CN103013485B - 一种改性树脂固砂剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性树脂固砂剂及其制备方法与应用。所述固沙剂主要成分为：环氧树脂为主剂，固化剂用量为6.0％～7.0％；软化剂用量为15％；稀释剂用量为20～22％；偶联剂用量为2％；玻璃纤维用量为10％；除环氧树脂以外的其他成分的百分比用量是以环氧树脂为100％计，所述百分比为重量百分比。其制备包括：所述的改性树脂固砂剂用于油井出砂的防治。所述使用方法包括：使用前置清洗液预处理地层，然后从油管注入固砂剂，最后使用顶替扩孔液将固砂剂顶替到地层深处。本发明形成的固砂剂配方，能够解决油井出砂影响生产的难题，适合不同出砂粒径。

Description

一种改性树脂固砂剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明是关于一种改性树脂固砂剂及其制备方法与应用。

背景技术

高升油田雷家区块出砂类型主要以地层细砂为主，粒径在0.1mm左右，大部分油井出泥质细粉砂。通过取砂样进行分析，测出粒径中值分别为0.15mm和0.18mm。目前采用的防砂泵、防砂筛管、地层深部防砂等措施，都不能对泥质细粉砂进行有效防治，经常造成卡泵、或者将井下筛管堵塞，无法保证油井正常生产，严重制约区块的有效开发。

需要研发新的防砂技术，以解决油井出砂影响生产的难题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改性树脂固砂剂，所述的固砂剂能够解决油井出砂影响生产的问题，适合不同的出砂粒径。

本发明的另一目的在于提供上述改性树脂固砂剂的制备方法。

本发明的第三目的在于提供上述改性树脂固砂剂的用途。

本发明的第四目的在于提供上述改性树脂固砂剂的使用方法。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种改性树脂固砂剂：所述固沙剂主要由如下成分制备而成：环氧树脂为主剂，固化剂用量为6.0％～7.0％；软化剂用量为15％；稀释剂用量为20～22％；偶联剂用量为2％；玻璃纤维用量为10％；除环氧树脂以外的其他成分的百分比用量是以环氧树脂为100％计，所述百分比为重量百分比。

根据本发明具体的实施方案，本发明中优选所述固化剂用量为6.4％。

本发明各个成分百分比用量均以环氧树脂为100％计，譬如固化剂用量为6.0％～7.0％，应当理解为固化剂用量为环氧树脂重量的6.0％～7.0％。其他成分以此类推。

所述的环氧树脂、固化剂、软化剂、稀释剂、偶联剂和玻璃纤维可以为现有技术中相关领域中任何适合的环氧树脂、固化剂、软化剂、稀释剂、偶联剂和纤维。本领域技术人员在阅读本发明说明书后，结合其自身掌握的现有技术，可以选择合理的上述试剂。

而本发明优选采用的是：环氧树脂是环氧当量185～200g/eq、环氧值0.48～0.54eq/mg、粘度10000～25000Pa·S/25℃的环氧树脂；固化剂是乙二胺；软化剂是二丁酯；稀释剂是丙酮；偶联剂是硅烷偶联剂。

本发明还可以进一步优选偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

所述环氧树脂更优选为双酚A(2，2-双(4-羟基苯基)丙烷)和环氧氯丙烷在碱性介质中缩聚合成的线型环氧树脂。

所述环氧树脂可以进一步优选为E-51环氧树脂；

譬如为杭州五会港胶粘剂有限公司生产的E-51环氧树脂。

其中所述的E-51环氧树脂为本领域技术人员所知晓的，其中的E-51为本领域具体环氧树脂型号，也可以叫做618环氧树脂。

其中的二丁酯分子式为C₁₆H₂₂0₄，结构式如下：

偶联剂是硅烷偶联剂γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，即偶联剂KH-560。

本发明关键技术在于环氧树脂的改性。因环氧树脂与固化剂混合搅拌固化后的产物，脆性大，抗压强度小，要对其加入软化剂进行改性。以环氧树脂为主剂，改变固化剂的用量，用量在6.0％-7.0％之间，稀释剂用量为20～22％、软化剂用量为15％和偶联剂用量为2％混合搅拌均匀，放入60℃、75℃水浴中恒温，观察其初固时间(用玻璃棒挑丝，直至没有拉丝)。考虑到现场施工时间等因素，在固化剂的用量为6.1％～6.5％之间时，固化时间约2个小时左右，基本可满足现场施工。

当稀释剂用量为22％时，可以达到更佳效果。

在固砂剂的体系中，单纯的环氧树脂没有使用价值。在使用时必须加入适量的固化剂，使环氧树脂分子交联成网状结构的大分子，形成体型结构。环氧树脂是一种粘度比较大的胶粘剂。配制固砂剂时，需要加入稀释剂，搅拌固砂剂时可以使固砂剂各组分充分的接触，同时固砂剂注入地层时也较容易。环氧树脂与固化剂生成的固结体脆性大，抗压强度小，加入软化剂使固结体脆性变小，弹性增大，但软化剂的用量也不宜过多，否则会出现不能完全固化的现象。偶联剂一端的基团能与地层砂表面的硅醇基反应，缩合成硅氧链，从而形成牢固的化学结合；而另一端基团则与环氧树脂产生亲合力，从而把地层砂与环氧树脂有机地结合在一起。加入的玻璃纤维起到了类似于钢筋混凝土中钢筋的作用，在砂体中乱向分布形成了三维网状结构，玻璃纤维胶结形成的网状结构，大幅度增强了挡砂层的强度；同时玻璃纤维可以将细粉砂聚集成较大的细粉砂结合体，挡住细粉砂进入井筒。

本发明所述的玻璃纤维还可优选为磨碎玻璃纤维；

还可以优选为无碱玻璃纤维；

还可以再进一步优选为无碱磨碎玻璃纤维。

根据本发明所述的固砂剂，优选所述玻璃纤维长度为2～3mm，直径为20μm。

用作固砂剂的环氧树脂具有网状分子结构，分子中的强极性基团与砂粒的极性基团有亲和作用，可产生物理吸附，向砂粒表面迁移并强烈粘附在砂粒表面。在固化剂的作用下发生聚合反应，使之在短时间内固化形成高强度固结体。扩孔液通过时将固砂剂中的低分子化合物带走，保证了固结物具有一定的渗透性。

本发明最为关键的是上述成分的选择，本领域技术人员根据本发明上述的记载，选用上述成分对环氧树脂进行改性，而具体改性反应可以参照现有技术类似环氧树脂的改性方法，即可实现本发明首要发明目的，获得一种性能良好的改性树脂固砂剂，而本发明为了更进一步提高所述固砂剂的性能，进一步公开了一种如下所述优选的制备方法。

另一方面，本发明提供了上述改性树脂固砂剂的制备方法，包括：取环氧树脂，加热至40～50℃，加入稀释剂，充分搅拌；再依次加入软化剂和偶联剂，充分搅拌；加入固化剂，迅速搅拌；最后在搅拌下加入玻璃纤维，搅拌均匀既得。

本发明制备中取环氧树脂加热至40～50℃可以使得反应更加高效、充分，本发明进一步优选加热至环氧树脂粘度小于5000mPa.s即可。

又一方面，本发明提供了上述改性树脂固砂剂的用途，所述的改性树脂固砂剂用于油井出砂的防治。

根据本发明的具体实施方案，优选砂的粒径为0.05mm～0.22mm。

目前对于粒径在0.1mm的出砂采用常规的化学固砂，通常强度大会出现固结后渗透率过低，导致产能降低；强度小会仍然存在出砂的问题。

玻璃纤维在砂体中分布形成了三维网状结构。玻璃纤维胶结形成的网状结构，大幅度增强了挡砂层的强度；同时玻璃纤维可以将细粉砂聚集成较大的结合体，从而最大限度的挡住细粉砂进入井筒。

再一方面，本发明提供了上述改性树脂固砂剂的使用方法，所述使用方法包括：使用前置清洗液预处理地层，然后从油管注入所述的固砂剂，最后使用顶替扩孔液将固砂剂顶替到需要处理的地层。该方法中，所述前置清洗液的选择及预处理地层的操作、顶替扩孔液的选择及顶替操作均可参照所属领域的现有技术进行。

所述预处理譬如本领域通常为将前置清洗液注入即可，注入清洗液后可接着注入所述固砂剂，连续施工。

根据本发明的具体实施方案，优选所述前置清洗液用量优选为2～3PV。

根据本发明的具体实施方案，优选所述固砂剂用量为1PV。

根据本发明的具体实施方案，优选所述前置清洗液为盐水、柴油或2％十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12表面活性剂)溶液。

其中更优选为2％十二烷基二甲基甜菜碱溶液。

根据本发明的具体实施方案，优选所述顶替扩孔液为盐水或柴油。

其中更优选所述顶替扩孔液为柴油。

根据本发明的具体实施方案，优选所述顶替扩孔液用量为0.5～1PV

根据本发明的具体实施方案，优选在注入前置清洗液时还注入防膨剂。所述防膨剂具体种类的选择可以参照所属领域的现有技术进行。

其中更优选所述防膨剂用量为地层孔隙体积的2～3倍。

将本发明的固砂剂注入后，通常72小时即可完成固化。

综上所述，本发明提供了一种改性树脂固砂剂及其制备方法以及使用该固砂剂进行固砂的方法。本发明的固砂剂与现有产品相比的优点在于：(1)适用于泥质细粉砂，防砂粒径大于0.05mm；(2)固结强度大，对地层伤害小，试样的抗压强度可达到7.2MPa左右，水测渗透率约550×10^-3μm²左右；(3)固砂剂在75℃下初固时间可控，体系耐水、原油、酸性能好。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。

实施例1

本实施例的改性树脂固砂剂的组成及制备：

主剂：杭州五会港胶粘剂有限公司生产的E-51环氧树脂(环氧当量185～200g/eq；环氧值0.48～0.54eq/mg；粘度10000～25000Pa·S/25℃)，100重量份；

固化剂：乙二胺，6.4重量份；

软化剂：二丁酯，15重量份；

稀释剂：丙酮，22重量份；

硅烷偶联剂：γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，2重量份。

玻璃纤维：长度为2～3mm，直径约为20μm，10重量份；

将上述主剂环氧树脂，加热至流动性变好，加入稀释剂，充分搅拌；再依次加入软化剂和偶联剂，充分搅拌；加入固化剂，迅速搅拌；并在搅拌下加入玻璃纤维，搅拌均匀既得本发明的改性树脂固砂剂。

本实施例固砂剂的使用方法：先使用前置清洗液(2％十二烷基二甲基甜菜碱溶液)预处理地层，然后从油管注入固砂剂，最后使用顶替扩孔液(柴油)将固砂剂顶替到地层深处。

该配方固砂剂在油砂上进行工艺模拟实验，得到的固结体有较高的抗压强度和渗透率，75℃下侯固72小时后，固结试样的抗压强度可达到7.2MPa左右，水测渗透率约550×10^-3μm²左右；在注入1PV的用量时能够阻挡住大于0.05mm的砂粒，挡砂效果比较好；固砂剂体系耐水、原油、酸性能好，能满足现场使用要求。

雷22-9井目前井下为防砂泵，检泵周期为7天，出砂速度18m/d，出砂类型为泥质细粉砂。该井措施前日产液5.5t，日产油1.6t，含水76％。6月16日进行了树脂固砂，共注入固砂剂30t。措施后平均日产液6.2t，日产油2.1t，有效期达到94天，措施有效延长了检泵周期。

试验例1

防砂性能是此防砂剂是否能应用于现场的一个重要标准和考核指标，因此用以下实验对其考核。

a、将模拟高升雷家区块的实验用砂装入Φ25mm*100mm的玻璃管中，两端夹带孔胶塞压实，计算装入的石英砂净重；

b、抽空，饱和水，计算PV数；

c、注入1PV配制好的固砂剂(实施例1)，在75℃的恒温水浴中固化72小时；

d、将固结好的岩样放到岩心夹持器中，在岩心前面放入Φ25mm*25mm的钢管，在钢管中装入实验用砂，加上围压；

e、用清水驱替250ml(1ml/min)，分析滤液中是否含砂及粒度组成；

f、用高升油田的地层油驱替250ml(0.5ml/min)，分析滤液中是否含砂及粒度组成。

滤砂性能测定室内实验，实验结果见表1。

表1滤砂性能测定实验数据表

通过室内模拟实验可以看出，先用清水驱替，再用原油驱替同一固结试样，在滤液中未发现砂粒，说明此固砂剂在注入1PV的用量时能挡住0.05mm的砂粒，挡砂效果明显。

试验例2

本试验例考察了本发明的固砂剂固化时间及耐油、耐水和耐酸的性能。

①参照实施例1的原料组分，以环氧树脂为主剂，改变固化剂的用量，用量在6.0％～7.0％之间，稀释剂用量为20％、软化剂用量为15％和偶联剂用量为2％混合搅拌均匀，放入60℃、75℃水浴中恒温，观察其初固时间(用玻璃棒挑丝，直至没有拉丝)。实验结果见表2。

表2固化剂用量与固化时间关系

随着固化剂用量的增加，固化时间缩短。无论在60℃还是在75℃的温度下，此配方系列都可以固化，但固化时间有差别。当温度为75℃时，固化剂用量在6.0％～7.0％之间，未加入地层砂时固化时间在40分钟至150分钟范围内；当温度为60℃时，固化剂用量在6.0％～7.0％之间，未加入地层砂时固化时间在60分钟至200分钟。

②固砂剂的化学稳定性关系到油井防砂后有效期的长短及能否进行其他措施作业。因此，对其进行化学稳定性评价是相当必要的。实验采用柴油、地层水、酸、碱在25℃下浸泡固结岩心来评价实施例1的固沙剂，实验结果见表3。

表3介质中浸泡的实验结果

固结体具有较好的耐油性、耐水性及耐酸性；在NaOH溶液中烧杯底有溶蚀掉的小微粒，强碱对固结体有溶蚀作用，固砂剂体系的耐碱性差。

试验例3

向填砂管中注入1PV的固砂剂(实施例1)，在75℃的恒温水浴中固化72小时。72小时后固结体的抗压强度是7.60MPa，水测渗透率是520.87×10^-3μm²。

Claims (15)

1.一种改性树脂固砂剂，其特征在于，所述固沙剂主要由如下成分制备而成：环氧树脂为主剂，固化剂用量为6.0％～7.0％；软化剂用量为15％；稀释剂用量为20～22％；偶联剂用量为2％；玻璃纤维用量为10％；除环氧树脂以外的其他成分的百分比用量是以环氧树脂为100％计，所述百分比为重量百分比；其中，环氧树脂为环氧当量185～200g/eq、环氧值0.48～0.54eq/mg、粘度10000～25000Pa·S/25℃的环氧树脂；固化剂是乙二胺；软化剂是二丁酯；稀释剂是丙酮；偶联剂是硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

2.根据权利要求1所述的固砂剂，其特征在于，所述固化剂用量6.4％。

3.根据权利要求1所述的固砂剂，其特征在于，环氧树脂为E-51环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的固砂剂，其特征在于，所述玻璃纤维长度为2～3mm，直径为20μm。

5.权利要求1-4任意一项所述固砂剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：取环氧树脂，加热至40～50℃，加入稀释剂，充分搅拌；再依次加入软化剂和偶联剂，充分搅拌；加入固化剂，迅速搅拌；最后在搅拌下加入玻璃纤维，搅拌均匀即得。

6.权利要求1-4任意一项所述固砂剂在油井出砂防治中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述油井为出砂粒径0.05mm～0.22mm的油井。

8.一种固砂方法，该方法包括：使用前置清洗液预处理地层，然后从油管注入权利要求1或2所述的固砂剂，最后使用顶替扩孔液将固砂剂顶替到需要处理的地层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述固砂剂用量为1PV。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述前置清洗液为盐水、柴油或2％十二烷基二甲基甜菜碱溶液；所述前置清洗液用量为2～3PV；所述顶替扩孔液为盐水或柴油；所述顶替扩孔液用量为0.5-1PV。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述前置清洗液为2％十二烷基二甲基甜菜碱溶剂。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述顶替扩孔液为柴油。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在注入前置清洗液时还注入防膨剂。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述防膨剂为三氯化铝。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述防膨剂用量为地层孔隙体积的2～3倍。