一種復合顆粒、其制備方法和應用技術

本發明專利技術涉及油氣井固井技術領域，特別涉及一種復合顆粒、其制備方法和應用。所述復合顆粒由剛性顆粒的內核和包覆在所述內核外表面的彈性顆粒的殼層組成。與現有技術相比，本發明專利技術的有益效果是：(1)相比同類型的體系相比，包括本發明專利技術復合顆粒的體系價格低廉，節約了成本；(2)本發明專利技術的產品球型度高，有利于提高水泥漿流動性；(3)在制備過程中，優化后的工藝，產品成品率達到，能耗低，無污染；(4)本發明專利技術制備的復合顆粒能夠明顯提高水泥石的強度，降低水泥石彈性模量，增加水泥石的變形能力。

Composite particle, preparation method and application thereof

The invention relates to the technical field of oil and gas well cementing, in particular to a composite particle, a preparation method and an application thereof. The composite particles are composed of the inner core of the rigid particles and the shell of the elastic particles coated on the outer surface of the core. Compared with the prior art, the invention has the beneficial effects of: (1) compared to the same type of system in system of the invention includes the price of composite particles with low cost savings; (2) the product of the invention is spherical degree is high, is conducive to improve the fluidity of cement slurry; (3) in the preparation process and after the optimization process, the finished product rate, low energy consumption, no pollution; (4) composite particles prepared by the invention can significantly improve the strength of cement, cement reduces the elastic modulus, increase the deformation capacity of cement stone.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及油氣井固井
，特別涉及一種復合顆粒、其制備方法和應用。
技術介紹
隨著氣井環空帶壓現象越來越普遍，水泥環的封固質量和耐久性越來越受到行業內的重視。但常規水泥石是一種脆性材料，在油井長期生產或作業過程水泥環容易出現裂紋或者微環隙，導致井口帶壓。為了有效提高水泥石的長期密封能力，需要有效改善水泥石的力學性能，提高水泥石的變形能力，有效降低水泥石的彈性模量，并保證水泥石足夠的強度。目前常用的改善水泥石彈性性能的材料主要有：丁苯膠乳乳膠、苯丙膠乳、橡膠顆粒及有機樹脂類等物質，但乳膠及有機樹脂類物質因價格高而限制了它們的廣泛使用，橡膠顆粒和樹脂材料由于抗溫能力差及自身的缺陷，對水泥石的增孔作用明顯，強度降低快，使用受到限制。由于固井質量差或者水泥石力學性能較差(硬脆)，導致環空帶壓，導致嚴重安全隱患，降低油井生產壽命。同時為了穩產、增產，各油田都相繼進行注水、壓裂、酸化等增產措施，不同的作業過程必然引起井下套管和水泥環受力狀態改變，采用常規水泥漿體系容易導致水泥環受損，水泥環失去密封能力，影響后期生產。因此有必要開發出一種新型的彈性材料，其除能夠降低水泥石彈性模量時，有效提高水泥石強度，還能夠合理降低成本。
技術實現思路
本專利技術之一提供了一種復合顆粒，所述復合顆粒由作為內核的剛性顆粒和包覆在所述內核外表面的作為殼層的彈性顆粒組成。在本專利技術中，通過例如噴霧干燥及乳液聚合技術，在微米級剛性顆粒表面包覆彈性顆粒，從而減少彈性顆粒的用量，以剛性顆粒為核可以保證水泥石較高的抗壓強度，包覆彈性顆粒形成的軟殼，能夠有效的改善水泥石的脆性，增加水泥石的變形能力。達到改善水泥石力學性能的目的，有效降低水泥石彈性模量，增加水泥石應變率，同時滿足良好的抗壓強度，降低水泥漿成本，實現工業化應用。此外，形成的水泥石的水泥石滲透率降低，保證了后期的開采，延長了油氣井的生產壽命。在一個具體實施例中，所述殼層以無孔的形式包覆在所述內核外層。形成的復合彈性顆粒用于配置水泥漿，形成水泥石后，彈性殼能夠提供水泥石一定的變形能力，增加水泥石變形量，改善水泥石脆性，同時剛性核作為骨架，能夠有效提高水泥石強度，補償彈性變形對水泥石強度的損失，降低水泥石脆性條件下不大幅度損失水泥石強度。在一個具體實施例中，所述內核的平均粒徑與所述殼層的厚度的比例為3:1-6:1。在一個具體實施例中，所述彈性顆粒中包括天然乳膠、苯丙乳膠和丁苯乳膠中的至少一種。在一個具體實施例中，所述彈性顆粒的平均粒徑為100-12000納米，粒徑d50＝150-350納米；優選平均粒徑200-300納米，粒徑d50＝250-300納米。在一個具體實施例中，所述彈性顆粒的彈性模量<1GPa。在一個具體實施例中，所述剛性顆粒包括粉煤灰、硅粉、空心玻璃微珠和電廠漂珠中的至少一種。在一個具體實施例中，所述剛性顆粒的平均粒徑為75-150微米，粒徑d50＝70-145微米；優選平均粒徑為100-120微米，粒徑d50＝95-115微米。本專利技術之二提供了一種制備如上所述的復合顆粒的方法，其包括如下步驟：1)將所述剛性顆粒、彈性顆粒乳液以及分散劑以任意的順序混配成懸浮溶液，或將該三種組分同時加到一起混配成懸浮溶液；2)所述溶液經加熱、干燥(例如噴霧干燥)、分離以及收集步驟得到所述復合顆粒。其中，優選分散劑先于彈性顆粒乳液加入，以獲得分散性能更優的懸浮溶液。當將該三種組分同時加到一起混配成懸浮溶液時，一般需要及時混配懸浮液或經過較長時間的混合。在一個具體實施例中，彈性顆粒乳液中彈性顆粒的含量不低于30％。在一個具體實施例中，所述溶液中的所述剛性顆粒、所述剛性顆粒和彈性顆粒的質量比例為(100-300):100，優選為(100-150):100。在一個具體實施例中，以所述乳液的總質量計，步驟1)的所述分散劑的用量為(3-15)％，優選為(5-10)％；更優選所述分散劑包括陰離子型表面活性劑和/或非離子型表面活性劑，特別優選所述分散劑包括十六烷基苯磺酸鹽和/或聚氧乙烯醚類表面活性劑，最優選為聚氧乙烯醚類表面活性劑。在一個具體實施例中，所述溶液被加熱的溫度為100℃以下，優選為60-90℃，和/或所述干燥的溫度為120-200℃，優選為140-160℃。在一個具體實施例中，上述干燥通過溫度為120-200℃的噴霧干燥，優選為140-160℃的熱空氣進行氣流式噴霧干燥。由于噴霧干燥獲得的復合顆粒中一般會含有團聚的顆粒體，而團聚的顆粒體的混入會影響復合顆粒的使用效果，因此需要將其分離出去，在一個具體實施例中，通過旋風分離器將噴霧干燥獲得的復合顆粒中團聚顆粒體分離出去。如果需要長時間的儲存，則一般還需要進一步的干燥。如果不需要長時間的儲存，則一般不需要進一步的干燥。本專利技術之三提供了一種如上所述的復合顆粒在油氣井固井中的應用。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：(1)相比同類型的體系相比，包括本專利技術復合顆粒的體系價格低廉，節約了成本；(2)本專利技術的產品球型度高，有利于提高水泥漿流動性；(3)本專利技術制備的復合顆粒能夠明顯提高水泥石的強度，降低水泥石彈性模量，增加水泥石的變形能力。附圖說明圖1顯示的是掃描電鏡下的復合顆粒圖。具體實施方式100-300質量份的粉煤灰顆粒、超細硅、空心玻璃微珠和電廠漂珠顆粒(平均粒徑為75-150微米，粒徑d50＝75-150微米；優選為75-100微米，粒徑d50＝75-150微米)中的至少一種；分散劑(陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑，例如，以彈性顆粒乳液的質量為基準，加入的十六烷基烷基苯磺酸鹽的量為3-15％；100質量份彈性顆粒乳液(天然膠乳、苯丙膠乳、丁苯膠乳；平均粒徑為100-12000納米，粒徑d50＝150-350納米；優選平均粒徑200-300納米，粒徑d50＝250-300納米)；將上述組分混配成為懸浮液，在攪拌槽攪拌均勻，加熱至60-100℃，優選為70-90℃。空氣被以30立方米/分鐘以上，優選以30-45立方米/分鐘吸入到加熱爐中，并被加熱至120-200℃，然后在流入噴霧筒中；同時離心轉盤在2000轉/分鐘-2500轉/分鐘下將懸浮液轉化成霧滴，霧滴與吸入的熱空氣在噴霧筒中相接觸，進而使霧滴初步形成復合顆粒，然后初步形成復合顆粒再次經過在干燥筒中經過120-200℃的干燥，且在旋風分離器中將干燥過程中形成的團聚體顆粒分離出去，最后在收集器中獲得粉狀復合顆粒，尾氣經過過濾器過濾后由抽濾機抽出，并通向空氣吸入口，實現熱空氣的重復利用，降低能耗。由旋風分離器分離形成的產品在100-150目震動篩過篩后形成最終產品。實施例1粉煤灰(德州熱電廠)：200重量份，平均粒徑80微米，粒徑d50＝85微米，含碳量為0.5％。質量含量為30％的天然乳膠乳液(上海三連實業有限公司)：60重量份，平均粒徑250納米，粒徑d50＝140納米。天然乳膠乳液的彈性模量為0.3GPa。將粉煤灰加入進料斗，向粉煤灰中加入200重量份清水，然后再加入十六烷基烷基苯磺酸鈉5重量份，制得粉煤灰微珠懸浮液，攪拌均勻，之后與本實施例中的天然膠乳(德州大陸架公司生產)混合得到懸浮液，將懸浮液泵入造粒機中(DZ-SRIPE，德州大陸架公司，造粒機)，造粒機以30本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合顆粒，所述復合顆粒由作為內核的剛性顆粒和包覆在所述內核外表面的作為殼層的彈性顆粒組成。

【技術特征摘要】
1.一種復合顆粒，所述復合顆粒由作為內核的剛性顆粒和包覆在所述內核外表面的作為殼層的彈性顆粒組成。2.根據權利要求1所述的復合顆粒，其特征在于，所述殼層以無孔的形式包覆在所述內核外層。3.根據權利要求1或2所述的復合顆粒，其特征在于，所述內核的平均粒徑與所述殼層的厚度的比例為3:1-6:1。4.根據權利要求1-3中任意一項所述的復合顆粒，其特征在于，所述彈性顆粒中包括天然乳膠、苯丙乳膠和丁苯乳膠中的至少一種。5.根據權利要求1-4中任意一項所述的復合顆粒，其特征在于，所述彈性顆粒的平均粒徑為100-12000納米，粒徑d50＝150-350納米；優選平均粒徑200-300納米，粒徑d50＝250-300納米。6.根據權利要求1-5中任意一項所述的復合顆粒，其特征在于，所述彈性顆粒的彈性模量<1GPa。7.根據權利要求1-6中任意一項所述的復合顆粒，其特征在于，所述剛性顆粒包括粉煤灰、硅粉、空心玻璃微珠和電廠漂珠中的至少一種。8.根據權利要求1-7中任意一項所述的復合顆粒，其特征在于，所述剛性顆粒的平均粒徑為75-150微米，粒徑d50＝70-145微米；優選平均粒徑為100-120微米，粒徑d5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陶謙，周仕明，劉偉，劉建，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11