一种微触变防窜水泥浆体系的制作方法

本发明涉及一种用于油井管道固定和密封使用的水泥浆体系，具体涉及一种微触变防窜水泥浆体系。

背景技术：

1、固井是一项投资大、风险高、作业时间短、一次性作业强的多工种联合作业的地下隐蔽性应用工程。它是连接钻井、完井、开发的关键环节，具有承前启后的重要作用，其主要目的是实现良好的层间封隔，巩固钻井技术成果，保证油气资源安全开采。然而固井后的环空气窜将破坏层间封隔，导致环间带压，严重时甚至造成一口井的报废，影响后续钻井、完井、开发及酸化压裂等生产作业的顺利进行。环空气窜与界面胶结不良，水泥架防气窜能力弱，水泥石完整性破坏等因素密切相关，其中水泥架防气窜能力是影响早期气窜的关键因素。

2、目前固井防窜对水泥浆体系的强度和韧性有较高的要求，且对水泥浆体系密度也有限制。目前国内外油气田固井施工过程中常用的防窜低密度水泥浆减轻材料主要包括空心玻璃微珠、漂珠、膨润土、粉煤灰、硅藻土等。其中玻璃微珠是空心玻璃珠。

3、在实际试配过程中发现，玻璃微珠中始终有一部分发生破损，即使把完全破损的筛除。搅拌之后由于搅拌机的挤压碰撞，实际在水泥浆体系内也会有部分破损玻璃微珠。完全损坏的玻璃微珠，可以充当骨料颗粒，但有裂纹的微珠，水泥浆体系中的液体会深入内部空腔，干扰水泥浆体系的水灰比，在较大量的搅拌后测试强度比少量搅拌获得的强度低，且不稳定，有较大的强度波动。同时，因为玻璃微珠破损，导致溶液进入玻璃微珠，破损量越大，会影响水泥浆体系的密度和强度，干扰施工计算和实际施工操作的准确性，使得施工完成后结构安全性存在隐患。

技术实现思路

1、本申请实施例通过提供一种微触变防窜水泥浆体系，解决了现有技术中玻璃微珠减轻效果波动大，玻璃微珠破损对水泥石强度影响大的问题，实现了稳定水泥密度和强度的效果。

2、本申请实施例提供了一种微触变防窜水泥浆体系，包括固井水泥、水以及减轻材料，所述减轻材料为浮球颗粒，浮球颗粒以实心玻璃颗粒为核心，玻璃颗粒外包覆聚苯乙烯层；

3、所述玻璃颗粒的直径范围为0.075-0.1mm，所述聚苯乙烯层的厚度为0.03-0.5mm，形成浮球颗粒的直径为0.135-0.2mm，密度为1.03-1.1g/cm3。

4、进一步的，所述浮球颗粒在水泥浆体系中，质量比占20-35％。

5、进一步的，所述浮球颗粒表面包覆乳液。

6、进一步的，所述乳液层内混合体积比为3-8％的铁粉，铁粉粒径0.01-0.02mm，铁粉带有磁性，由乳液粘附在浮球颗粒表面。

7、进一步的，所述浮球颗粒内的玻璃颗粒直径不同，但浮球颗粒直径相同，形成密度不同的颗粒组合。

8、进一步的，所述浮球制备过程如下：

9、步骤一、研磨玻璃颗粒，至玻璃颗粒粒径在0.075-0.1mm范围内，

10、步骤二、将玻璃颗粒与聚苯乙烯颗粒混合，研磨挤压并加热至聚苯乙烯熔点以上2-15摄氏度；

11、步骤三、将步骤二获得的混合物通过旋转平台甩出，旋转平台转速5000-10000r/min；

12、步骤四、步骤三获得的颗粒倒入水中，静置10min，清除表面漂浮颗粒，将沉淀颗粒捞出并烘干；

13、步骤五、筛分步骤四获得的颗粒物，选取粒径在0.135-0.2mm颗粒，获得浮球颗粒。

14、进一步的，还包括步骤六、将乳液中加入体积比5-15％的铁粉，铁粉粒径不大于0.002mm，将步骤五获得的浮球颗粒加入乳液中，搅拌3-5min后过筛，滤除液体；之后对筛上物吹冷风，风速不低于5m/s，将颗粒吹散后吹干。

15、进一步的，步骤六、中获得的颗粒，进行磁化处理，将颗粒放入磁化设备中，进行磁化处理。

16、进一步的，所述浮球制备过程所用设备包括壳体、料管、研磨组件、吹扫环和旋转平台；

17、所述壳体内部形成腔室，所述料管竖向伸入壳体内，料管位于壳体外的一端带有可拆卸密闭端盖；料管位于壳体内的一端为倒锥形，且底端开口；料管连通进气管，进气管另一端伸出壳体外；

18、所述研磨组件包括锥壳、锥形磨头、锥台壳、柱形磨头、管组、进料环和动力部；

19、所述锥壳顶端与料管底端开口连通；

20、所述锥形磨头位于锥壳内，锥形磨头与锥壳同轴，锥形磨头的锥角大于锥壳的锥角，使得锥形磨头顶部边与锥壳内壁间隙大于锥形磨头底边与锥壳底边之间间隙，且底边间隙距离在0.075-0.1mm范围内；

21、所述锥台壳顶端与锥壳底端连通，且二者是一体结构；所述柱形磨头为柱形与锥形磨头为同轴一体结构，柱形磨头直径与锥形磨头底边直径相同；所述锥台壳底端与柱形磨头底端平齐，锥台壳顶端与锥形摸头底端平齐，锥台壳底端与柱形磨头之间的间隙为0.15-0.2mm；锥台壳底边固定滑动密封盘，滑动密封盘与柱形磨头底面滑动密封，并封闭锥台壳与柱形磨头之间的空间；柱形磨头底端固定转轴，转轴转动固定在壳体底面上，转轴由动力部传动，进而带动柱形磨头转动；

22、所述锥台壳顶端与进料环连通，进料环作为聚苯乙烯颗粒的进料通道；

23、所述管组用于引导从锥台壳和柱形磨头之间流出的物料；

24、所述管组包括连接管和加热环；

25、所述连接管固定在锥台壳底端的滑动密封盘上，连接管顶端与锥台壳与柱形磨头之间空间连通；连接管有多根；

26、所述加热环固定在连接管上，加热环用于加热连接管内的物料；

27、所述旋转平台包括圆台、柱形管和承接管；所述圆台为环形，同轴定位在锥台壳的上部，所述连接管引导物料流到圆台的表面；

28、所述柱形管与圆台底面同轴固定；

29、所述承接管固定在壳体内，承接管与柱形管同轴，承接管外壁固定高速轴承，轴承外壁与柱形管内壁固定连接；

30、所述柱形管内壁固定抵触环，电机固定在承接管内，电机用于带动柱形管转动，转速在5000-10000r/min；

31、吹扫环固定在圆台的上侧，吹扫环用于向圆台与壳体之间的间隙下方吹冷风。

32、进一步的，所述连接管远离锥台壳的一端连通一个扩容管，扩容管的最大管径是连通管的2-4倍；所述扩容管内固定一个球囊球囊用于改变扩容管的容积；所述球囊与气管连通；气管伸出扩容管外，气管与气泵连通。

33、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：通过制备浮球颗粒，能够有效的稳定水泥浆体系的密度和强度，理论计算与实际施工之间，所需要考虑的随机因素减少，施工结果的稳定性明显提升。

技术特征：

1.一种微触变防窜水泥浆体系，包括固井水泥、水以及减轻材料，其特征在于，所述减轻材料为浮球颗粒，浮球颗粒以实心玻璃颗粒为核心，玻璃颗粒外包覆聚苯乙烯层；

2.根据权利要求1所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，所述浮球颗粒在水泥浆体系中，质量比占20-35％。

3.根据权利要求1所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，所述浮球颗粒表面包覆乳液。

4.根据权利要求3所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，所述乳液层内混合体积比为3-8％的铁粉，铁粉粒径0.01-0.02mm，铁粉带有磁性，由乳液粘附在浮球颗粒表面。

5.根据权利要求4所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，所述浮球颗粒内的玻璃颗粒直径不同，但浮球颗粒直径相同，形成密度不同的颗粒组合。

6.根据权利要求1所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，所述浮球制备过程如下：

7.根据权利要求6所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，还包括步骤六、将乳液中加入体积比5-15％的铁粉，铁粉粒径不大于0.002mm，将步骤五获得的浮球颗粒加入乳液中，搅拌3-5min后过筛，滤除液体；之后对筛上物吹冷风，风速不低于5m/s，将颗粒吹散后吹干。

8.根据权利要求6所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，步骤六、中获得的颗粒，进行磁化处理，将颗粒放入磁化设备中，进行磁化处理。

9.根据权利要求6所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，所述浮球制备过程所用设备包括壳体(100)、料管(200)、研磨组件(300)、吹扫环(400)和旋转平台(500)；

10.根据权利要求1所述的微触变防窜水泥浆体系，其特征在于，所述连接管(351)远离锥台壳(330)的一端连通一个扩容管(353)，扩容管(353)的最大管径是连通管(351)的2-4倍；所述扩容管(353)内固定一个球囊(354)球囊(354)用于改变扩容管(353)的容积；所述球囊(354)与气管(355)连通；气管(355)伸出扩容管(353)外，气管(355)与气泵(360)连通。

技术总结本发明公开了一种微触变防窜水泥浆体系，包括固井水泥、水以及减轻材料，所述减轻材料为浮球颗粒，浮球颗粒以实心玻璃颗粒为核心，玻璃颗粒外包覆聚苯乙烯层；所述玻璃颗粒的直径范围为0.075‑0.1mm，所述聚苯乙烯层的厚度为0.03‑0.5mm，形成浮球颗粒的直径为0.135‑0.2mm，密度为1.03‑1.1g/cm<supgt;3</supgt;。该水泥浆体系密度和强度稳定，理论涉及和实际施工之间的随机误差小，降低了实际施工难度，提高工程质量的整体稳定性。技术研发人员：和建勇,党冬红,蒋世伟,张晔,田宝振,张伟,毕毅,张宏波,张萍,陈欣彤,程海林,马向利受保护的技术使用者：中国石油集团渤海钻探工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19