3M中空玻璃微球在固井钻井中的应用
空心玻璃微珠在固井水泥方面的应用优势
高性能空心玻璃微珠在固井水泥方面的应用优势高性能空心玻璃微珠是一种中空的微米级圆球粉末状超轻质无机非金属材料，因性能优异，被誉为“复合材料之王”、“新时代的空间材料”、“魔粉”，是二十一世纪高端复合材料的主流品种，是近些年来在全世界特别是发达国家得到广泛应用的新型功能性工业填料，具有质量轻、强度高、隔热保温、流动性好、耐腐蚀等诸多独特的特点。
它是制造大飞机等航空航天器必需的特种材料，是海洋领域通用的基础材料，是军事工业不可或缺的核心材料，是油气田开采中最抗压的密度调节材料，是建筑、电子、化工、汽车、塑料、油漆涂料、体育用品、玻璃钢、代木、人造大理石等众多行业的特种功能性填充料，有着广阔的市场应用前景和神奇的产品应用效果。
固井水泥适用型号HN40、HN46、HN601、密度可调范围广，降低密度效果明显，保护油气层。
空心玻璃微珠低密度水泥浆较低能降低至0.70g/cc.目前，密度为1.10-1.15g/cc的空心玻璃微珠低密度水泥浆已在各大油田使用。
2、抗压前度高、高温高压下稳定性好等特点。
空心玻璃微珠属于无机非金属类材料，耐高温，化学稳定性好。
3、有助于降失水率。
空心玻璃微珠粒径较小，易在滤饼表面堵塞微小空洞从而形成致密滤饼。
4、可调整稠化时间。
5、流化性良好。
由于空心玻璃微珠是正球体，可与其他油井水泥添加剂配伍，故流变性良好完全满足固井要求。
6、充填率高。
空心玻璃微珠是小粒径的完美球体，可与微硅等外加剂紧密结合，充填率高。
7、防气窜性能优良，封隔油气水层。
含有空心玻璃微珠的干混料与各外加剂及水混合后可形成致密的网格结构，与套管胶结强度高，有效的封隔油气水层，防止漏失，污染油层，有效的防止地层其他腐蚀性气体或液体服饰套管。
8、空心玻璃微珠低密度水泥浆能有效地降低深海才有平台承重，有效分隔海水、防止腐蚀套管，同时空心玻璃微珠具有保温隔热功能，能有效阻止深海采油管道与海水的热量交换，防止钻井液、完井液及石油温度太低导致泵难吸。
高性能空心玻璃微珠的应用研究
刘亚辉：高性能空心玻璃微珠的应用研究 33高性能空心玻璃微珠的应用研究刘亚辉，冯建林，许传华（中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽 马鞍山 243004）摘 要：介绍了高性能空心玻璃微珠的特点，其作为一种多功能填料已经在塑料、玻璃钢、涂料、乳化炸药、石油开采、电磁红外等诸多领域得到广泛应用。
高性能空心玻璃微珠应用在塑料、玻璃钢、石油开采时，是一种密度调控剂，可以有效减低密度；在涂料中应用起到了保温隔热的作用；在乳化炸药中应用则起到了稳定剂、敏化剂的作用。
具有诸多功能的玻璃微珠将拥有更广阔的应用前景。
关键词：高性能空心玻璃微珠；功能填料；复合材料；应用高性能空心玻璃微珠(以下简称空心玻璃微珠)是一种新型节能、清洁轻质填料。
由于其具有中空、质轻、隔热保温、电绝缘强度高、耐磨、耐腐蚀、防辐射、隔音、吸水率低、化学性能稳定等特点。
在上个世纪90年代先后由美国3M公司和PQ公司进行批量生产，在国外空心玻璃微珠作为复合材料多功能填充剂，广泛应用于橡塑、涂料、玻璃钢、乳化炸药、石油钻探等领域。
国内对高性能空心玻璃微珠的应用起步较晚，但随着国人对其结构特点认识的逐步深入高性能空心玻璃微珠的使用被越来越多的领域所关注。
1 空心玻璃微珠特性空心玻璃微珠主要化学成分是碱石灰硼硅酸盐玻璃。
图1为空心玻璃微珠的偏光显微镜照片。
从图中看出：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，球体内充有稀薄的N2。
从在宏观上看是纯白色的粉末。
其粒径大小不等，最小颗粒粒径为2µm，其平均粒径为35µm。
壁厚约为其直径的10%。
因为中空使它具有质轻的特点，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[1]。
图1 空心玻璃微珠的偏光显微镜照片空心微珠作为一种新型的无机填料，它具有以下优点：(a)真密度小，容易在有机体系中均匀分散，而且可在0.25~0.60g/cm3之间进行密度调节。
(b)抗压能力强，可在2~60Mpa之间进行调节。
中空玻璃微珠低密度钻井液的现场应用工艺
轻 剂配 制 Ｘ ＭＡＧ生 物 聚合 物 正 电胶 聚 合 醇 水平 井
钻 井液 （ 密度 为 ０ ８ ／ ｍ ） ２ ５ ９ｍｍ 井 段 于 ． ５ｇ ｃ 。 。 １ ． ２０ ０ ７年 ３月 ２ ９日开钻 ，０ ７ ４月 ２ ２０ 年 ５日钻 至井深
ห้องสมุดไป่ตู้
相 容 性 好 ， 会 出 现 漂 浮 现 象 。 ＨＧＳ 钻 井 液 不 当 在 中的加 量 达到 ２ ～３ ￣ 左右 时 ， 井 液 的各项 性 ０ ０６ ／ 钻
井进行 了应用 。应 用 结果 表 明 ， 钻 井 液 具 有 密 度 该 低 、 散性 好 、 平 段 润 滑减 阻及 清 砂效 果 好 、 能 分 水 性 控 制容 易 和钻速 高 、 配制 安 全 等 特 点 。试 验 中也 出 现 了需 要进 一步 改进 的 固相控 制和 回收 等 问题 。
配方如 下 ： （ ～ ３ ） 润 土 ＋ ０ ２ Ｎａ ２ 膨 ． ＯＨ＋ （ ～ ２
１ 工 程 概 况
先导 工 艺试 验 井广 安 ０ ２Ｈ１井是 位 于川 渝 地 ０－
区的 １口大位 移井 ， 水平 段长 ２ １ ０ ０ｍ。该 井 水平 段 钻进 集 中应用 了 多项 先 进 钻 井 工艺 技 术 ： 用 进 口 使
摘 要 为 提 高 机 械 钻 速 、 小 对 产 层 的 污 染 ， 压 油气 藏 的钻 探 开 发 有 时 需使 用 密度 低 于 １ ｏ ／ ｍ 减 低 ． ｏｇ ｃ 。的钻 井
液 。 采 用 密 度 为 ０３ ～Ｏ ６ ／ｍ。的 中空 玻 璃 微 珠 ＨＧ ． ８ ． ０ｇ ｃ Ｓ配 制 出 了 密度 为 ０ ８ ／ｍ。生 物 聚 合 物 正 电 胶 聚 合 醇 ． ５ｇ ｃ
中图分类号 ： ２４３ ＴＥ ５ ． 文献标识码 ： Ａ
混凝土中空心玻璃微珠的应用技巧
混凝土中空心玻璃微珠的应用技巧混凝土中空心玻璃微珠是一种常用的建筑材料，它具有多种应用技巧。
本文将深入探讨混凝土中空心玻璃微珠的应用范围，展示其在建筑领域的用途，并分享一些技巧和建议。
1. 什么是混凝土中空心玻璃微珠？混凝土中空心玻璃微珠是一种由玻璃制成的微小颗粒，通常具有直径在10到100微米之间。
它们的表面光滑且呈球形，内部是中空的。
这种材料的特点是轻质、绝热、隔音和纤维增强。
2. 混凝土中空心玻璃微珠的应用范围混凝土中空心玻璃微珠在建筑领域中应用广泛。
以下是它们的一些常见用途：2.1 绝热层填充物混凝土中空心玻璃微珠可以用作绝热层的填充物。
添加适量的微珠到混凝土中，可以显著提高混凝土的绝热性能。
因为中空玻璃微珠的低导热性，它们可以有效地阻挡热量的传导，减少能耗。
2.2 隔音材料混凝土中空心玻璃微珠也可以用作隔音材料。
它们能够吸收和减少声波的传播，从而降低噪音污染。
这对于需要保持一定安静环境的场所，如图书馆、音乐厅和办公室等，非常重要。
2.3 纤维增强混凝土中空心玻璃微珠还可以用作纤维增强材料。
添加微珠到混凝土中，可以增加混凝土的强度和耐久性。
中空玻璃微珠的强度使得混凝土可以更好地承受压力和重量负荷。
3. 混凝土中空心玻璃微珠的应用技巧和建议为了获得最佳效果，以下是一些使用混凝土中空心玻璃微珠的技巧和建议：3.1 添加适量的微珠在混凝土中添加适量的微珠非常重要。
添加过多会导致混凝土的流动性变差，从而影响施工质量。
添加过少则可能无法达到预期的效果。
建议根据具体施工要求和综合技术条件来确定添加的微珠量。
3.2 控制掺和比例除了微珠的量，掺和比例也是影响混凝土性能的重要因素。
不同的使用场景和要求可能需要不同的比例掺和。
在需要绝热的环境中，可以增加微珠的比例以提高绝热性能。
3.3 注意微珠的质量和规格微珠的质量和规格也会对混凝土的性能产生影响。
建议选择质量稳定、规格一致的中空玻璃微珠，并遵循相关的质量标准和规范。
中空玻璃微球在固井钻井中的应用PPT文档65页
中空玻璃微球在固井钻井中的应用
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
空心玻璃微珠在各行业领域中的应用
《空心玻璃微珠》在各行业中的应用空心玻璃微珠的简介：空心玻璃微珠（中空玻璃微珠）是一种微小，中空的圆球状粉末。
粒径可根据需要在30-100微米之间任意选择，密度在0.1-0.7g/m3。
具有重量轻体积大、导热系数低、抗压强度高，分散性、流动性、稳定性好的优点。
另外，还具有绝缘、自润滑、隔音、不吸水、耐火、耐腐蚀、防辐射、无毒等优异性能。
本产品可直接填充于绝大部分类型的热固性、热塑性树脂产品中，起到减轻产品重量，降低成本，消除产品内应力确保尺寸稳定性，挺高抗压、抗冲击性、耐火度、隔音隔热性、绝缘性等作用！并且还可以取缔部分青铜粉、二氧化钼和白炭黑等一些昂贵的填充料。
空心玻璃微珠，是由无机材料构成的。
按化学成分有：二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁、硅酸钠等。
其粒径十到几百微米，为内部充斥CO2气体的封闭微型球体。
并且具有质轻、低导热、无毒、不燃、化学稳定性好、高分散等优点。
是人造大理石、玻璃钢、原子灰、油漆、塑料、砟药、化工、建材等行业极好的产品填充剂。
（1）空心玻璃微珠在液晶显示器（LCD)隔垫材料中的应用：液晶显示器在隔垫材料是当今国内外研究的热点，这也是玻璃微珠较有前途的应用之一。
目前，LCD隔垫材料经常使用的是各种有机粒子，也有采用磨碎光纤的，这些材料均存在着不同程度的缺点。
玻璃微珠有足够的抗压、耐热、抗腐蚀以及优良的电绝缘性，且对显示器机体的粘度和流动性以及液晶高分子的扭曲和超扭曲行为影响较小。
其次，玻璃微珠的的各向同性无择优取向，又与热塑性，热固性高聚物有着良好的相溶性，可采用多种工艺压模成型，是一种理想的材料。
（2）空心玻璃微珠在塑料、橡胶领域中的应用：在塑料工业中，玻璃微珠是近年来发展的一种无机粉末填料，填充能力较高，用它填充的塑料有优异流变加工性能，收缩均匀，抗冲击能力增加等优点。
玻璃微珠用于超高分子量聚乙烯材料的填充，既充当了改善加工流动性的固体润滑剂，又可对超高分子量聚乙烯材料的综合力学性能进行改性，以提高其强度和耐磨性等。
空心玻璃微珠产品性能特点及应用
空心玻璃微珠
空心微珠是一种中空的圆球粉末状性能优异的超轻质无机非金属新材料，它将成为二十一世纪新型复合材料的主流。
其真密度在0.20-0.60/cm3, 粒径在2-125微米之间。
具有重量轻、体积大，导热系数低，抗压强度高、吸油率低、分散性和流动性好、化学稳定性高等特点。
是保温涂料、热固性塑料、玻璃钢、SMC、人造石等产品的优质填料；是乳化炸药优良的敏化剂，增加乳化炸药的存贮时间，改善乳化炸药的敏化性和稳定性；油气田开采行业利用其低密度高抗压的特点配制低密度固井水泥浆和低密度钻井液。
空心玻璃微珠如果密度太轻其抗压强度就会降低，如果选择型号不当，应用在产品里性能会大幅度下降。
如果能够成功的将其和制品结合，就可大大地降低制品的密度及使用成本。
不同型号的空心玻璃微珠会对你的工艺条件、产品质量和生产成本产生不同的影响，请参照上表或者咨询我司技术顾问，选择最适合你的空心微珠产品。
降低固井水泥浆密度的新技术
文章编号:1001 5620(2006)04 0047 03降低固井水泥浆密度的新技术Fred Sabins(固井解决方案公司(Cement ing Solut ions,Inc),美国)摘要 针对现有低密度固井水泥浆存在的一些问题,介绍了一种有效降低水泥浆密度的新技术,即使用新型密度减轻材料 美国3M 公司生产的中空玻璃微球(HG S)作为密度减轻剂。
介绍了中空玻璃微球H GS 的基本特点,对H GS 低密度水泥浆进行了杨氏模量和抗张强度实验、压力和温度循环下的胶结强度实验、钻穿测试实验及现场测试,并与泡沫水泥浆和硅酸钠水泥浆进行了对比。
实验及测试结果表明,添加了中空玻璃微球H GS 的水泥浆有效地降低了密度,并且其混合、泵送及抗压强度、胶结质量等完全可以满足井下作业的要求。
关键词 固井 固井质量 低密度水泥浆 水泥浆添加剂 中空玻璃微球中图分类号:T E256文献标识码:A针对低密度固井水泥浆的应用日益增多及现阶段常用的一些低密度固井水泥浆存在的问题,提供了一种新的解决方案,即使用新型密度减轻材料 美国3M 公司生产的中空玻璃微球研制的新型低密度固井水泥浆体系。
1 传统低密度水泥浆体系的局限性以水作为密度减轻剂的传统低密度水泥浆最低密度为1.5g/cm 3,并且需要添加能够吸水并保持水泥均相的物质。
虽然这种水泥浆成本低,但其抗压强度低,在强压下无法提供长期层间封隔。
使用空心微珠可以使水泥浆密度降至1.35g /cm 3。
空心微珠是从火力发电的副产物 粉煤灰中通过漂选获得的,因此其质量较差,抗压强度较低(一般上限为13.8~20.7M Pa),闭空率较低,水容易进入使空心微珠密度很难控制,使其应用受到了较大限制。
使用氮气的泡沫水泥浆通常用来防止低压储层的循环漏失。
但其渗透性高,抗压强度低,因此会导致固井失败和更高的完井成本。
而且泡沫水泥浆施工设备较多,使用程序复杂,不易操作,并且存在井内摩阻较大(导致循环漏失)、难以控制固井质量、无法使用声波和超声波测量工具等局限性。
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2021/3/7
CHENLI
新型低密度水泥浆
漂珠低密度水泥浆 3M中空玻璃微球低密度水泥浆
2021/3/7
CHENLI
新型高性能低密度水泥浆
紧密堆积理论
•
水泥浆中的水可分为两部分，一部分水用于润湿水泥颗粒表面，形成水膜，
并参与水泥的水化，称之为“水化水”，另一部分水充填在水泥颗粒之间的
空隙，称之为“充填水”。
2021/3/7
CHENLI
低密度水泥浆的要求
沉降稳定性好，不易分层，上下密度差不超过0.05 g/cm3 有较好的流变性能，n值大于0.70，k值小于0.20 失水量小，API失水控制在100ml以内 抗压强度符合施工要求，常压24小时抗压强度大于6Mpa 稠化时间适合施工要求，调整缓凝剂加量能使水泥浆体系稠化时间大于 120min 过度时间短，防气窜性能好，SPN值小于4
最近几年，中国石油集团工程技术研究院用泡沫水泥在 长庆油田的低压浅层易漏油气井中成功进行了现场实验 ，泡沫水泥浆密度1.3-1.35 g/cm3，
此后，又用开发的低密高强水泥浆在大港、长庆等油田 欠平衡钻井固井中进行了应用实验，水泥浆最低密度 1.3 g/cm3，其综合性能均可满足目的层封固要求
CHENLI
小小微球… …蕴含科技
2021/3/7
CHENLI
HGS 电镜照片
2021/3/7
CHENLI
HGS 概况
项目 包装体积密度/真实颗粒密度 吸油性 稳定性 酸溶性 美国LC50标准生化测试
挥发性 含碱度 PH 表观 流动性
2021/3/7
特性 55％---68％ 0.2---0.6 g/cc 600°C时开始变软 99.5％ 按标准EPA Drilling Fluids Toxicity Test, 40 C.F.R. 435, Subpant A, Appendix 2. 最大为重量的0.5％ 0.5毫克当量 9.1—9.9 白色 好
3M高强度中空玻璃微球 在低密度固井和钻井中的应用
3M中国有限公司
2021/3/7
CHENLI
目录
3M公司简介 中空玻璃微球产品介绍 HGS低密度固井水泥浆 HGS低密度钻井液 致谢
2021/3/7
CHENLI
3M公司简介
创始于1902年，全球五百强企业，2006年产值229 亿美元，中国产值10亿美元 全球雇员69000人，遍布61个国家 67000种产品，涵盖生产生活的方方面面 创新为本，每年500种新产品问世，销售额有40％ 是最近4年的新产品
常用低密度水泥浆的适用范围
膨润土低密度水泥浆的最低密度限制值是1.60 g／cm3 粉煤灰低密度水泥浆的最低密度限制值是1.55 g／cm3 硅藻土低密度水泥浆体系的最低密度限制值是1.50 g／cm
漂珠低密度水泥浆体系的最低密度限制值是1.38 g／cm3
泡沫水泥可以使水泥浆密度低于1.0 g／cm3，最低0.72 g／cm3
外
发
降低至0.98g/cm3，其抗压强度可与正常密度的水泥浆
展 历
相当，渗透率比正常密度的水泥石低十倍，并进行了成
程
功应用。
2021/3/7
CHENLI
国 内 发 展 历 程
2021/3/7
低密度水泥浆发展历程
80 年代以来，克拉玛依油田的低压浅层易漏油气井， 辽河油田的低压稠油热采井及中原油田的中深易漏油气 井中使用了漂珠水泥浆固井，但水泥浆强度较低。
•
水泥浆中水的用量直接影响抗压强度的发展，在水泥浆中使用合适的减阻剂
可以减少水化水的用量，但不能减少充填水的用量。充填水的量取决于系统
的堆积密度，要减少充填水，就必须提高系统的堆积密度。
•
在水泥浆中，空隙空间通常被水充填，如果在水泥浆中对固相颗粒大小分布
优化，采用三种或更多的不同尺寸的颗粒进行级配，通过调节混合固相的大
2021/3/7
CHENLI
常用低密度水泥浆的适用范围
几种常用低密度水泥浆的极限密度
2
1.6 1.5
1.55
1.5
1.38
1
0.72
0.5
0
膨闰土
粉煤灰
硅藻土
漂珠
泡沫
几种常用低密度水泥浆的极限密度
2021/3/7
CHENLI
常用低密度水泥浆的问题
低密度水泥由于外掺料的大量掺入，致使水泥浆密度的降低和水泥浆性能发 生矛盾，突出表现在以下几方面： 水泥浆体系稳定性差，体系分层离析； 水泥浆失水量难以控制； 泥浆流变性差，泵送困难； 水泥石强度发展慢，强度低，水泥浆石渗透性高，易引起腐蚀性介质的腐蚀， 尤其是水泥浆密度低于1.10g/cm3时； 泡沫水泥浆和漂珠水泥浆等随着压力增大，泡沫和漂珠易破碎，密度增加很 快，所以在井底条件下，水泥浆的实际密度有所上升。
八十年代 高强度空心微珠水泥浆，密度最低0.96g/cm3 泡沫水泥浆，密度低达0.72 g/cm3
九十年代 斯仑贝谢Revil P等利用紧密堆积理论，设计配制的低 密度水泥浆性能可与常规密度水泥浆的性能相媲美
CHENLI
低密度水泥浆发展历程
目前斯仑贝谢公司采用3M公司生产的密度为0.38
国
的具有高强度抗压缩的空心玻璃微珠，可将水泥浆密度
2021/3/7
CHENLI
HGS中空玻璃微球介绍
外形: 中空球形单体
成分: 耐热碱石灰硼硅酸盐
粒径: 10－90微米 承压能力: 2000 到 18,000 psi （14MPa到124MPa） 真实密度: 0.32 g/cc to 0.60 g/cc
~ 1-2 µ m ~ 1-2 µ m 平均: ~ 40 µ m
小分布，就能改变固相的堆积体积分数，从而增加抗压强度和降低孔隙度和
渗透率。
2021/3/7
CHENLI
新型高性能低密度水泥浆
漂珠
2021/3/7
CHENLI
G级水泥 微硅和超细水泥
新型高性能低密度水泥浆
根据紧密堆积理论，在组成水泥浆固相中应该有3种或三种以上尺寸的颗粒，
在选择干混材料时，不仅要考虑材料的密度，与水泥的相溶性，还要考虑材
CHENLI
HGS中空玻璃微球规格型号
2021/3/7
CHENLI
低密度固井水泥浆
低密度水泥浆的发展历程 低密度固井水泥浆简介 3MHGS高强度低密度水泥浆性能测试 应用
2021/3/7
CHENLI
国 外 发 展 历 程
2021/3/7
低密度水泥浆发展历程
六十年代 使用以膨润土、硅藻土、膨胀珍珠盐、水玻璃、硅质充 填物等材料配制低密度水泥浆，最低密度1.318g/cm3