本發(fā)明涉及測試中空玻璃微球抗壓性能的方法及其裝置和應用，屬于石油開采技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著油田勘探步伐的加快，帶動了石油鉆探技術(shù)的不斷提高，同時也為油氣井固井作業(yè)提出了更多難題，特別是隨著復雜井、長封固段井和易漏失井的增加，常規(guī)密度水泥漿體系已不能滿足其固井質(zhì)量要求。為改善固井質(zhì)量，解決低壓易漏層水泥漿漏失、減少水泥漿對油氣儲層的損害，常常需要選用低密度水泥漿體系進行固井作業(yè)。

以二氧化硅和三氧化二鋁為主要化學成分的中空玻璃微球是低密度水泥漿體系常用的減輕劑之一，具有顆粒細、中空、質(zhì)輕、高強度、耐磨、耐高溫、保溫絕緣、絕緣阻燃等多種特性。但是，中空玻璃微球應用到低密度水泥漿中時，伴隨著井下壓力以及溫度的升高容易破碎，從而使整個水泥漿體系減小，導致水泥漿密度嚴重增大，從而造成固井失敗。因此在使用中空玻璃微球作為水泥漿減輕劑之前，需要對中空玻璃微球的抗壓性能進行測試，提前判定中空玻璃微球是否能夠在目標井內(nèi)作為減輕劑使用在固井水泥漿中。

目前，中空玻璃微球抗壓強度的測定一般是通過向單顆粒中空玻璃微球進行施壓從而判斷其抗壓程度。但是，單顆粒微球的抗壓強度測試困難，并且數(shù)據(jù)不具有統(tǒng)計意義，無法真實客觀的反應出中空玻璃微球的抗壓性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種測試中空玻璃微球抗壓性能的方法及其裝置和應用，用來彌補現(xiàn)有技術(shù)的中空玻璃微球的抗壓強度的測量方法過于簡單，從而造成 測量數(shù)據(jù)無法真實客觀反應中空玻璃微球抗壓性的缺陷。

本發(fā)明提供一種測試中空玻璃微球抗壓性能的方法，包括如下順序進行的步驟：

1)將中空玻璃微球裝入具有開口的彈性橡膠球中，隨后用水充滿彈性橡膠球，并密封所述開口；

2)調(diào)節(jié)所述彈性橡膠球所處的環(huán)境的溫度、壓力至目標溫度、目標壓力，并使所述彈性橡膠球在目標溫度以及目標壓力下保持100～180min；

3)從彈性橡膠球中取出完好的中空玻璃微球和破碎的中空玻璃微球，分別進行烘干后稱重，并通過式1得到中空玻璃微球的完好率：

式1

式1中，P為中空玻璃微球在目標溫度以及目標壓力下的完好率，M1為完好的中空玻璃微球的質(zhì)量，M2為破碎的中空玻璃微球的質(zhì)量。

在步驟1)中，選取的中空玻璃微球以及水需要充滿彈性橡膠球，從而使中空玻璃微球能夠在后續(xù)的加壓環(huán)境中感應到壓力的變化并針對施加的壓力做出相應的轉(zhuǎn)變，增強測試數(shù)據(jù)的客觀性。另外，由于后續(xù)多會對彈性橡膠球加熱，使其處于高溫環(huán)境，因此，彈性橡膠球的材質(zhì)需耐熱，保證在目標溫度下不發(fā)生任何物理和化學變化。

步驟2)中，將密封好的彈性橡膠球放置于一個能夠?qū)毫囟冗M行的環(huán)境，例如高溫高壓釜中，并調(diào)節(jié)該環(huán)境的溫度至目標溫度，調(diào)節(jié)該環(huán)境的壓力至目標壓力，在整個調(diào)節(jié)過程中，彈性橡膠球中的中空玻璃微球都會時時感應到外界溫度以及壓力的變化，并會針對該溫度壓力條件做出相應的轉(zhuǎn)變。為了進一步提高測試數(shù)據(jù)的準確性，當環(huán)境溫度壓力調(diào)節(jié)至目標溫度以及目標壓力后，彈性橡膠球需要在該環(huán)境下繼續(xù)保持100～180min。

一般的，中空玻璃微球在目標溫度目標壓力下會發(fā)生破碎，因此在步驟3)中，將彈性橡膠球中的內(nèi)容物取出并對內(nèi)容物進行分類，將完好的中空玻璃微球進行烘干，稱重M1，將破碎的中空玻璃微球進行烘干，稱重M2，隨后通過式1計算出中空玻璃微球在目標溫度目標壓力下的完好率，通過該完好率表征中空玻璃微球在目標溫度目標壓力下的抗壓性能。由于實驗過程中總會存在一些誤差，會有或多或少的中空玻璃微球損失掉，因此在式1中，以測試后的總重(M1+M2)來計算中空玻璃微球的完好率，若以初始放入彈 性橡膠球的中空玻璃微球的質(zhì)量計算中空玻璃微球完好率，可能會導致該值小于實際值。

本發(fā)明的測試中空玻璃微球抗壓性能的方法原理可靠，操作簡便，通過使中空玻璃微球處于變溫變壓的環(huán)境下并針對變溫變壓做出相應改變，真實反映出中空玻璃微球的抗壓性能，為中空玻璃微球的抗壓性能的評價提供了客觀的具有參考價值的數(shù)據(jù)。

進一步地，步驟1)中，所述中空玻璃微球為50～60g，所述水的體積為100～200mL。將中空玻璃微球?qū)⒖刂圃谠撡|(zhì)量范圍內(nèi)，能夠有效的反映出中空玻璃微球之間在相互接觸施力的同時如何針對外界溫度壓力做出真實的轉(zhuǎn)變。由于彈性橡膠球內(nèi)必須充滿，在裝入中空玻璃微球后，可以用水充滿彈性橡膠球的剩余空間。因此，彈性橡膠球的體積近似或等同于50～60g中空玻璃微球與100～200mL水的混合體積。

進一步地，步驟3)包括：打開所述彈性橡膠球，將所述彈性橡膠球中的內(nèi)容物倒入燒杯中，靜置，所述燒杯下層出現(xiàn)的沉降物為所述破碎的中空玻璃微球，所述燒杯上層出現(xiàn)漂浮物為所述完好的中空玻璃微球；其中，控制所述靜置時間至少為24h。

具體的，為了容易對彈性橡膠球中的中空玻璃微球進行分類處理，可以將彈性橡膠球中的內(nèi)容物倒入燒杯中，由于破碎的中空玻璃微球體積減小會沉降在燒杯中的底部，完好的中空玻璃微球會漂浮在燒杯水面上，通過長時間的靜置，完好的中空玻璃微球與破碎的中空玻璃微球會清楚的被分開，從而分別對兩種中空玻璃微球進行烘干、稱重。

進一步地，所述中空玻璃微球的直徑為30～100μm。

本發(fā)明還提供一種測試中空玻璃微球抗壓性能的裝置，包括：

耐高溫高壓釜體，其上設(shè)有加熱部和進口，所述進口用來向所述耐高溫高壓釜體輸送導熱介質(zhì)；

貯存罐，其與所述進口連接，并且在所述貯存罐與所述進口之間設(shè)有自動增壓泵；

控制部，分別與所述加熱部、自動增壓泵電連接。

其中，耐高溫高壓釜體中可以放置彈性橡膠球，為彈性橡膠球提供變溫變壓的環(huán)境，當設(shè)定好目標溫度和目標壓力后，控制部，例如計算機等，通 過加熱部使高溫高壓釜體的溫度到達目標溫度，控制部通過控制自動增壓泵向溫高壓釜體輸送導熱介質(zhì)使高溫高壓釜體的壓力到達目標壓力。

本發(fā)明的測試中空玻璃微球抗壓性能的裝置組成簡單，易于操作，為中空玻璃微球提供了變溫變壓的環(huán)境，為中空玻璃微球抗壓性能的測試提供了良好的實現(xiàn)基礎(chǔ)。

進一步地，還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器一端連接在所述自動增壓泵與所述進口之間，另一端與控制部連接。壓力傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對耐高溫高壓釜體內(nèi)的壓力實現(xiàn)實時監(jiān)控。

進一步地，所述加熱部包括內(nèi)熱電偶，所述內(nèi)熱電偶的一端與所述控制部連接，所述內(nèi)熱電偶的另一端與所述導熱介質(zhì)接觸。

進一步地，所述加熱部還包括外熱電偶，所述外熱電偶的一端與所述控制部連接，所述外熱電偶的另一端與所述高溫高壓釜的內(nèi)壁接觸。

在一具體實施方式中，所述導熱介質(zhì)為熱傳導油。

本發(fā)明還提供了上述任一所述的裝置在測試低密度水泥漿用中空玻璃微球抗壓性能上的應用。該低密度水泥漿用來實現(xiàn)對汽油井進行固井。具體地，在將中空玻璃微球作為減輕劑加入低密度水泥漿中之前，可以使用上述的裝置對多種中空玻璃微球的抗壓性能進行測試，從而獲知各種中空玻璃微球在井內(nèi)溫度及壓力下的抗壓性能，進而根據(jù)該抗壓性能選取合適的中空玻璃微球以及合適的固井工作條件。

本發(fā)明提供的測試中空玻璃微球抗壓性能的方法及其裝置和應用，結(jié)合低密度水泥漿固井時上下溫度差、壓力差大的實際情況，模擬油氣田固井注水泥升溫升壓過程以及井下高溫高壓條件，原理可靠，操作方便，能有效確定低密度水泥漿用中空玻璃微球在升溫升壓過程以及在高溫高壓條件下的抗壓性能，為低密度水泥漿的進一步應用提供科學依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的測試中空玻璃微球抗壓性能的裝置。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的實 施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

圖1為本發(fā)明實施例的測試中空玻璃微球抗壓性能的裝置。請參考圖1，該裝置100包括耐高溫高壓釜體1，貯存罐2，控制部3。高溫高壓釜體1上設(shè)有加熱部和進口4，進口4用來向耐高溫高壓釜體1輸送導熱介質(zhì)5。貯存罐2與進口4連接，并且在貯存罐2與進口4之間設(shè)有自動增壓泵6?？刂撇?分別與加熱部、自動增壓泵6電連接。其中，該加熱部包括內(nèi)熱電偶7和外熱電偶8。

控制部3能夠根據(jù)設(shè)定的目標壓力控制自動增壓泵6從貯存罐2中抽取熱傳導油5至耐高溫高壓釜體1中，直至耐高溫高壓釜體1中的壓力與目標壓力相同；控制部3還能夠根據(jù)設(shè)定的目標溫度控制內(nèi)熱電偶7對耐高溫高壓釜體1中的熱傳導油5加熱，直至耐高溫高壓釜體1中的溫度與目標溫度相同。

該裝置100還包括壓力傳感器9，壓力傳感器9一端連接在自動增壓泵6與進口4之間，另一端與控制部3連接。壓力傳感器9能夠?qū)崟r反映耐高溫高壓釜體1中的壓力。

在使用時，可以通過將中空玻璃微球10和水11放入彈性橡膠球12中后，將彈性橡膠球12再放入耐高溫高壓釜體1中，實現(xiàn)中空玻璃微球9在目標溫度目標壓力下的抗壓性能測試。

測試中空玻璃微球的抗壓性能：本實驗采用上述測試中空玻璃微球抗壓性能的裝置100分別針對國產(chǎn)中空玻璃微球與進口3M中空玻璃微球進行抗壓性能的測試。

國產(chǎn)中空玻璃微球：

1)用電子天平秤取55g國產(chǎn)中空玻璃微球裝入彈性橡膠球中，再向彈性橡膠球中注水直至充滿彈性橡膠球，密封彈性橡膠球。經(jīng)測量水為150mL。

2)將上述彈性橡膠球裝入耐高溫高壓釜體1中，依據(jù)GB/T19139-2003 標準中稠化實驗的相關(guān)測試選取三組目標溫度、目標壓力、升溫升壓時間以及保溫保壓時間(見表1)，利用測試中空玻璃微球抗壓性能的裝置100對國產(chǎn)中空玻璃微球在三組實驗條件下進行抗壓性能測試。在溫度和壓力的共同作用下，彈性橡膠球中的中空玻璃微球會發(fā)生破碎。

3)實驗結(jié)束后，將橡膠球中的內(nèi)容物倒入燒杯中靜置24h，對浮在燒杯上層的完好中空玻璃微球進行烘干稱重，記為M1；對沉在燒杯底部的破碎中空玻璃微球進行烘干稱重，記為M2。按照式1，對國產(chǎn)中空玻璃微球在三組實驗條件下的完好率P進行計算，結(jié)果見表1。

式1

進口3M中空玻璃微球：

1)用電子天平秤取進口3M中空玻璃微球55g裝入彈性橡膠球中，再向彈性橡膠球中注水直至充滿彈性橡膠球，密封彈性橡膠球。經(jīng)測量水為160mL。

2)將上述彈性橡膠球裝入耐高溫高壓釜體1中，依據(jù)GB/T19139-2003標準中稠化實驗的相關(guān)測試選取三組目標溫度、目標壓力、升溫升壓時間以及保溫保壓時間(見表1)，利用測試中空玻璃微球抗壓性能的裝置100對進口3M中空玻璃微球在該三組實驗條件下進行抗壓性能測試。在溫度和壓力的共同作用下，彈性橡膠球中的中空玻璃微球會發(fā)生破碎。

3)實驗結(jié)束后，將橡膠球中的內(nèi)容物倒入燒杯中靜置24h，對浮在燒杯上層的完好中空玻璃微球進行烘干稱重，記為M1；對沉在燒杯底部的破碎中空玻璃微球進行烘干稱重，記為M2。按照式1，對進口3M中空玻璃微球在三組實驗條件下的完好率P進行計算，結(jié)果見表1。

式1

表1 中空玻璃微球在不同溫度壓力下的完好率

由表1可知，本發(fā)明能夠準確模擬固井水泥漿升溫升壓過程以及高溫高壓的井下環(huán)境，并且隨著壓力溫度的升高，國產(chǎn)中空玻璃微球以及進口3M中空玻璃微球的完好率均表現(xiàn)下將，因此能夠在進行固井作業(yè)前，參考使用本發(fā)明測試方法對即將使用的中空玻璃微球進行目標溫度目標壓力下的抗壓性能測試，從而確定合適的作業(yè)條件。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。