【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属矿产品加工及油井水泥固井用外掺料，具体涉及一种超细球形氧化锰及其制备方法及应用。
技术介绍
1、油气勘探开发过程中，在高压油气层、盐膏层、高压水层和不稳定地层等复杂条件进行固井作业时，为了提高液柱压力压稳地层，防止井喷和盐膏层蠕变破坏套管或钻具等，需要采用高密度或超高密度水泥浆体系固井，使固井过程中液柱压力与地层压力达到相对平衡。在石油固井作业中，常规的水泥浆体系常常面临摩阻高、流变性能差以及顶替效率低等问题。这些问题不仅影响了固井作业的效率，还可能对固井质量产生不良影响。为了解决这些问题，研究人员开始探索在水泥浆中添加特殊的加重材料外加剂，如球形氧化锰粉，来获得高密度、超高密度水泥浆水泥浆体系。加重材料性能的不同，会直接影响到配置出的高密度水泥浆的性能，更会对整个的固井质量造成非常重大的影响。所以，高性能加重材料的研制对于固井工作的发展具有相当重要的意义。
2、固井过程中，水泥浆在管道中的流动会受到摩擦阻力的影响，导致摩阻高。这不仅对固井设备要求高，还会降低水泥浆顶替效率，影响固井质量。球形氧化锰粉因其独特的球形结构和较小的粒径，能够在水泥浆中起到润滑作用，降低水泥浆与管道壁之间的摩擦系数，从而有效降低摩阻。常规加重材料配制的高密度水泥浆体系，在固井过程中往往表现出较差的流变性能，往往导致顶替不完全，留下空隙或形成不稳定的界面。由于球形氧化锰粉的加入，水泥浆的顶替效率得到显著提高。其优异的流动性和分散性使得水泥浆能够更容易地进入井筒的微小空隙中，实现更完全的顶替，减少了空隙和不稳定界面的形成，有利
3、综上所述，球形氧化锰粉作为一种重要的外加剂，在改变常规水泥浆体系摩阻高、流变性能差以及提高水泥浆顶替效率等方面具有显著的优势。然而，目前关于球形氧化锰粉的制备方法和应用研究仍相对较少。因此，开发一种简单、高效、经济的超细球形氧化锰制备方法，并将其应用于石油固井领域，对于提高固井质量、促进石油工业的可持续发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超细球形氧化锰及其制备方法及应用，该方法制备的超细球形氧化锰密度≥4.6g/cm3、粒径分布d50＜6μm、d90＜20μm、颗粒球形率≥96％，属于高密度、微米级球形加重材料，将该高密度、微米级球形加重材料应用于钻井液、水泥浆中，较于传统加重材料具有沉降稳定性好、耐腐蚀、降低钻具磨损等优良特性，对于取代国外进口高端加重剂产品而言具有重要意义。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、一种超细球形氧化锰，所述超细球形氧化锰，是将经表面改性剂改性后超细氧化锰粉末进行高温球化所得；所述改性是指将表面改性剂与超细氧化锰粉末混合，使改性剂均匀吸附在超细氧化锰粉表面。
4、在本方案的一种优选实施例中，所述的超细氧化锰粉粒径d50为3.0μm～5.5μm，d90为10.0μm～20.0μm。
5、在本方案的一种优选实施例中，表面改性剂包括但不限于γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯等偶联剂、季铵盐类、聚氧乙烯醚类表面活性剂中任意一种；表面改性剂与分级后的超细氧化锰粉末的混合比例为0.5～2：100。
6、用于制备上述超细球形氧化锰的方法，包括以下步骤：
7、s1、氧化锰粉除杂、干燥；
8、s2、氧化锰粉气流超微粉碎；
9、s3、将气流超微粉碎后的氧化锰粉分级，得超细氧化锰粉末；
10、s4、将表面改性剂与分级后的超细氧化锰粉末混合、搅拌，得表面改性后的超细氧化锰粉末；
11、s5、将表面改性后的超细氧化锰粉末送入球化装置中，在高温球化炉中球化得超细球形氧化锰粉。
12、在本方案的一种优选实施例中，所述的方法还包括步骤s0；
13、s0、氧化锰粉原料选取，所述氧化锰粉mn含量≥65％，密度≥4.6g/cm3。
14、在本方案的一种优选实施例中，所述的氧化锰粉为一氧化锰、二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰中的一种或多种的混合物。
15、进一步优选的，所述的氧化锰粉为四氧化三锰。此外，在混合锰粉中，四氧化三锰的占有率越多越有利于减小混合物前处理的难度。
16、在本方案的一种优选实施例中，所述的表面改性剂包括但不限于γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯等偶联剂、季铵盐类、聚氧乙烯醚类表面活性剂中任意一种；和/或
17、表面改性剂与分级后的超细氧化锰粉末的混合比例为0.5～2：100。
18、本公开中，使改性剂均匀吸附在粉末表面；通过调整超细氧化锰粉体表面的物理和化学性质，以增强其分散性、流动性，并减少颗粒间的相互吸引和粘连，从而优化粉体在球化过程中的性能。
19、在本方案的一种优选实施例中，所述的步骤s1具体为：将氧化锰粉投入到除杂池中，加入0.1mol/l～1.0mol/l的络合剂水溶液，去除氧化锰粉中的可溶碱土金属，然后将氧化锰粉烘干送检，得符合要求的氧化锰粉。
20、在本方案的一种优选实施例中，s1中除杂干燥后的氧化锰粉水分≤1.0％，水溶性碱金属(以钙计)含量≤100mg/kg。
21、在本方案的一种优选实施例中，所述步骤s1中的络合剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四甲叉膦钠盐、aa/amps聚合物、羟基乙叉二膦钠盐中的一种或多种的混合物；和/或
22、以氧化锰粉质量计，络合剂的加量为0.02％～0.3％。
23、在本方案的一种优选实施例中，所述的步骤s2中，氧化锰粉气流超微粉碎是采用气流粉碎机粉碎；所述气流粉碎机为对撞式气流粉碎机、扁平式气流粉碎机、流化床式气流粉碎机、冲击式气流粉碎机中任意一种。
24、将除杂后的氧化锰粉投入气流粉碎机粉碎，通过压缩气体将氧化锰粉加速，然后通过喷嘴以超音速气流带动氧化锰粉喷出，使氧化锰粉翻腾碰撞，并相互摩擦，达到超微粉碎的目的。
25、在本方案的一种优选实施例中，所述的步骤s3中，分级出的超细氧化锰粉粒径d50为3.0μm～5.5μm，d90为10.0μm～20.0μm。
26、在本方案的一种优选实施例中，所述的步骤s3具体为：
27、将气流粉碎后的氧化锰粉通过高精密涡流分级机，分级出符合粒径的超细氧化锰粉，不满足粒径要求的大颗粒将返回到气流粉碎机中再次粉碎。以筛选粒度适宜的超细氧化锰粉。
28、进一步优选地，步骤s2中的粉碎可以采用气流超微粉碎或气流超微粉碎与雷蒙磨的组合，气流分级采用高精密涡流分级。
29、在本方案的一种优选实施例中，所述的步骤s5中，球化装置为火焰法高温球化炉、等离子体高温球化炉、超音速火焰喷枪中任意一种。
30、步骤s5中，将表面改性后的超细氧化锰粉末送入球化装置中，经过高温火焰将氧化锰粉表面软化熔融，高温火焰与氧化锰本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超细球形氧化锰，其特征在于：
2.用于制备权利要求1所述的超细球形氧化锰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
10.权利要求1所述的超细球形氧化锰，或权利要求2～9任一项所述方法制备得到的超细球形氧化锰，在钻井液、水泥浆中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种超细球形氧化锰，其特征在于：
2.用于制备权利要求1所述的超细球形氧化锰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
6.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，高金，郭磊，余敏，
申请(专利权)人：四川迈科维新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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