低密度水泥漿在油氣井中的應(yīng)用，按如下重量配比稱取物料高強(qiáng)低密度油井水泥 100份蒸餾水 63份將計(jì)量稱取的高強(qiáng)低密度油井水泥送入攪拌機(jī)內(nèi)，按重量配比加入水，進(jìn)行攪拌混合均勻，即配制成低密度水泥漿。所配制成的低密度水泥漿漿料用作于油氣井的固井材料，綜合評定使用效果優(yōu)良。
經(jīng)檢測低密度水泥漿漿料使用性能指標(biāo)如下表

權(quán)利要求
1.一種膨脹珍珠巖，它是以珍珠巖礦為原料經(jīng)過低溫膨脹高溫?；瞥芍饕琒iO2、Al2O3的礦物組合物，其特征在于它呈中空球粒狀，粒度為100～120目，閉孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚為球粒直徑的35～42％，體積容重為350～450kg/m3。
2.一種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的膨脹珍珠巖的制備方法，它按以下步驟進(jìn)行(1)備取原料將珍珠巖礦進(jìn)行粉碎、過篩制成珍珠巖粉料，控制粒度為200～300目，其特征在于(2)加熱制粉將備取原料步驟中制得的珍珠巖粉料送入加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱，控制加熱爐內(nèi)溫度為200～300℃、加熱時(shí)間1～2小時(shí)，制得含水量≤1％的珍珠巖干粉；(3)低溫膨脹將加熱制粉步驟中制得的珍珠巖干粉送入膨化爐內(nèi)進(jìn)行急速焙燒6～12秒，控制膨化爐內(nèi)焙燒溫度為500～650℃，制得中空的珍珠巖膨脹料；(4)高溫?；瘜⒌蜏嘏蛎洸襟E中制得的珍珠巖膨脹料送入?；癄t內(nèi)進(jìn)行高溫玻化10～18秒，控制?；癄t內(nèi)溫度為1350～1450℃，制得表面光滑閉孔中空球粒狀的膨脹珍珠巖；(5)降溫出爐待自然冷卻降溫后，取出爐料送入旋振篩進(jìn)行篩選、裝袋，即制得合格的膨脹珍珠巖成品。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的膨脹珍珠巖作為改性微珠在生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥中的應(yīng)用，其特征在于它按如下重量配比稱取物料油井水泥100份膨脹珍珠巖 10～100份減輕材料20～100份穩(wěn)定劑 1～35份增強(qiáng)劑1～15份分散劑0.2～10份將按上述重量配比計(jì)量稱取的油井水泥、膨脹珍珠巖、減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑送入混料機(jī)內(nèi)混合均勻，并按照常規(guī)工藝技術(shù)進(jìn)行計(jì)量、打包、入庫，即制成合格的高強(qiáng)低密度油井水泥成品。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的膨脹珍珠巖配制成低密度水泥漿在油氣井中的應(yīng)用，其特征在于按如下重量配比稱取物料油井水泥 100份膨脹珍珠巖 10～100份減輕材料 20～100份穩(wěn)定劑 1～35份增強(qiáng)劑 1～15份分散劑 0.2～10份分別計(jì)量稱取油井水泥、膨脹珍珠巖、減輕材料、穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑和分散劑送入攪拌機(jī)內(nèi)，再按上述分別計(jì)量稱取的物料重量總和的50～80％的重量配比加入水，進(jìn)行攪拌混合均勻，即配制成低密度水泥漿，所配制的低密度水泥漿應(yīng)用于油氣井用作高性能固井材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所生產(chǎn)的高強(qiáng)低密度油井水泥配制成低密度水泥漿在油氣井中的應(yīng)用，其特征在于按如下重量配比稱取物料高強(qiáng)低密度油井水泥 100份水 50～80份將計(jì)量稱取的高強(qiáng)低密度油井水泥送入攪拌機(jī)內(nèi)，按重量配比加入水，進(jìn)行攪拌混合均勻，即配制成低密度水泥漿，所配制的低密度水泥漿應(yīng)用于油氣井用作高性能固井材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的配制低密度水泥漿，其特征在于所說的水為蒸餾水或現(xiàn)場水。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種膨脹珍珠巖及其制備方法和作為改性微珠在生產(chǎn)高強(qiáng)低密度油井水泥中的應(yīng)用，它采用“低溫膨脹、高溫?；惫に嚰夹g(shù)，依次按備取原料、加熱制粉、低溫膨脹、高溫玻化和降溫出爐的步驟進(jìn)行，制得的膨脹珍珠巖成品的主要技術(shù)指標(biāo)為粒度100～120目，閉孔率≥98％，吸水率≤30％，壁厚為球粒直徑的35％，體積容重350～450kg/m
文檔編號C04B28/00GK1970484SQ20061002246
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者鐘文, 陽運(yùn)霞, 周軍, 韓建國, 范有銀, 魏微林, 張平萍 申請人:四川嘉華企業(yè)(集團(tuán))股份有限公司