玻璃微珠超低.docx

一、低密度水泥浆体系的现状 　　近年来,国外科研机构利用颗粒级配充填堆积理论,采用多种低密度材料复配,通过不同的水泥浆外加剂的调节,研究开发了1. 20～1. 65 g/ cm3 不同密度的水泥浆体系[ 1 ] 。目前,应用的低密度水泥浆体系有粉煤灰体系、膨润土体系、矿渣体系、珍珠岩体系、泡沫体系等等。每种体系各有其优缺点,不论哪种低密度水泥浆体系,必须较好地解决低密度材料上浮,保证浆体的稳定性。必须掺入一定量的稳定剂,防止水泥浆的分层。要选择较好的不同粒径的材料,相互配合充填粒径间的空隙,紧密堆积以提高其抗压强度。近年来,已经应用的低密度水泥浆体系形成的水泥石的强度大幅度提高,在48 h后强度能达到14 MPa。但是目前还没有水泥浆密度低于1. 10 g/ cm3 的报道。 二、各种低密度材料的性能和优选 　　(1)粉煤灰:是火力 HYPERLINK /power/powerfsbd/Index.html 发电厂煤粉燃烧熔融后排出的粉末状废物,具有火山灰特性的微细灰。主要成分为SiO2 和Al2O3 ,粒径范围为0. 5～300μm,密度为2. 0～2. 50 g/ cm3 ,价格便宜,购买方便。 　　(2)微硅:生产硅钢或铁合金生产过程中分离出来的一种副产品,主要成分是SiO2 ,平均粒径0. 10～0. 15 μm,具有较大的比表面积。密度2. 50 g/cm3 ,能使水泥石渗透率下降,提高抗腐蚀性能[ 2 ] 。 　　(3)海泡石:是一种白色质轻纤维状富镁硅酸盐矿物,由硅氧四面体和镁氧八面体组成。主要成分为SiO2 和MgO,其 HYPERLINK /Constructure/Index.html \t _blank 结构中存在一系列晶道,具有极大的比表面积,密度一般为1. 30～2. 10 g/ cm3 ,热稳定性好,抗盐性好[ 2 ] 。 　　(4)珍珠岩: 属于火山玻璃质熔岩,主要成分SiO2 ,为白色或浅灰色颗粒,绉褶的蜂窝 HYPERLINK /Constructure/Index.html \t _blank 结构,含有大量的空隙,具有较大的膨胀性。密度2. 40 g/ cm3 ,堆积密度0. 10～0. 2 kg/m3 ,可存比自重高5～6倍的水分。研磨成20～30目的颗粒,能形成膨胀珍珠岩水泥浆体系,具有减轻和降失水的良好性能[ 3 ] 。但易上浮,需要选择与其配伍的稳定剂。 　　(5)漂珠:粉煤灰在水中漂浮起来的球状颗粒,晒干后即成漂珠,具有密闭、粒细、质轻、壁薄、活性等性能。它的视密度只有0. 7 g/ cm3 左右,用漂珠配制的低密度水泥浆可以达到较低的密度。但是,由于漂珠本身的强度较低,而且漂珠外壳本身的壁厚和形状的差异,在一定压力和混浆泵的搅拌下容易破碎。 　　(6)人造空心玻璃微球: HGS中空玻璃微球是美国3M公司人工制造的空心微珠,是一种碱性硅硼酸钙盐,不溶于水和油,平均直径90 μm,壁厚2～3μm,耐高温,化学稳定,破碎压力14～124MPa,能降低流体的粘度,改善流动性,较高的强度和不可压缩性。其拉伸强度、抗压强度、杨氏模量均优于漂珠。另外HGS中空玻璃微球水泥浆体系在凝固时,收缩率非常低,能保证较好的胶结强度。目前国内已经可以生产人造的空心玻璃微珠,并有产品销售,但是性能与国外还有差距。 　　人造高强度空心微珠的诞生,为超低密度水泥浆体系的开发提供了条件。 三、3M公司HGS空心微珠性能 　　3M公司已经形成了系列空心微珠产品,是惰性物质,不溶于油和水。具有良好的耐温性和高强度,最高耐温600℃,最高抗压强度124 MPa (见表1) ,这就意味着超低密度水泥浆可以适应更深的油井和超深井使用。 　　通过表1中的数据,根据不同井深的油藏压力和不同的水泥封固段,可以选择不同级别的产品,满足工程的需要。 　　用HGS空心玻璃微球作水泥浆减轻剂可使水泥浆密度降到0. 90 g/ cm3 ,而且由于破碎压力较高,用离心泵泵送也不会对实际密度有较大影响。中空玻璃微球与漂珠在相同实验条件下的破碎体系比较见图1。 (作者：张宏军,杨亚新,林晶?本信息发布于2009年02月10日，共有 925人浏览)[字体： HYPERLINK javascript:ContentSize(16) 大  HYPERLINK javascript:ContentSize(14) 中  HYPERLINK javascript:ContentSize(12) 小] 可见在相同条件下漂珠的破碎率远大于HGS空心玻璃微球,这说明HGS空心玻璃微球在混拌和泵送过程中的破碎率远小于漂珠,对实际密度的影响较小。 　　HGS空心玻璃微球可解决低压漏失地层和多级压力梯度固井的难题,减少固