一种固井水泥浆减轻剂硼硅酸盐类空心玻璃微珠的改性装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固井水泥浆减轻剂一一硼硅酸盐类空心玻璃微珠的改性处理装 置及方法，旨在对国内外生产商所提供的硼硅酸盐空心玻璃微珠产品作改性处理，使该产 品更好适应油田固井工程的性能要求。
【背景技术】
[0002] 硼硅酸盐类空心玻璃微珠具优异的抗压强度，是固井水泥浆减轻剂的重要品种之 一。海洋深水井表层段的破裂压力低、对固井水泥石的强度要求高，过去常用的、从粉煤粉 中提取的漂珠很难满足要求，高强度硼硅酸盐空心玻璃微珠成为海上固井作业水泥浆减轻 剂的优先选项。
[0003] 硼硅酸盐类空心玻璃微珠，主体原料由硅酸盐、硼酸盐、硅氧化物、硼氧化物组成， 各原料按一定比例混合后，经造粒、烘干、烧结而成。目前，各生产商提供的该类产品在固井 水泥浆中应用时，存在三方面不足：
[0004] 一是，所配水泥浆体系的稠化时间波动很大，表现在：不同生产批号的微珠，所配 水泥浆体系的稠化时间差别长达100分钟以上；同一生产批号的微珠，因储存时间不同，所 配水泥浆体系的稠化时间差别达200分钟以上。这一不足，导致现场按室内配方所配的水 泥浆的稠化时间与工程设计的稠化时间难以保持一致，使固井作业时水泥浆配方调整的工 作任务加重，作业的安全风险增加。
[0005] 与设计时间比，现场所配水泥浆稠化时间过短，可能出现，固井作业程序未结束时 水泥浆提前固化、将作业工具固化在井筒内，导致整井报废或需采取特殊作业手段才能恢 复井身结构。与设计时间比，现场所配水泥浆的稠化时间过长，会导致水泥浆对地层中的高 压油、气、水不能及时封固或封固效果下降，出现气窜、水窜现象，引发安全事故。
[0006] 从减轻剂一一硼硅酸盐空心玻璃微珠的采购、到室内水泥浆配方的建立、到将水 泥浆所有的配料运送到作业现场，每次固井作业对各个阶段的时间控制不可能做到一致； 固井作业现场也不可能保障采用一个生产批次的硼硅酸盐空心玻璃微珠产品；如果不对硼 硅酸盐空心玻璃微珠进行改性处理，引发固井安全事故的概率必然会增加。
[0007] 二是，与广泛应用的、应用成本较低的PVA(聚乙烯醇）类降失水剂不配伍，严重时 导致PVA类降失水剂效果丧失。PVA类降失水剂是中低温条件下固井时常用的处理剂，所配 水泥浆在低剪切速率下具良好的流变性、优异的悬浮稳定性，应用成本比其他合成聚合物 低，是固井作业公司必备的降失水剂产品。
[0008] 三是，储存一段时间后，产品在包装袋内出现整体结块，现场工具、措施无法将结 块的微珠分散成单颗粒状，玻璃微珠与水泥浆的其他配料无法有效混配。
【发明内容】
[0009] 本发明针对现有硼硅酸盐类空心玻璃微珠产品在水泥浆固井应用中存在的技术 问题，提出一种用于该类产品的改性装置及方法。
[0010] 发明人用显微镜、扫描电镜等设备对硼硅酸盐空心玻璃微珠产品进行观察和研 宄，发现微珠表面存在未玻璃化的硅化合物、硼化合物等原料。发明人采用水清洗的方法， 将微珠进行清洗、再烘干处理，克服了该类产品存在的缺陷，使产品性能得到了提升、改进。
[0011] 为使上述方法实现工业化，发明人需通过选择合适的技术和设备组合来克服如下 困难：
[0012] 1、克服低密度（其密度通常低于0. 6g/cm3)硼硅酸盐空心玻璃微珠与水混合过程 的上浮结块问题。
[0013] 2、克服硼硅酸盐空心玻璃微珠（中值粒径在50um左右，堆积密度仅0. 25g/cm3)水 混合物过滤过程易堵过滤筛网、易粘结筛网、结块的问题。
[0014] 3、克服硼硅酸盐空心玻璃微珠在烘干过程中粘结成团、产品不能分散成单颗粒的 问题。
[0015] 为了解决以上技术难题，本发明的技术方案如下：
[0016] 一种固井水泥浆减轻剂硼硅酸盐类空心玻璃微珠的改性装置：包括带搅拌机的反 应釜、真空带式过滤机、螺旋输送机、脉冲气流烘干机、旋风分离器、袋式除尘器、引风机、间 接燃烧热风炉；带搅拌机的反应釜的下料口与放料阀门连接，放料阀出口接至真空带式过 滤机入料口；带式真空过滤机出料口与螺旋输送机的进料口连接；螺旋输送机出口与脉冲 气流烘干机的文丘里输送器进料口连接；脉冲气流干燥机的文丘里输送器进风口与间接燃 烧热风炉的出风口连接；脉冲气流烘干机的出口与旋风分离器进口连接；旋风分离器出风 口与袋式除尘器进口连接；袋式除尘器的出风口与引风机连接，引风机将气体排入大气中。
[0017] 所述旋风分离器采用二级旋风分离器串联连接；所述真空带式过滤机的滤布过滤 精度1~l〇um。
[0018] 利用本发明的装置，固井水泥浆减轻剂硼硅酸盐类空心玻璃微珠的改性方法是： 将硼硅酸盐空心玻璃微珠加入反应釜中，开启搅拌机，边搅拌、边加入自来水，搅拌20~ 60min;开启真空过滤机，将水与微珠的混合物流放到带式真空过滤机滤带上进行真空过滤 分离；开启间接燃烧热风炉、引风机、脉冲气流烘干机，将热风温度调整到250~320°C，将 过滤后的玻璃微珠输送到烘干机中进行干燥；收集旋风分离器、除尘器中干燥后的玻璃微 珠，进行包装，得到改性硼硅酸盐空心玻璃微珠产品。
[0019] 为实现既将微珠表面未玻璃化的物质洗干净、不影响水泥浆稠化时间、保障与PVA类降失水剂配伍、储存不结块，同时又能节约用水、保持水微珠混合物的合适流动性，清洗 用水量优选为玻璃微珠重量的2~4倍。。
[0020] 为检验改性处理微珠储存后是否结块，发明人对储存60天的改性处理微珠进行 取样，将微珠样加入100目标准筛中进行过筛，用过筛率来表征其分散、不结块效果。
【附图说明】
[0021] 图1:硼硅酸盐空心玻璃微珠改性装置流程图；
[0022] 其中：1.带搅拌机的反应II;2、放料阀门；3、真空带式过滤机（滤布过滤精度1~ 10um) ;4、间接燃气热风炉；5、螺旋输送机；6、脉冲气流烘干机；7、第一级旋风分离器；8、第 二级旋风分离器；9、袋式除尘器；10、引风机。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的详细说明：
[0024] 装置连接如图1所示：
[0025]带搅拌机的反应釜（1)的下料口与放料阀门（2)连接；放料阀（2)出口接短管线 至真空带式过滤机（3)入料口，打开放料阀可以将微珠水混合物流放到过滤带上；真空带 式过滤机（3)出料口与螺旋输送机（5)的进料口连接；螺旋输送机出口与脉冲气流烘干机 (6)的文丘里输送器进料口连接；脉冲气流烘干机（6)的文丘里输送器进风口与间接燃烧 热风炉（4)的出风口连接，文丘里输送器依靠热风气流将过滤后的湿微珠输吹送到脉冲气 流烘干机的脉冲烘干管道内干燥；脉冲气流烘干机的出口与第一级旋风分离器（7)进口连 接，将烘干的微珠进行第一级的级气、珠分离；第一级旋风分离器的出风口与第二级旋风分 离器（8)进口连接，将气体与微珠进行第二级分离；第二级旋风分离器出风口与袋式除尘 器（9)进口连接，将气体与微珠进行第三级分离；袋式除尘器的出风口与引风机（10)进口 连接，引发机（10)将尾气排入大气环境。
[0026] 带式真空过滤机，不受滤料体积限制，不会对滤料进行挤压、损坏，劳动强度低，对 堆积密度仅为〇.25g/cm3左右的硼硅酸盐空心玻璃微珠而言具很好的适应性，可保证微珠 的连续过滤、卸料；其滤带为橡塑材料，表面疏水性强，亲水性的湿微珠不会粘结在滤带上， 便于卸料；其滤带过滤精度可达到小于l〇um的水平，滤孔尺寸小于大部份微珠尺寸（硼硅 酸盐空心微珠中只有3%左右的微珠直径小于10um)，滤带不易堵塞。
[0027] 脉冲气流烘干机的文丘里输送器，利用输送过程的风压、风速变化，可以将湿的微 珠进行第一次分散；脉冲气流烘干机的烘干管道进行多次直径改变、造成管道内气压、气流 的反复变化，微珠在不断的气压与气流速度变化中可进一步分散成单颗粒，从而避免了微 珠烘干过程的结块、破损，规避了微珠因结块、需作进一步分散处理的难题。
[0028]间接燃烧热风炉的应用，保证微珠烘干过程不受烟气污染，保持产品外观、颜色不 发生改变。
[0029] 改性处理操作程序：将硼硅酸盐空