CN113583640A - 一种可固化多功能固井隔离液及其制备方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用来处理井的组合物领域，具体涉及一种可固化多功能固井隔离液及其制备方法和装置，由基础材料、固化液材料、增强材料和减轻材料组成；基础材料包括：95％～98％硅酸镁铝和2‑5％聚乙烯醇类；固化液材料包括75‑80％矿渣粉、20‑25％胶凝材料和0.1‑0.5％缓凝剂；增强材料包括20‑25％无机钙盐、25‑30％有机钙盐、20‑25％纳米SiO2、25‑30％丁晴乳胶粉；减轻材料包括：25‑35％人造空心玻璃微珠、30‑35％电厂漂珠和35‑40％经过表面处理的珍珠岩玻化微珠。本发明具有钻井液功能，长井段使用可确保井壁稳定；浆体密度可调，从1.10‑1.50可随意调整，可实现平衡固井技术；有非常好的触变性能，防止固井施工过程中地层漏失，确保固井液安全返到地面。
Description
技术领域
本发明涉及用来处理井的组合物领域，尤其涉及一种可固化多功能固井隔离液及其制备方法和装置。
背景技术
固井施工中常用的隔离液是清水加高粘度聚合物，密度和清水接近。注入4-6方，井段150-200米，没有保护井壁、防塌性能。和钻井液、固井液相容性差，一旦发生井漏，隔离液留在井内，就会造成井壁坍塌，污染固井液，造成固井液返高不够，影响固井质量。为了解决常用隔离液存在的这些缺点，我们研制了可固化多功能固井隔离液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可固化多功能固井隔离液及其制备方法和装置，旨在能够和钻井液、固井液发生良好融合，浆体密度可调以及有非常好的触变性能。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种可固化多功能固井隔离液，由基础材料10-15％、固化液材料15-20％、增强材料50-55％和减轻材料15-20％组成；
所述基础材料按重量计包括95％～98％硅酸镁铝和2-5％聚乙烯醇类；
所述固化液材料按重量计包括75-80％矿渣粉、20-25％胶凝材料和0.1-0.5％缓凝剂；
所述增强材料按重量计包括20-25％无机钙盐、25-30％有机钙盐、20-25％纳米SiO2、25-30％丁晴乳胶粉；
所述减轻材料按重量计包括：25-35％人造空心玻璃微珠、30-35％电厂漂珠和35-40％经过表面处理的珍珠岩玻化微珠。
其中，所述矿碴粉按重量计包括：CaO:30-40％、SiO2:30-35％、Al2O3:10-15％、MgO:10-11％、Fe2O3:1-3％、TiO2:1.5％和MnO:0.5％。
第二方面，本发明提供一种可固化多功能固井隔离液的制备方法，包括：
将珍珠岩玻化微珠进行表面处理；
基于各种原材料配比将原材料进行搅拌混合；
矿渣粉纳米离子激活；
胶凝材料颗粒级配、粘接提高强度。
其中，所述将珍珠岩玻化微珠进行表面处理的具体步骤是：
把珍珠岩矿粉碎100-120目，在105℃的温度下烘干；
将粉碎后的珍珠岩矿粉在玻化炉内玻化处理15分钟，温度为950-1100℃，然后降温到90-95℃；
将主液硫酸镍20g/L、还原剂次亚磷酸钠20g/L、络合剂柠檬酸钠25g/L、稳定剂醋酸铅1g/L、加速剂乙二酸2.5g/L混合，并调整PH到4.0～4.5，温度为90～95℃，沉积速度20um/小时，得到镀液；
按镀液喷到珍珠岩玻化微珠表面，形成厚度0.5-1.8um金属膜。
第三方面，本发明提供一种可固化多功能固井隔离液的制备装置，包括：
支撑组件、搅拌组件和清洗组件，所述支撑组件包括底座、支架和搅拌壳，所述底座与所述支架固定连接，并位于所述支架的一侧，所述搅拌壳具有进料口和第一出料口，所述搅拌壳与所述支架固定连接，并位于所述支架的一侧，所述搅拌组件包括转动杆、转动电机和多个搅拌杆，所述转动杆与所述搅拌壳转动连接，并位于所述搅拌壳内，所述转动电机的输出轴与所述转动杆固定连接，多个所述搅拌杆与所述转动杆转动连接，并位于所述搅拌壳内，所述清洗组件包括内壁清洗器和叶片清洗器，所述内壁清洗器与所述搅拌壳滑动连接，并位于所述搅拌壳内，所述叶片清洗器包括清洗壳、出料阀、进水管、水泵和密闭结构，所述清洗壳具有第二出料口，所述清洗壳与所述搅拌壳滑动连接，并位于所述第一出料口内，所述出料阀设置在所述第二出料口一侧，所述进水管与所述搅拌壳连接，并位于所述转动电机的一侧，所述水泵与所述进水管连通，所述密闭结构设置在所述清洗壳内。
其中，所述密闭结构包括密封块、气泵和通气管，所述密封块与所述清洗壳滑动连接，并位于所述清洗壳内，所述通气管与所述清洗壳连通，并位于所述清洗壳的一侧，所述气泵与所述通气管连通，并位于所述底座的一侧。
其中，所述叶片清洗器还包括清洗气缸，所述清洗气缸的输出杆与所述清洗壳固定连接。
其中，所述内壁清洗器包括清洗环、支撑环和连接管，所述支撑环与所述搅拌壳滑动连接，并位于所述搅拌壳内，所述清洗环具有多个喷水孔，所述清洗环与所述支撑环固定连接，并位于所述支撑环的一侧，所述连接管与所述清洗环连通，并穿过所述搅拌壳。
本发明的一种可固化多功能固井隔离液及其制备方法和装置，与传统的石油钻井固井施工使用的隔离液不同，可固化多功能固井隔离液具有多种性能：具有钻井液功能，长井段使用可确保井壁稳定；浆体密度可调，从1.10-1.50可随意调整，可实现平衡固井技术；具有胶凝材料性质，在温度25-30℃环境下能够凝固，72小时抗压强度大于等于3.5兆帕；有非常好的触变性能，防止固井施工过程中地层漏失，确保固井液安全返到地面。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种可固化多功能固井隔离液的制备方法的流程图；
图2是本发明的将珍珠岩玻化微珠进行表面处理的流程图；
图3是本发明的一种可固化多功能固井隔离液的制备装置的结构图；
图4是本发明的一种可固化多功能固井隔离液的制备装置的左侧结构图；
图5是本发明的一种可固化多功能固井隔离液及其制备方法和装置的右侧结构图；
图6是本发明的一种可固化多功能固井隔离液的制备装置沿中线的剖面示意图；
图7是本发明的一种可固化多功能固井隔离液的制备装置沿清洗环的剖面示意图。
1-支撑组件、2-搅拌组件、3-清洗组件、11-底座、12-支架、13-搅拌壳、21-转动杆、22-转动电机、23-搅拌杆、31-内壁清洗器、32-叶片清洗器、131-进料口、132-第一出料口、311-清洗环、312-支撑环、313-连接管、314-第二弹簧、315-第二气缸、321-清洗壳、322-出料阀、323-进水管、324-水泵、325-密闭结构、326-清洗气缸、327-密封圈、3111-喷水孔、3211-第二出料口、3251-密封块、3252-气泵、3253-通气管、3254-减振弹簧、3255-减振板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
第一方面，本发明提供一种可固化多功能固井隔离液，包括：基础材料10-15％、固化液材料15-20％、增强材料50-55％和减轻材料15-20％组成；
所述基础材料按重量计包括：95％～98％硅酸镁铝和2-5％聚乙烯醇类；
所述固化液材料按重量计包括75-80％矿渣粉、20-25％胶凝材料和0.1-0.5％缓凝剂；所述矿碴粉按重量计包括：CaO:30-40％、SiO2:30-35％、Al2O3:10-15％、MgO:10-11％、Fe2O3:1-3％、TiO2:1.5％和MnO:0.5％。
所述增强材料按重量计包括20-25％无机钙盐、25-30％有机钙盐、20-25％纳米SiO2、25-30％丁晴乳胶粉；
所述减轻材料按重量计包括：25-35％人造空心玻璃微珠、30-35％电厂漂珠和35-40％经过表面处理的珍珠岩玻化微珠。
在本实施方式中，常用的固井隔离液由清水和高分子聚合物组成。它们即没有钻井液的性能，也没有固井液的性能，它们只起到冲刷井壁、隔离钻井液和固井液的作用。本发明的可固化多功能固井隔离液，具有钻井液性能，同时又具有胶凝材料性能，把二者性能容于一体，并且和钻井液和固井液有非常好的相容性。从而使得同时具备钻井液特征、固井液特性、密度可以根据需要调整，固化后浆体抗压强度高，抗污染能力强。
第二方面，请参阅图1和图2，本发明还提供一种可固化多功能固井隔离液及其制备方法，包括：
S101将珍珠岩玻化微珠进行表面处理；
玻化微珠表面粗糙，吸附能力强，加量大了，使浆体变稠，浆体抗压强度低。为了使玻化微珠表面变得光滑、致密，增加颗粒抗压强度，采用化学度原理，在玻化微珠颗粒表面度上一层金属氧化物。这层金属氧化物有一定的活性，可以和胶凝材料发生作用，使玻化微珠颗粒表面变得光滑，硬度、强度都有所提高。所以浆体流动性变好，抗压强度增加。
具体步骤是：
S201把珍珠岩矿粉碎100-120目，在105℃的温度下烘干；
S202将粉碎后的珍珠岩矿粉在玻化炉内玻化处理15分钟，温度为950-1100℃，然后降温到90-95℃；
S203将主液硫酸镍20g/L、还原剂次亚磷酸钠20g/L、络合剂柠檬酸钠25g/L、稳定剂醋酸铅1g/L、加速剂乙二酸2.5g/L混合，并调整PH到4.0～4.5，温度为90～95℃，沉积速度20um/小时，得到镀液；
S204按镀液喷到珍珠岩玻化微珠表面，形成厚度0.5-1.8um金属膜。
S102基于各种原材料配比将原材料进行搅拌混合；
S103矿渣粉纳米离子激活；
潜胶凝材料矿渣粉，活性低，为了提高它的活性，一般采用物理激活和化学激活两种方法。物理激活主要提高它的细度，增强矿渣粉颗粒表面，提高它的活性。本发明利用化学法激活矿渣粉，对S95级矿渣粉激活，使它的活性大大增强。这种激活剂为纳米硅化合物、纳米钙化合物和纳米石膏三种材料，前两种各占30％，后一种占40％来激活潜胶凝材料矿渣粉。通过这三种纳米物质共同激活后，体系中会产生成大量的水化极快钙矾石胶凝材料。
S104胶凝材料颗粒级配、粘接提高强度。
利用颗粒级配原理，把水泥熟料加工成不同粒径的圆形颗粒，这些圆形颗粒分布在体系内，和其它颗粒形成各种多面体，由于水泥熟料颗粒具有活性，按照颗粒级配原则把其它颗粒粘接在一起，形成大的多面体整体。所以体系抗压强度大大提高。
第三方面，请参阅图3～图7，本发明还提供一种可固化多功能固井隔离液的制备装置，包括：
支撑组件1、搅拌组件2和清洗组件3，所述支撑组件1包括底座11、支架12和搅拌壳13，所述底座11与所述支架12固定连接，并位于所述支架12的一侧，所述搅拌壳13具有进料口131和第一出料口132，所述搅拌壳13与所述支架12固定连接，并位于所述支架12的一侧，所述搅拌组件2包括转动杆21、转动电机22和多个搅拌杆23，所述转动杆21与所述搅拌壳13转动连接，并位于所述搅拌壳13内，所述转动电机22的输出轴与所述转动杆21固定连接，多个所述搅拌杆23与所述转动杆21转动连接，并位于所述搅拌壳13内，所述清洗组件3包括内壁清洗器31和叶片清洗器32，所述内壁清洗器31与所述搅拌壳13滑动连接，并位于所述搅拌壳13内，所述叶片清洗器32包括清洗壳321、出料阀322、进水管323、水泵324和密闭结构325，所述清洗壳321具有第二出料口3211，所述清洗壳321与所述搅拌壳13滑动连接，并位于所述第一出料口132内，所述出料阀322设置在所述第二出料口3211一侧，所述进水管323与所述搅拌壳13连接，并位于所述转动电机22的一侧，所述水泵324与所述进水管323连通，所述密闭结构325设置在所述清洗壳321内。
在本实施方式中，所述搅拌壳13具有进料口131和第一出料口132，所述搅拌壳13与所述支架12固定连接，并位于所述支架12的一侧，从所述进料口131放入制备隔离液所需的原材料，在所述搅拌壳13中搅拌。所述搅拌组件2包括转动杆21、转动电机22和多个搅拌杆23，所述转动杆21与所述搅拌壳13转动连接，并位于所述搅拌壳13内，所述转动电机22的输出轴与所述转动杆21固定连接，多个所述搅拌杆23与所述转动杆21转动连接，并位于所述搅拌壳13内，所述转动电机22带动所述转动杆21转动，所述转动杆21带动所述搅拌杆23转动，所述搅拌杆23在离心力的作用下会张开，从而可以更加充分地和原材料进行搅拌，所述搅拌杆23为叶片状，在搅拌过程中可以和原材料相互作用而保持张开状态。所述清洗组件3包括内壁清洗器31和叶片清洗器32，所述内壁清洗器31与所述搅拌壳13滑动连接，并位于所述搅拌壳13内，所述内壁清洗器31可以相对所述搅拌壳13的内壁滑动而对内壁进行清洗，所述叶片清洗器32包括清洗壳321、出料阀322、进水管323、水泵324和密闭结构325，所述清洗壳321具有第二出料口3211，所述清洗壳321与所述搅拌壳13滑动连接，并位于所述第一出料口132内，所述出料阀322设置在所述第二出料口3211一侧，所述进水管323与所述搅拌壳13连接，并位于所述转动电机22的一侧，所述水泵324与所述进水管323连通，所述密闭结构325设置在所述清洗壳321内，搅拌完成后，所述密封结构滑落到所述清洗壳321底部使得混合物可以通过所述第二出料口3211排出，所述搅拌杆23停止转动而收拢到所述转动杆21附近，然后滑动所述清洗壳321和所述搅拌壳13顶部接触，通过所述进水管323和所述水泵324向所述清洗壳321内通水，同时转动所述转动杆21对所述搅拌杆23进行清洗，清洗水从所述第二出料口3211排出，从而可以对所述搅拌壳13内进行充分的清洗，并且节省水资源，从而解决现有设备不方便对内部进行清洗的问题。
进一步的，所述密闭结构325包括密封块3251、气泵3252和通气管3253，所述密封块3251与所述清洗壳321滑动连接，并位于所述清洗壳321内，所述通气管3253与所述清洗壳321连通，并位于所述清洗壳321的一侧，所述气泵3252与所述通气管3253连通，并位于所述底座11的一侧；所述密封结构还包括减振弹簧3254和减振板3255，所述减振板3255设置在所述清洗壳321内，所述减振弹簧3254设置在所述清洗壳321和所述减振板3255之间。
在本实施方式中，通过所述密封块3251可以在所述清洗壳321中滑动，所述气泵3252可以通过所述通气管3253往所述清洗壳321中通气以带动所述密封块3251上下滑动，在搅拌时供气以保持对所述密封块3251的支撑，搅拌完成后则可以放气，使得所述密封块3251下移，使得混合物从所述第二出料口3211排出。在下落的过程中所述密封块3251和所述清洗壳321接触会产生冲击，因此设置所述减振板3255和所述减振弹簧3254以减小冲击。另外为了保持支撑稳定，还可以在所述清洗壳321上设置滑动锁杆，通过所述滑动锁杆对所述清洗壳321进行限位，使得支撑更加稳定。
进一步的，所述叶片清洗器32还包括清洗气缸326，所述清洗气缸326的输出杆与所述清洗壳321固定连接。
在本实施方式中，通过所述清洗气缸326可以带动所述清洗壳321上下移动，使用更加省力。
进一步的，所述叶片清洗器32还包括密封圈327，所述密封圈327与所述密封块3251固定连接，并位于所述密封块3251靠近所述搅拌壳13的一侧。
在本实施方式中，所述密封圈327设置在所述密封块3251的一侧以增加所述密封块3251与所述清洗壳321的密封程度。
进一步的，所述内壁清洗器31包括清洗环311、支撑环312和连接管313，所述支撑环312与所述搅拌壳13滑动连接，并位于所述搅拌壳13内，所述清洗环311具有多个喷水孔3111，所述清洗环311与所述支撑环312固定连接，并位于所述支撑环312的一侧，所述连接管313与所述清洗环311连通，并穿过所述搅拌壳13。
在本实施方式中，所述支撑环312用于对所述清洗环311提供支撑，所述连接管313用于和外部供水管连接以提供高压水。当需要清洗时，所述搅拌杆23会收拢在所述转动杆21附近，然后所述支撑环312下滑，通过所述清洗环311喷水对所述搅拌壳13内壁进行清洗。
进一步的，所述内壁清洗器31还包括第二弹簧314和第二气缸315，所述第二气缸315的输出杆与所述连接管313固定连接，所述第二弹簧314设置在所述连接管313与所述搅拌壳13之间。
在本实施方式中，通过所述第二气缸315可以带动所述连接管313上下移动，更加方便省力，同时设置所述第二弹簧314方便在需要抬起时通过所述第二弹簧314的弹力自动抬起。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种可固化多功能固井隔离液，其特征在于，
所述可固化多功能固井隔离液由基础材料10-15％、固化液材料15-20％、增强材料50-55％和减轻材料15-20％组成；
所述基础材料按重量计包括：95％～98％硅酸镁铝和2-5％聚乙烯醇类；
所述固化液材料按重量计包括75-80％矿渣粉、20-25％胶凝材料和0.1-0.5％缓凝剂；
所述增强材料按重量计包括20-25％无机钙盐、25-30％有机钙盐、20-25％纳米SiO2、25-30％丁晴乳胶粉；
所述减轻材料按重量计包括：25-35％人造空心玻璃微珠、30-35％电厂漂珠和35-40％经过表面处理的珍珠岩玻化微珠。
2.如权利要求1所述的一种可固化多功能固井隔离液，其特征在于，
所述矿碴粉按重量计包括：CaO:30-40％、SiO2:30-35％、Al2O3:10-15％、MgO:10-11％、Fe2O3:1-3％、TiO2:1.5％和MnO:0.5％。
3.一种可固化多功能固井隔离液的制备方法，应用如制备如权利要求1-2任意一项所述的可固化多功能固井隔离液，其特征在于，
将珍珠岩玻化微珠进行表面处理；
基于各种原材料配比将原材料进行搅拌混合；
矿渣粉纳米离子激活；
胶凝材料颗粒级配、粘接提高强度。
4.如权利要求3所述的一种可固化多功能固井隔离液的制备方法，其特征在于，
所述将珍珠岩玻化微珠进行表面处理的具体步骤是：
把珍珠岩矿粉碎100-120目，在105℃的温度下烘干；
将粉碎后的珍珠岩矿粉在玻化炉内玻化处理15分钟，温度为950-1100℃，然后降温到90-95℃；
将主液硫酸镍20g/L、还原剂次亚磷酸钠20g/L、络合剂柠檬酸钠25g/L、稳定剂醋酸铅1g/L、加速剂乙二酸2.5g/L混合，并调整PH到4.0～4.5，温度为90～95℃，沉积速度20um/小时，得到镀液；
按镀液喷到珍珠岩玻化微珠表面，形成厚度0.5-1.8um金属膜。
5.一种可固化多功能固井隔离液的制备装置，用于制备如权利要求1-2所述的可固化多功能固井隔离液，其特征在于，
包括支撑组件、搅拌组件和清洗组件，所述支撑组件包括底座、支架和搅拌壳，所述底座与所述支架固定连接，并位于所述支架的一侧，所述搅拌壳具有进料口和第一出料口，所述搅拌壳与所述支架固定连接，并位于所述支架的一侧，所述搅拌组件包括转动杆、转动电机和多个搅拌杆，所述转动杆与所述搅拌壳转动连接，并位于所述搅拌壳内，所述转动电机的输出轴与所述转动杆固定连接，多个所述搅拌杆与所述转动杆转动连接，并位于所述搅拌壳内，所述清洗组件包括内壁清洗器和叶片清洗器，所述内壁清洗器与所述搅拌壳滑动连接，并位于所述搅拌壳内，所述叶片清洗器包括清洗壳、出料阀、进水管、水泵和密闭结构，所述清洗壳具有第二出料口，所述清洗壳与所述搅拌壳滑动连接，并位于所述第一出料口内，所述出料阀设置在所述第二出料口一侧，所述进水管与所述搅拌壳连接，并位于所述转动电机的一侧，所述水泵与所述进水管连通，所述密闭结构设置在所述清洗壳内。
6.如权利要求5所述的一种可固化多功能固井隔离液的制备装置，其特征在于，
所述密闭结构包括密封块、气泵和通气管，所述密封块与所述清洗壳滑动连接，并位于所述清洗壳内，所述通气管与所述清洗壳连通，并位于所述清洗壳的一侧，所述气泵与所述通气管连通，并位于所述底座的一侧。
7.如权利要求5所述的一种可固化多功能固井隔离液的制备装置，其特征在于，
所述叶片清洗器还包括清洗气缸，所述清洗气缸的输出杆与所述清洗壳固定连接。
8.如权利要求6所述的一种可固化多功能固井隔离液的制备装置，其特征在于，
所述内壁清洗器包括清洗环、支撑环和连接管，所述支撑环与所述搅拌壳滑动连接，并位于所述搅拌壳内，所述清洗环具有多个喷水孔，所述清洗环与所述支撑环固定连接，并位于所述支撑环的一侧，所述连接管与所述清洗环连通，并穿过所述搅拌壳。
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