[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种固井水泥浆减轻剂——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

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。

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：

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。

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。

从减轻剂——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。

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。

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

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。

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究，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。

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：

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。

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。

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。

为了解决以上技术难题，本发明的技术方案如下：

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。

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1～10um。