本发明涉及测试中空玻璃微球抗压性能的方法及其装置和应用，属于石油开采技术领域。
背景技术：
随着油田勘探步伐的加快，带动了石油钻探技术的不断提高，同时也为油气井固井作业提出了更多难题，特别是随着复杂井、长封固段井和易漏失井的增加，常规密度水泥浆体系已不能满足其固井质量要求。为改善固井质量，解决低压易漏层水泥浆漏失、减少水泥浆对油气储层的损害，常常需要选用低密度水泥浆体系进行固井作业。
以二氧化硅和三氧化二铝为主要化学成分的中空玻璃微球是低密度水泥浆体系常用的减轻剂之一，具有颗粒细、中空、质轻、高强度、耐磨、耐高温、保温绝缘、绝缘阻燃等多种特性。但是，中空玻璃微球应用到低密度水泥浆中时，伴随着井下压力以及温度的升高容易破碎，从而使整个水泥浆体系减小，导致水泥浆密度严重增大，从而造成固井失败。因此在使用中空玻璃微球作为水泥浆减轻剂之前，需要对中空玻璃微球的抗压性能进行测试，提前判定中空玻璃微球是否能够在目标井内作为减轻剂使用在固井水泥浆中。
目前，中空玻璃微球抗压强度的测定一般是通过向单颗粒中空玻璃微球进行施压从而判断其抗压程度。但是，单颗粒微球的抗压强度测试困难，并且数据不具有统计意义，无法真实客观的反应出中空玻璃微球的抗压性。
技术实现要素：
本发明提供一种测试中空玻璃微球抗压性能的方法及其装置和应用，用来弥补现有技术的中空玻璃微球的抗压强度的测量方法过于简单，从而造成 测量数据无法真实客观反应中空玻璃微球抗压性的缺陷。
本发明提供一种测试中空玻璃微球抗压性能的方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)将中空玻璃微球装入具有开口的弹性橡胶球中，随后用水充满弹性橡胶球，并密封所述开口；
2)调节所述弹性橡胶球所处的环境的温度、压力至目标温度、目标压力，并使所述弹性橡胶球在目标温度以及目标压力下保持100～180min；
3)从弹性橡胶球中取出完好的中空玻璃微球和破碎的中空玻璃微球，分别进行烘干后称重，并通过式1得到中空玻璃微球的完好率：
式1
式1中，P为中空玻璃微球在目标温度以及目标压力下的完好率，M1为完好的中空玻璃微球的质量，M2为破碎的中空玻璃微球的质量。
在步骤1)中，选取的中空玻璃微球以及水需要充满弹性橡胶球，从而使中空玻璃微球能够在后续的加压环境中感应到压力的变化并针对施加的压力做出相应的转变，增强测试数据的客观性。另外，由于后续多会对弹性橡胶球加热，使其处于高温环境，因此，弹性橡胶球的材质需耐热，保证在目标温度下不发生任何物理和化学变化。
步骤2)中，将密封好的弹性橡胶球放置于一个能够对压力温度进行的环境，例如高温高压釜中，并调节该环境的温度至目标温度，调节该环境的压力至目标压力，在整个调节过程中，弹性橡胶球中的中空玻璃微球都会时时感应到外界温度以及压力的变化，并会针对该温度压力条件做出相应的转变。为了进一步提高测试数据的准确性，当环境温度压力调节至目标温度以及目标压力后，弹性橡胶球需要在该环境下继续保持100～180min。
一般的，中空玻璃微球在目标温度目标压力下会发生破碎，因此在步骤3)中，将弹性橡胶球中的内容物取出并对内容物进行分类，将完好的中空玻璃微球进行烘干，称重M1，将破碎的中空玻璃微球进行烘干，称重M2，随后通过式1计算出中空玻璃微球在目标温度目标压力下的完好率，通过该完好率表征中空玻璃微球在目标温度目标压力下的抗压性能。由于实验过程中总会存在一些误差，会有或多或少的中空玻璃微球损失掉，因此在式1中，以测试后的总重(M1+M2)来计算中空玻璃微球的完好率，若以初始放入弹 性橡胶球的中空玻璃微球的质量计算中空玻璃微球完好率，可能会导致该值小于实际值。
本发明的测试中空玻璃微球抗压性能的方法原理可靠，操作简便，通过使中空玻璃微球处于变温变压的环境下并针对变温变压做出相应改变，真实反映出中空玻璃微球的抗压性能，为中空玻璃微球的抗压性能的评价提供了客观的具有参考价值的数据。
进一步地，步骤1)中，所述中空玻璃微球为50～60g，所述水的体积为100～200mL。将中空玻璃微球将控制在该质量范围内，能够有效的反映出中空玻璃微球之间在相互接触施力的同时如何针对外界温度压力做出真实的转变。由于弹性橡胶球内必须充满，在装入中空玻璃微球后，可以用水充满弹性橡胶球的剩余空间。因此，弹性橡胶球的体积近似或等同于50～60g中空玻璃微球与100～200mL水的混合体积。
进一步地，步骤3)包括：打开所述弹性橡胶球，将所述弹性橡胶球中的内容物倒入烧杯中，静置，所述烧杯下层出现的沉降物为所述破碎的中空玻璃微球，所述烧杯上层出现漂浮物为所述完好的中空玻璃微球；其中，控制所述静置时间至少为24h。
具体的，为了容易对弹性橡胶球中的中空玻璃微球进行分类处理，可以将弹性橡胶球中的内容物倒入烧杯中，由于破碎的中空玻璃微球体积减小会沉降在烧杯中的底部，完好的中空玻璃微球会漂浮在烧杯水面上，通过长时间的静置，完好的中空玻璃微球与破碎的中空玻璃微球会清楚的被分开，从而分别对两种中空玻璃微球进行烘干、称重。
进一步地，所述中空玻璃微球的直径为30～100μm。
本发明还提供一种测试中空玻璃微球抗压性能的装置，包括：
耐高温高压釜体，其上设有加热部和进口，所述进口用来向所述耐高温高压釜体输送导热介质；
贮存罐，其与所述进口连接，并且在所述贮存罐与所述进口之间设有自动增压泵；
控制部，分别与所述加热部、自动增压泵电连接。
其中，耐高温高压釜体中可以放置弹性橡胶球，为弹性橡胶球提供变温变压的环境，当设定好目标温度和目标压力后，控制部，例如计算机等，通 过加热部使高温高压釜体的温度到达目标温度，控制部通过控制自动增压泵向温高压釜体输送导热介质使高温高压釜体的压力到达目标压力。
本发明的测试中空玻璃微球抗压性能的装置组成简单，易于操作，为中空玻璃微球提供了变温变压的环境，为中空玻璃微球抗压性能的测试提供了良好的实现基础。
进一步地，还包括压力传感器，所述压力传感器一端连接在所述自动增压泵与所述进口之间，另一端与控制部连接。压力传感器能够实现对耐高温高压釜体内的压力实现实时监控。
进一步地，所述加热部包括内热电偶，所述内热电偶的一端与所述控制部连接，所述内热电偶的另一端与所述导热介质接触。
进一步地，所述加热部还包括外热电偶，所述外热电偶的一端与所述控制部连接，所述外热电偶的另一端与所述高温高压釜的内壁接触。
在一具体实施方式中，所述导热介质为热传导油。
本发明还提供了上述任一所述的装置在测试低密度水泥浆用中空玻璃微球抗压性能上的应用。该低密度水泥浆用来实现对汽油井进行固井。具体地，在将中空玻璃微球作为减轻剂加入低密度水泥浆中之前，可以使用上述的装置对多种中空玻璃微球的抗压性能进行测试，从而获知各种中空玻璃微球在井内温度及压力下的抗压性能，进而根据该抗压性能选取合适的中空玻璃微球以及合适的固井工作条件。
本发明提供的测试中空玻璃微球抗压性能的方法及其装置和应用，结合低密度水泥浆固井时上下温度差、压力差大的实际情况，模拟油气田固井注水泥升温升压过程以及井下高温高压条件，原理可靠，操作方便，能有效确定低密度水泥浆用中空玻璃微球在升温升压过程以及在高温高压条件下的抗压性能，为低密度水泥浆的进一步应用提供科学依据。
附图说明
图1为本发明实施例的测试中空玻璃微球抗压性能的装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实 施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
图1为本发明实施例的测试中空玻璃微球抗压性能的装置。请参考图1，该装置100包括耐高温高压釜体1，贮存罐2，控制部3。高温高压釜体1上设有加热部和进口4，进口4用来向耐高温高压釜体1输送导热介质5。贮存罐2与进口4连接，并且在贮存罐2与进口4之间设有自动增压泵6。控制部3分别与加热部、自动增压泵6电连接。其中，该加热部包括内热电偶7和外热电偶8。
控制部3能够根据设定的目标压力控制自动增压泵6从贮存罐2中抽取热传导油5至耐高温高压釜体1中，直至耐高温高压釜体1中的压力与目标压力相同；控制部3还能够根据设定的目标温度控制内热电偶7对耐高温高压釜体1中的热传导油5加热，直至耐高温高压釜体1中的温度与目标温度相同。
该装置100还包括压力传感器9，压力传感器9一端连接在自动增压泵6与进口4之间，另一端与控制部3连接。压力传感器9能够实时反映耐高温高压釜体1中的压力。
在使用时，可以通过将中空玻璃微球10和水11放入弹性橡胶球12中后，将弹性橡胶球12再放入耐高温高压釜体1中，实现中空玻璃微球9在目标温度目标压力下的抗压性能测试。
测试中空玻璃微球的抗压性能：本实验采用上述测试中空玻璃微球抗压性能的装置100分别针对国产中空玻璃微球与进口3M中空玻璃微球进行抗压性能的测试。
国产中空玻璃微球：
1)用电子天平秤取55g国产中空玻璃微球装入弹性橡胶球中，再向弹性橡胶球中注水直至充满弹性橡胶球，密封弹性橡胶球。经测量水为150mL。
2)将上述弹性橡胶球装入耐高温高压釜体1中，依据GB/T19139-2003 标准中稠化实验的相关测试选取三组目标温度、目标压力、升温升压时间以及保温保压时间(见表1)，利用测试中空玻璃微球抗压性能的装置100对国产中空玻璃微球在三组实验条件下进行抗压性能测试。在温度和压力的共同作用下，弹性橡胶球中的中空玻璃微球会发生破碎。
3)实验结束后，将橡胶球中的内容物倒入烧杯中静置24h，对浮在烧杯上层的完好中空玻璃微球进行烘干称重，记为M1；对沉在烧杯底部的破碎中空玻璃微球进行烘干称重，记为M2。按照式1，对国产中空玻璃微球在三组实验条件下的完好率P进行计算，结果见表1。
式1
进口3M中空玻璃微球：
1)用电子天平秤取进口3M中空玻璃微球55g装入弹性橡胶球中，再向弹性橡胶球中注水直至充满弹性橡胶球，密封弹性橡胶球。经测量水为160mL。
2)将上述弹性橡胶球装入耐高温高压釜体1中，依据GB/T19139-2003标准中稠化实验的相关测试选取三组目标温度、目标压力、升温升压时间以及保温保压时间(见表1)，利用测试中空玻璃微球抗压性能的装置100对进口3M中空玻璃微球在该三组实验条件下进行抗压性能测试。在温度和压力的共同作用下，弹性橡胶球中的中空玻璃微球会发生破碎。
3)实验结束后，将橡胶球中的内容物倒入烧杯中静置24h，对浮在烧杯上层的完好中空玻璃微球进行烘干称重，记为M1；对沉在烧杯底部的破碎中空玻璃微球进行烘干称重，记为M2。按照式1，对进口3M中空玻璃微球在三组实验条件下的完好率P进行计算，结果见表1。
式1
表1 中空玻璃微球在不同温度压力下的完好率
由表1可知，本发明能够准确模拟固井水泥浆升温升压过程以及高温高压的井下环境，并且随着压力温度的升高，国产中空玻璃微球以及进口3M中空玻璃微球的完好率均表现下将，因此能够在进行固井作业前，参考使用本发明测试方法对即将使用的中空玻璃微球进行目标温度目标压力下的抗压性能测试，从而确定合适的作业条件。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。