专利名称：一种膨胀珍珠岩及其制备方法和作为改性微珠在生产高强低密度油井水泥中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种矿物组合物及其生产方法和应用，特别是一种膨胀珍珠岩及其制备方法和作为改性微珠在生产高强低密度油井水泥中的应用。
背景技术：
随着我国石油工业勘探开发技术的不断进步，低压井区及新探区复杂井的数量不断增加，在低压易漏、长裸眼、长封固段、多压力层系的建井作业过程中极易发生“井漏”事故，而解决“井漏”最有效的技术措施是使用具有一定强度和较低密度的水泥浆进行层间封固，有利于提高低压区块的固井质量，提高油井采收率和油井寿命。目前，生产配制低密度油井水泥主要有两种方案一种是加入粘性固态无机物和有机物的高吸水材料和轻质充填物，如膨润土、硅藻土、核桃壳、焦炭、硬沥青、水玻璃、微硅等，它只能使水泥浆的密度降低至1.44g/cm3的水平，在实际使用中效果较差；另一种是加入细小耐压呈中空状的漂珠，它能使水泥浆的密度降低至1.10g/cm3的水平，所谓漂珠是一种颗粒微细轻质壁薄呈中空密闭态的玻璃质减轻材料。配制水泥浆时不吸水，只有少量的水湿润漂珠表面，使水泥浆具有良好的流动性能，可配制出高性能的低密度水泥浆，它已在各大油田固井作业中得到广泛使用。漂珠主要来源于以煤为燃料的老式火力发电厂锅炉湿排的粉煤灰中，它仅占粉煤灰中的0.5％左右，可见，漂珠资源十分宝贵难求。近年来随着老式火电厂逐渐淘汰，而新型火电厂使用干排技术，几乎不能形成漂珠，使漂珠资源越来越紧缺，常出现有价无市的现象。为尽快缓解漂珠资源紧缺的局面，尝试采用资源丰富的膨胀珍珠岩作为改性微珠替代漂珠生产高强低密度油井水泥的研究试验已成为紧迫的课题。
我们知道，膨胀珍珠岩是以珍珠岩矿为原料经高温焙烧瞬时急剧膨胀制成的一种轻质、绝热材料，常与水泥配制成管套、板和异型制品件，使用于建筑、冶金、电力、化工等行业。即使是目前采用“膨胀—玻化”技术处理的“球形闭孔膨胀珍珠岩”新产品，它的闭孔率也仅为95％，球形率仅达80％，吸水率仅能降至38％，容重为150～250kg/m3，壁厚仅为球粒直径的5％～30％，它仅能作为轻质、绝热、隔音材料使用，从颗粒物理结构来看，它存在着壁体较薄易碎、吸水率大和密度稳定性能差等技术性缺陷，远远不能满足在高温高压恶劣条件下对油气井进行固井作业的技术要求，迄今为止，未见有将膨胀珍珠岩作为改性微珠替代漂珠用于生产配制高强低密度水泥浆应用于油气井围井作业的文献报道。因此，研制开发一种技术性能接近或达到漂珠、并能替代漂珠的改性微珠，满足石油化工行业对高强低密度油井水泥的巨大需求，这已成为石油化工和水泥行业迫在眉睫急需解决的重大课题，这也正是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是在现有膨胀珍珠岩生产技术和油井水泥工艺技术的基础上，提出一种能够替代漂珠作为改性微珠用于生产高强低密度油井水泥的膨胀珍珠岩矿物组合物及其制备方法，它是采用独创的“低温膨胀、高温玻化”的工艺技术，从增加壁厚和提高细度两方面来防止破碎、增强承压能力和降低吸水率，使所配制成的高强低密度水泥浆的密度稳定达到1.20g/cm3的水平，水泥浆浆体流动性能好，已基本接近于用漂珠配制相同低密度水泥浆的技术性能，将最终解决漂珠资源紧缺的严峻问题。
所说的作为改性微珠能够替代漂珠的膨胀珍珠岩，它是以珍珠岩矿为原料经过低温膨胀高温玻化制成主要含SiO2、Al2O3的矿物组合物，其特征在于它呈中空球粒状，粒度为100～120目，闭孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚为球粒直径的35～42％，体积容重为350～450kg/m3。
生产这种膨胀珍珠岩的制备方法是依次按以下步骤进行
(1)备取原料将珍珠岩矿进行粉碎、过筛制成珍珠岩粉料，控制粒度为200～300目；(2)加热制粉将备取原料步骤中制得的珍珠岩粉料送入加热炉内进行加热，控制加热炉内温度为200～300℃、加热时间1～2小时，制得含水量≤1％的珍珠岩干粉；(3)低温膨胀将加热制粉步骤中制得的珍珠岩干粉送入膨化炉内进行急速焙烧6～12秒，控制膨化炉内焙烧温度为500～650℃，制得中空的珍珠岩膨胀料；(4)高温玻化将低温膨胀步骤中制得的珍珠岩膨胀料送入玻化炉内进行高温玻化10～18秒，控制玻化炉内温度为1350～1450℃，制得表面光滑闭孔中空球粒状的膨胀珍珠岩；(5)降温出炉待自然冷却降温后，取出炉料送入旋振筛进行筛选、装袋，即制得合格的膨胀珍珠岩成品。
所制得的膨胀珍珠岩成品呈厚壁中空球粒状，主要技术指标为粒度100～120目，闭孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚为球粒直径的35～42％，体积容重350～450kg/m3的膨胀珍珠岩成品。
采用按上述方法制得的膨胀珍珠岩作为改性微珠在生产高强低密度油井水泥中的应用，其特征在于它按如下重量配比称取物料油井水泥 100份膨胀珍珠岩 10～100份减轻材料 20～100份稳定剂 1～35份增强剂 1～15份分散剂 0.2～10份上述所述的油井水泥是指按照常规工艺技术所生产的油井水泥成品。
上述所说的减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂是指采用可在市场上购买的、由四川嘉华化工公司生产的牌号分别为JH-JQJ型的减轻材料、JH-WG型的稳定剂、JH-ZQ型的增强剂和JH-SPF型的分散剂。
将按上述重量配比计量称取的油井水泥、膨胀珍珠岩、减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂送入混料机内混合均匀，并按照常规工艺技术进行计量、打包、入库，即制成合格的高强低密度油井水泥成品。
采用上述膨胀珍珠岩配制成低密度水泥浆在油气井中的应用，其特征在于按如下重量配比称取物料油井水泥 100份膨胀珍珠岩10～100份减轻材料 20～100份稳定剂1～35份增强剂1～15份分散剂0.2～10份上述所述的油井水泥是指按照常规工艺技术所生产的油井水泥成品。
上述所说的减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂是指采用可在市场上购买的、由四川嘉华化工公司生产的牌号分别为JH-JQJ型的减轻材料、JH-WG型的稳定剂、JH-ZQ型的增强剂和JH-SPF型的分散剂。
分别计量称取油井水泥、膨胀珍珠岩、减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂送入搅拌机内，再按上述分别计量称取的物料重量总和的50～80％的重量配比加入水，进行搅拌混合均匀，即配制成低密度水泥浆，所配制的低密度水泥浆应用于油气井用作高性能固井材料。
在配制上述低密度水泥浆时，按重量配比加入的水为蒸馏水或现场水。
采用上述高强低密度油井水泥配制成低密度水泥浆在油气井中的应用，其特征在于按如下重量配比称取物料高强低密度油井水泥100份水50～80份；将计量称取的高强低密度油井水泥送入搅拌机内，按重量配比加入水，进行搅拌混合均匀，即配制成低密度水泥浆，所配制成的低密度水泥浆浆料用作于油气井的高性能固井材料。
在配制上述低密度水泥浆时，按重量配比加入的水为蒸馏水或现场水。
通过实验检测和实际生产使用表明按上述方法配制成的低密度水泥浆浆料是一种密度可稳定达到1.20g/cm3质量水平的高性能的固井材料，它在使用中具有一定的承压强度和良好的流动性能，这种具有低密度性能的水泥浆特别适用于油井气田进行层间封固堵漏作业，对提高低压区块的固井质量，提高油井采收率和延长油井工作寿命都具有明显效果。本发明突出的实质性特点和显著进步在于按本发明提出的“低温膨胀、高温玻化”的工艺技术制得的膨胀珍珠岩成品的主要技术指标可达到粒度100～120目，闭孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚为球粒直径的35％～42％，体积容重350～450kg/m3的质量水平，它完全能够替代漂珠用于生产高强低密度油井水泥，所配制的低密度水泥浆的密度可稳定达到1.20g/cm3的理想水平，在油气井高温高压恶劣环境下进行固井作业时，作为改性微珠的球形闭孔厚壁中空的膨胀珍珠岩不易破碎、承压能力强，浆体流动性能好，本发明具有工艺简捷、操作方便、生产成本低和产品使用性能稳定等显著优点。
具体实施例方式实施例一一种膨胀珍珠岩的制备方法，它依次按以下步骤进行(1)备取原料将珍珠岩矿进行粉碎过筛制成珍珠岩粉料，控制粒度为200目；(2)加热制粉将备取原料步骤中制得的珍珠岩粉料送入加热炉内进行加热，控制加热炉内温度为220℃、加热时间2小时，制得含水量≤1％的珍珠岩干粉；(3)低温膨胀将加热制粉步骤中制得的珍珠岩干粉送入膨化炉内进行急速焙烧8秒，控制膨化炉内焙烧温度为500℃，制得厚壁中空的珍珠岩膨胀料；(4)高温玻化将低温膨胀步骤中制得的珍珠岩膨胀料送入玻化炉内进行高温玻化11秒，控制玻化炉内温度为1380℃，制得表面光滑闭孔厚壁中空球粒状的膨胀珍珠岩；
(5)降温出炉待自然冷却降温后，取出炉料送入旋振筛进行筛选、装袋，即制得合格的膨胀珍珠岩成品。
所制得的膨胀珍珠岩成品是主要成份含SiO2、Al2O3的膨胀珍珠岩矿物组合物，它是呈厚壁中空球粒状，主要技术指标为粒度100～120目，闭孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚为球粒直径的35～42％，体积容重350～450kg/m3。
实施例二一种膨胀珍珠岩的制备方法，它依次按以下步骤进行(1)备取原料将珍珠岩矿进行粉碎、过筛制成珍珠岩粉料，控制粒度为300目；(2)加热制粉将备取原料步骤中制得的珍珠岩粉料送入加热炉内进行加热，控制加热炉内温度为280℃、加热时间1小时，制得含水量≤1％的珍珠岩干粉；(3)低温膨胀将加热制粉步骤中制得的珍珠岩干粉送入膨化炉内进行急速焙烧12秒，控制膨化炉内焙烧温度为620℃，制得厚壁中空的珍珠岩膨胀料；(4)高温玻化将低温膨胀步骤中制得的珍珠岩膨胀料送入玻化炉内进行高温玻化18秒，控制玻化炉内温度为1450℃，制得表面光滑闭孔厚壁中空球粒状的膨胀珍珠岩；(5)降温出炉待自然冷却降温后，取出炉料送入旋振筛进行筛选、装袋，即制得合格的膨胀珍珠岩成品。
所制得的膨胀珍珠岩成品是主要成份含SiO2、Al2O3的膨胀珍珠岩矿物组合物，它是呈厚壁中空球粒状，主要技术指标为粒度100～120目，闭孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚为球粒直径的35～42％，体积容重350～450kg/m3。
实施例三应用上述膨胀珍珠岩作为改性微珠生产高强低密度油井水泥，它按如下重量配比称取物料油井水泥 100份膨胀珍珠岩86份减轻材料71份稳定剂 29份增强剂 8.6份分散剂 2.3份上述所述的油井水泥是指按照常规工艺技术所生产的油井水泥成品。
上述所说的减轻材料、稳定剂、增强剂、分散剂是指采用可在市场上购买的、由四川嘉华化工公司生产的牌号分别为JH-JQJ型的减轻材料、JH-WG型的稳定剂、JH-ZQ型的增强剂和JH-SPF型的分散剂。
将按上述重量配比计量称取的油井水泥、膨胀珍珠岩、减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂送入混料机内混合均匀，并按照常规工艺技术进行计量、打包、入库，即制成合格的高强低密度油井水泥成品。
实施例四应用上述膨胀珍珠岩作为改性微珠生产高强低密度油井水泥，它按如下重量配比称取物料油井水泥 100份膨胀珍珠岩68份减轻材料 76份稳定剂27份增强剂8.6份分散剂2.7份上述所述的油井水泥是指按照常规工艺技术所生产的油井水泥成品。
上述所说的减轻材料、稳定剂、增强剂、分散剂是指采用可在市场上购买的、由四川嘉华化工公司生产的牌号分别为JH-JQJ型的减轻材料、JH-WG型的稳定剂、JH-ZQ型的增强剂和JH-SPF型的分散剂。
将按上述重量配比计量称取的油井水泥、膨胀珍珠岩、减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂送入混料机内混合均匀，并按照常规工艺技术进行计量、打包、入库，即制成合格的高强低密度油井水泥成品。
实施例五采用上述膨胀珍珠岩配制成低密度水泥浆在油气井中的应用，它按如下重量配比称取物料油井水泥 100份膨胀珍珠岩68份减轻材料 76份稳定剂27份增强剂8.6份分散剂2.7份水198份上述所述的油井水泥是指按照常规工艺技术所生产的油井水泥成品。
上述所说的减轻材料、稳定剂、增强剂、分散剂是指采用可在市场上购买的、由四川嘉华化工公司生产的牌号分别为JH-JQJ型的减轻材料、JH-WG型的稳定剂、JH-ZQ型的增强剂和JH-SPF型的分散剂。
先将按上述重量配比计量称取的油井水泥、膨胀珍珠岩、减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂送入搅拌机内，再按重量配比加入水进行搅拌混合均匀，即配制成低密度水泥浆，所配制的低密度水泥浆应用于油气井用作高性能固井材料。
实施例六采用上述高强低密度油井水泥配制成低密度水泥浆在油气井中的应用，按如下重量配比称取物料高强低密度油井水泥100份现场水70份将计量称取的高强低密度油井水泥送入搅拌机内，按重量配比加入现场水，所说的现场水是指作业区就地施工用水，进行搅拌混合均匀，即配制成低密度水泥浆。所配制成的低密度水泥浆浆料用作于油气井的固井材料时，使用效果优良。
经检测低密度水泥浆使用性能指标如下表
实施例七采用上述高强低密度油井水泥配制成低密度水泥浆在油气井中的应用，按如下重量配比称取物料高强低密度油井水泥 100份蒸馏水 63份将计量称取的高强低密度油井水泥送入搅拌机内，按重量配比加入水，进行搅拌混合均匀，即配制成低密度水泥浆。所配制成的低密度水泥浆浆料用作于油气井的固井材料，综合评定使用效果优良。
经检测低密度水泥浆浆料使用性能指标如下表
权利要求
1.一种膨胀珍珠岩，它是以珍珠岩矿为原料经过低温膨胀高温玻化制成主要含SiO2、Al2O3的矿物组合物，其特征在于它呈中空球粒状，粒度为100～120目，闭孔率≥96％，吸水率≤30％，壁厚为球粒直径的35～42％，体积容重为350～450kg/m3。
2.一种生产权利要求1所述的膨胀珍珠岩的制备方法，它按以下步骤进行(1)备取原料将珍珠岩矿进行粉碎、过筛制成珍珠岩粉料，控制粒度为200～300目，其特征在于(2)加热制粉将备取原料步骤中制得的珍珠岩粉料送入加热炉内进行加热，控制加热炉内温度为200～300℃、加热时间1～2小时，制得含水量≤1％的珍珠岩干粉；(3)低温膨胀将加热制粉步骤中制得的珍珠岩干粉送入膨化炉内进行急速焙烧6～12秒，控制膨化炉内焙烧温度为500～650℃，制得中空的珍珠岩膨胀料；(4)高温玻化将低温膨胀步骤中制得的珍珠岩膨胀料送入玻化炉内进行高温玻化10～18秒，控制玻化炉内温度为1350～1450℃，制得表面光滑闭孔中空球粒状的膨胀珍珠岩；(5)降温出炉待自然冷却降温后，取出炉料送入旋振筛进行筛选、装袋，即制得合格的膨胀珍珠岩成品。
3.一种采用权利要求1所述的膨胀珍珠岩作为改性微珠在生产高强低密度油井水泥中的应用，其特征在于它按如下重量配比称取物料油井水泥100份膨胀珍珠岩 10～100份减轻材料20～100份稳定剂 1～35份增强剂1～15份分散剂0.2～10份将按上述重量配比计量称取的油井水泥、膨胀珍珠岩、减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂送入混料机内混合均匀，并按照常规工艺技术进行计量、打包、入库，即制成合格的高强低密度油井水泥成品。
4.一种采用权利要求1所述的膨胀珍珠岩配制成低密度水泥浆在油气井中的应用，其特征在于按如下重量配比称取物料油井水泥 100份膨胀珍珠岩 10～100份减轻材料 20～100份稳定剂 1～35份增强剂 1～15份分散剂 0.2～10份分别计量称取油井水泥、膨胀珍珠岩、减轻材料、稳定剂、增强剂和分散剂送入搅拌机内，再按上述分别计量称取的物料重量总和的50～80％的重量配比加入水，进行搅拌混合均匀，即配制成低密度水泥浆，所配制的低密度水泥浆应用于油气井用作高性能固井材料。
5.根据权利要求3所生产的高强低密度油井水泥配制成低密度水泥浆在油气井中的应用，其特征在于按如下重量配比称取物料高强低密度油井水泥 100份水 50～80份将计量称取的高强低密度油井水泥送入搅拌机内，按重量配比加入水，进行搅拌混合均匀，即配制成低密度水泥浆，所配制的低密度水泥浆应用于油气井用作高性能固井材料。
6.根据权利要求4或5所述的配制低密度水泥浆，其特征在于所说的水为蒸馏水或现场水。
全文摘要
本发明提出了一种膨胀珍珠岩及其制备方法和作为改性微珠在生产高强低密度油井水泥中的应用，它采用“低温膨胀、高温玻化”工艺技术，依次按备取原料、加热制粉、低温膨胀、高温玻化和降温出炉的步骤进行，制得的膨胀珍珠岩成品的主要技术指标为粒度100～120目，闭孔率≥98％，吸水率≤30％，壁厚为球粒直径的35％，体积容重350～450kg/m
文档编号C04B28/00GK1970484SQ20061002246
公开日2007年5月30日 申请日期2006年12月11日 优先权日2006年12月11日
发明者钟文, 阳运霞, 周军, 韩建国, 范有银, 魏微林, 张平萍 申请人:四川嘉华企业(集团)股份有限公司