空心玻璃微珠在石油开采领域的应用介绍

空心玻璃微珠的介绍

空心玻璃微珠是一种碱石灰硼硅酸盐玻璃材料，是一种微米级玻璃质的中空球体，具有质轻、电绝缘性和热稳定性好、耐腐蚀、不与任何酸（除了氢氟酸）以外的的酸发生反应等优点。同时其抗碎性能非常优异，最高可达到100MPa。这些优异的性能在钻井液、固井水泥和深海材料中发挥着至关重要的作用。

图中看出：微珠是一颗颗透明的微米级玻璃质密闭中空正球体，有坚硬的球壳，球体内充有稀薄气体。从在宏观上看是纯白色的粉末，最小颗粒粒径为2微米，其平均粒径为35微米。壁厚约为其直径的10%，而粒径大小不等可以形成粒径互补，具有合理填补空隙的特点。因为中空质轻的特点，所以微珠具有极低的导热系数，又是优良的隔热保湿材料。

空心玻璃微珠作为一种新型材料，它具有以下优点：

（1）密度低，在钻井液体系中均匀分散，可在0.25-0.60g/cm3之间进行密度调节。

（2）抗压能力强，可在5-100MPa之间进行调节。

（3）导热系数低，可在20℃时，进行温度调节。

空心玻璃微珠在油田开采领域的应用介绍

空心玻璃微珠在钻井液中的应用

• 空心玻璃微珠对密度的影响

随着油田的开发，经常面临着勘探开发难度大、目的层埋藏深、地层压力低的情况，这时多采用欠平衡钻井。因此，对钻井液的要求越来越高。为了减少漏失和保护油气层以及及时发现油气层，需要用钻井液的密度低于1.0g/cm³。而采用气基流体钻井、泡沫钻井液、油包水乳化钻井液、油基钻井液是容易的实现方式，但存在着诸多缺点，且钻井液本身性能调控困难、流变性和水力学计算复杂等现实问题难以解决。

在欠平衡钻井中应用高性能玻璃微珠有许多优势。加入玻璃微珠的钻井液密度下降明显，并且加量越大，钻井液密度越低。

• 空心玻璃微珠对钻井液稳定性的影响

由于微珠自身的热稳定性良好，且不与任何酸（除了氢氟酸）以外的酸发生反应，因此配有高性能玻璃微珠的钻井液稳定较好。

• 空心玻璃微珠对润滑性的影响

空心玻璃微珠对钻井液起到润滑作用。它呈球形结构，表面光滑，流动性能好。用它作为钻井液添加剂，可起到类似于轴承中滚珠的作用，很大程度地降低钻井液对钻杆的摩擦阻力，使钻头迅速下钻，提高机械钻速，并且降低钻头磨损。

空心玻璃微珠在固井水泥中的应用

一般传统上纯水泥大多数被用于钻井中，便是在特殊的情况下调节水泥的密度是成功完井和长效隔离的关键。有几种调节水泥浆密度的方法已经被 使用。这些方法可以单独使用也可以综合使用。比如：通过加水稀释法、加空心陶瓷微珠法、添加泡沫法等。水稀释法和添加泡沫法调节出的水泥性能不稳定。加空心陶瓷微珠法，而空心陶瓷微珠自身的强度不够，在水泥浆注入井内时会破碎，导致水泥浆密度上升。而在深井开采石油时，加入高性能空心玻璃微珠的水泥浆在注井过程中有一定的流动性，水泥浆注入井内，可以较快凝结，并在短期内达到相当强度，硬化后的水泥浆具有良好的稳定性和抗渗性、抗腐蚀性等。油井底部的温度和压力随着井深的增加而提高，每深入100m，温度约提高3摄氏度。压力增加1.0-2.2MPa。因此高温高压，对水泥各种性能影响，是油井水泥生产和使用的最主要的问题。高温作用使水泥浆的强度显著下降。使用添加了空心玻璃微珠的水泥浆，不仅密度降低而且能够承受长时间的高压强度及高温，这种轻质水泥的性能优于其他常规的轻水泥。

空心玻璃微珠在深海材料中的应用

空心玻璃微珠应用于浮体材料

浮体材料是海洋资源开发技术的重要组成部分。为了提高具有足够净浮力的深潜拖体、深潜器的耐压性、结构稳定性。传统的浮力材料一般采用聚酯泡沫、环氧树脂泡沫或其他发泡塑料，虽然成本低，但耐压强度低，浸水一段时间后，会吸水失去浮力，使用可靠性差。人们开始研制轻质高强固体浮力材料以替代传统浮力材料用于进行深海资源勘探和开采。

目前利用高性能空心玻璃微珠填充聚合物合成的深海高强浮力材料已有应用。它是环氧树脂为基质，填充一定时的空心玻璃微珠及其它添加剂等复合成轻质浮力材料。在深海的油气田勘探以及作业中体现出质轻、耐海水腐蚀、尺寸稳定、强度高、隔热性能良好等诸多的优势。

空心玻璃微珠应用于深海管道

近些年来，在深水中扩大深海勘探和生产中对于控制流动管道在长距离传送和在海水作业中热量散失已快速成为主要的技术投资。早期，深海管理只是涂了一些黑色涂料，但是保湿性能非常有限。随着一系列的材料替代而得到快速发展，尤其是高性能的玻璃微珠的应用，减低热导率和深海油气回收具有可行性。深海管道要求随着海底石油往更深处发展和更多的地理位置的要求而增加。在有深度和压力的环境时，通常会应用填充有玻璃微珠的泡沫绝缘材料，这使得深海管线可延伸50Km或者更远的海底。