CN103172305B - 一种高强度高渗透选择性防砂套管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的高强度高渗透防砂套管，包括管体，适于插入井壁周围，所述管体包括以下组分：骨料颗粒、包覆于所述骨料颗粒表面的树脂膜以及用于固化所述树脂膜的聚硫醇固化剂，所述树脂膜为环氧值为0.23-0.56eq/100g的环氧改性有机硅树脂膜，所述树脂膜与所述骨料颗粒的重量百分比为0.5-10∶100，所述聚硫醇固化剂与所述树脂膜的重量百分比为15-20∶100。其具有较高强度以及较高的透油阻水性能的能够适用于井壁周围防砂的防砂套管。
Description
技术领域
本发明涉及一种采油用高强度高渗透选择性防砂套管，属于采油技术领域。
背景技术
油田原油粘稠度大，岩层空隙率低，空隙连通性差，给采油工作带来了很大困难。为了提高原油采收率及采油速度，传统的方法是采用压裂支撑剂来提高岩层空隙率和空隙连通性。常用的压裂支撑剂主要为石英砂和陶粒砂。石英砂价格低廉，但是强度不高，抗破碎能力较差，破碎时产生大量的碎片和细粉砂，这些细粉砂在裂缝中迁移并堵塞裂缝，从而降低裂缝的导通能力；陶粒砂的抗破碎能力高，但其价格较贵，并且其密度较大，在施工中要求携砂液的粘度高，能量耗费大，整个工程费用也很高。上述压裂支撑剂无法同时满足低成本与高抗破碎能力的要求。
传统支撑剂获得高强度的方式为在骨料颗粒的表面包覆一层或者多层树脂膜。但由于井下环境非常复杂，支撑剂表面的树脂膜会受到岩层中油、油气、水、盐水，以及通常伴随的蒸汽、酸碱腐蚀性液体、微生物等的侵蚀，造成包覆层的腐蚀、降解、脱落等，从而无法真正提高支撑剂的强度。
更为重要的是，近年来，井壁周围出砂对于采油工作的危害日益凸显：主要表现为：使地面和井下设备严重磨蚀，甚至造成砂卡；使得冲砂检泵、地面清罐等维修工作量剧增；砂埋油层或井筒砂堵会造成油井停产；出砂严重时还会引起井壁甚至油层坍塌从而造成油井报废。因此，急需一种适用于井壁周围防砂的防砂工具。
但是，传统压裂支撑剂为颗粒状，只适合在闭合压力下填充岩层间隙使用，不适用于井壁周围防砂，并且鉴于传统压裂支撑剂的高成本以及强度低的缺陷，若对传统颗粒状的压裂支撑剂进行简单结构改变，将其用于井壁周围防砂，则需要综合考量其对于固化成型性、高强度、高透油阻水性能等多重性能的要求。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种适于固化成型的、具有较高强度以及较高的透油阻水性能的能够适用于井壁周围防砂的防砂套管。
为此，本发明提供一种高强度高渗透率选择性防砂套管，包括管体，适于插入井壁周围，所述管体包括以下组分：骨料颗粒、包覆于所述骨料颗粒表面的树脂以及用于固化所述树脂的聚硫醇固化剂，所述树脂为环氧值为0.23-0.56eq/100g的环氧改性有机硅树脂，所述树脂与所述骨料颗粒的重量百分比为0.5-10:100，所述聚硫醇固化剂与所述树脂的重量百分比为：15-20:100。
所述管体的组分中还包括添加在树脂中的高分子表面活性剂以及疏水性高分子，所述高分子表面活性剂与所述树脂的重量百分比为：0.5-3:100，所述疏水性高分子与所述树脂的重量百分比为：0.5-8:100。
所述高分子表面活性剂中的憎水单元与所述疏水性高分子中的憎水基团相对应。
所述高分子表面活性剂为聚甲基氢硅氧烷或聚醚二甲基硅氧烷，所述疏水性高分子为聚硅氧烷或聚硅氧烷衍生物。
所述骨料颗粒为粒径为0.425mm-1.18mm水洗石英砂、酸洗石英砂或者普通石英砂。
本发明还提供一种高强度高渗透选择性防砂套管的制备方法，依次包括以下步骤：
A. 将骨料颗粒倒入混砂机中搅拌，并加入液态的环氧值为0.23-0.56eq/100g的环氧改性有机硅树脂，所述环氧改性有机硅树脂与所述骨料颗粒的重量百分比为0.5-10:100，并搅拌形成均匀骨料颗粒-液态树脂混合料；
B.向经过所述步骤A处理得到的混合料中加入液态聚硫醇固化剂，所述聚硫醇固化剂与所述环氧改性有机硅树脂重量百分比为：15-20:100，以使所述环氧改性有机硅树脂在所述骨料颗粒表面覆膜，得到初步固化的骨料颗粒-树脂膜混合料；
C.将步骤B中得到的骨料颗粒-树脂膜混合料从混砂锅中取出，装入管状的模具中夯实，待所述骨料颗粒-树脂膜混合料完全固化后脱模，得到高渗透高强度的防砂套管。
在所述步骤A中，所述骨料颗粒为粒径为0.425mm-1.18mm 水洗石英砂、酸洗石英砂或者普通石英砂。
在所述步骤B中，在加入所述液态聚硫醇固化剂之前还包括先加入高分子表面活性剂后加入疏水性高分子的步骤，所述高分子表面活性剂与所述树脂的重量百分比为：0.5-3:100，所述疏水性高分子与所述树脂膜的重量百分比为：0.5-8:100。
在所述步骤B中，加入的所述高分子表面活性剂的憎水单元与所述疏水性高分子中的憎水基团相对应。
所述疏水性高分子为聚硅氧烷或聚硅氧烷衍生物；所述高分子表面活性剂为聚甲基氢硅氧烷或聚醚二甲基硅氧烷。
本发明的所述高分子表面活性剂中的憎水单元与所述疏水性高分子中的憎水基团相对应。其中举例说明所述的相对应的涵义，如果高分子表面活性剂为聚醚二甲基硅氧，其中重复的憎水单元为二甲基硅氧，疏水性高分子的憎水基团为二甲基硅氧烷，则说高分子表面活性剂中的憎水单元与疏水性高分子中的憎水基团相对应。
本发明高强度高渗透防砂套管具有以下优点：
1.本发明提供的高强度高渗透率选择性防砂套管，包括管体，适于插入井壁周围，所述管体包括以下组分：骨料颗粒、包覆于所述骨料颗粒表面的树脂膜以及用于固化所述树脂膜的聚硫醇固化剂，所述树脂膜为环氧值为0.23-0.56eq/100g的环氧改性有机硅树脂膜，所述树脂膜与所述骨料颗粒的重量百分比为0.5-10:100，所述聚硫醇固化剂与所述树脂膜的重量百分比为：15-20:100。本发明的防砂套管采用管体结构，适于插入井下与井壁配合，能够适用于井壁防砂。环氧值为0.23-0.56eq/100g环氧改性有机树脂具有较高的强度、附着力以及固化收缩率，在不需要引入硅烷偶联剂作为粘结剂的情况下即能与骨料颗粒保持较好的粘结强度，稳定性较好，避免了传统支撑剂中在基体表面覆膜后容易导致膜体脱落从而造成强度以及导流能力降低的缺陷。并且，环氧改性有机硅树脂的分子中的硅决定了其固结体的疏水性能，透油阻水。同时，加入分子中含有硫元素的聚硫醇固化剂，其不但满足普通固化剂较好的韧性和常温下固化环氧的性能，提高成型性，并且其能够与环氧改性有机硅树脂相互作用提高成品的强度以及耐盐水的性能，而且，其分子中的硫元素进一步提高了其疏水性能，从而使得本发明的防砂套管在不引入外界疏水层的情况下就能保证较高的透油阻水性能。
2.本发明提供的高强度高渗透选择性防砂套管，所述管体的组分中还包括添加在树脂中的高分子表面活性剂以及疏水性高分子，所述高分子表面活性剂与所述树脂的重量百分比为：0.5-3:100，所述疏水性高分子与所述树脂的重量百分比为：0.5-8:100。本发明的防砂套管，加入高分子表面活性剂，一方面相对于低分子表面活性剂而言，高分子表面活性剂的分散性、增稠性更优，可以使加入的固化剂以及疏水性高分子在包覆有树脂的基体周围分散的更加均匀；另一方面，由于表面张力趋于减小趋势的存在，在树脂固化的过程中长链的高分子表面活性剂上非极性的憎水单元不断向树脂膜外层迁移，从而形成非憎水单元与树脂固化时生成的交联网络紧密缠结，进一步提高了树脂与表面颗粒的粘结性，高分子表面活性剂中的憎水单元基本存在于树脂膜的表层，在树脂层固化的过程中引入的疏水性高分子中的憎水基团与该高分表面活性剂中憎水单元相对应（例如，所述疏水性高分子为聚硅氧烷或聚硅氧烷衍生物；所述高分子表面活性剂为聚甲基氢硅氧烷或聚醚二甲基硅氧烷），由于相同的基团具有很强的亲和能力，使得疏水性高分子与处于树脂层表层的高分子表面活性剂上的憎水单元间形成很强的静电引力作用，使得树脂固化时疏水性高分子通过静电引力作用逐渐迁移至树脂层表层，相当于在树脂层表面形成了一层耐腐蚀的疏水层，而其中高分子表面活性剂起到紧密连接疏水高分子以及树脂的作用。而这种作用力在酸碱性环境下以及高压冲击下不易受到破坏而造成树脂层的降解、脱落，基本处于支撑剂表层的疏水性高分子可以牢固地与树脂结合在一起，既提高了支撑剂的耐腐蚀性能，同时又提高了耐腐蚀性能的稳定性。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的高强度高渗透率防砂套管，包括管体，适于插入井壁周围，所述管体包括以下组分：粒径为0.425mm-0.85mm的普通石英砂颗粒、包覆于所述石英砂颗粒表面的树脂、用于固化所述树脂的聚硫醇固化剂（由科宁化工中国有限公司生产，型号为Capcure3-800，目前，该公司已经被BASF公司收购）以及添加在所述树脂中的聚甲基氢硅氧烷以及聚硅氧烷，其中，所述树脂为环氧值为0.23eq/100g的环氧改性有机硅树脂由东莞市金门石化有限公司生产，型号为HG-41），所述树脂与所述石英砂颗粒的重量百分比为0.5:100，所述聚硫醇固化剂与所述树脂的重量百分比为15:100，所述聚甲基氢硅氧烷与所述树脂的重量百分比为0.5:100，所述聚硅氧烷为聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷，所述聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷与所述树脂的重量百分比为0.5:100。
本实施例提供的上述高强度高渗透防砂套管的制备方法，依次包括以下步骤：
A. 将粒径为0.425mm-0.85mm的普通石英砂颗粒倒入混砂机中搅拌,并加入液态的环氧值为0.23eq/100g的环氧改性有机硅树脂，所述环氧改性有机硅树脂与所述骨料颗粒的重量百分比为0.5:100，并搅拌形成均匀的骨料颗粒-液态树脂混合料；
B. 向经过所述步骤A处理得到的骨料颗粒-液态树脂混合料中先加入聚甲基氢硅氧烷后加入聚硅氧烷，所述聚甲基氢硅氧烷与所述树脂的重量百分比为0.5:100，所述聚硅氧烷与所述树脂的重量百分比为0.5:100，在所述树脂固化前，向混合料中加入液态聚硫醇固化剂，所述聚硫醇固化剂与所述环氧改性有机硅树脂重量百分比为15:100，以使所述环氧改性有机硅树脂在所述骨料颗粒表面覆膜，得到初步固化的骨料颗粒-树脂膜混合料；
C.将步骤B中得到的骨料颗粒-树脂膜混合料从混砂锅中取出，装入管状的模具中夯实，待所述骨料颗粒-树脂膜混合料完全固化后脱模，得到高渗透高强度的防砂套管。
将本实施例得到的防砂套管采用渗透率测定仪进行渗透率测试，得到其渗透率为100μm2，从而，本实施例提供的防砂套管具有较高的渗透率。
将本实施例得到的防砂套管采用万能试验机测试其抗折强度及抗压强度，得到其抗弯折强度为6.12MPa，其抗压强度15.32MPa，从而，本实施例提供的防砂套管具有较高的强度。
将本实施例得到的防砂套管采用接触角测定仪测试其对于油和水的选择性，得到其与水和油的接触角分别为140.3°和60.3°，从而，本实施例提供的防砂套管透油阻水性能较高。
将本实施例得到的防砂套管，在90℃下放入2%的KCl溶液中浸泡24h、72h、120h测试抗折强度分别为6.09MPa、6.01MPa、6.03MPa，抗压强度分别为15.09MPa、15.13MPa、15.09MPa，从而，本实施例提供的防砂套管抗老化性能较高。
实施例2
本实施例提供的高强度高渗透率防砂套管，包括管体，适于插入井壁周围，所述管体包括以下组分：粒径为0.85mm-1.18mm的水洗石英砂颗粒、包覆于所述石英砂颗粒表面的树脂、用于固化所述树脂的聚硫醇固化剂（由科宁化工中国有限公司生产，型号为Capcure3-800，目前，该公司已经被BASF公司收购）以及添加在所述树脂中的聚醚二甲基硅氧烷以及聚硅氧烷衍生物，其中，所述树脂为环氧值为0.56eq/100g的环氧改性有机硅树脂（由东莞市金门石化有限公司生产，型号为HG-41），所述树脂与所述石英砂颗粒的重量百分比为10:100，所述聚硫醇固化剂与所述树脂的重量百分比为20:100，所述聚醚二甲基硅氧烷与所述树脂的重量百分比为3:100，所述聚硅氧烷为聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷，所述聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷与所述树脂的重量百分比为8:100。
本实施例提供的上述高强度高渗透防砂套管的制备方法，依次包括以下步骤：
A.将粒径为0.85mm-1.18mm的水洗石英砂颗粒倒入混砂机中搅拌,并将加入液态的环氧值为0.56eq/100g的环氧改性有机硅树脂，所述环氧改性有机硅树脂与所述石英砂颗粒的重量百分比为10:100，并搅拌形成均匀的骨料颗粒-液态树脂混合料；
B. 向经过所述步骤A处理得到的骨料颗粒-液态树脂混合料中先加入聚醚二甲基硅氧烷后加入聚硅氧烷衍生物，所述聚醚二甲基硅氧烷与所述树脂的重量百分比为3:100，所述聚硅氧烷与所述树脂的重量百分比为8:100，在所述树脂固化前，向混合料中加入液态聚硫醇固化剂，所述聚硫醇固化剂与所述环氧改性有机硅树脂重量百分比为20:100，以使所述环氧改性有机硅树脂在所述骨料颗粒表面覆膜，得到初步固化的骨料颗粒-树脂膜混合料；
C.将步骤B中得到的骨料颗粒-树脂膜混合料从混砂锅中取出，装入管状的模具中夯实，待所述骨料颗粒-树脂膜混合料完全固化后脱模，得到高渗透高强度的防砂套管。
将本实施例得到的防砂套管采用渗透率测定仪进行渗透率测试，得到其渗透率为102μm2，从而，本实施例提供的防砂套管具有较高的渗透率。
将本实施例得到的防砂套管采用万能试验机测试其抗折强度及抗压强度，得到其抗弯折强度为6.65MPa，其抗压强度15.42MPa，从而，本实施例提供的防砂套管具有较高的强度。
将本实施例得到的防砂套管采用接触角测定仪测试其对于油和水的选择性，得到其与水和油的接触角分别为141.3°和63.3°，从而，本实施例提供的防砂套管透油阻水性能较高。
将本实施例得到的防砂套管，在90℃下放入2%的KCl溶液中浸泡24h、72h、120h测试抗折强度分别为6.10MPa、6.01MPa、6.08MPa，抗压强度分别为15.08MPa、15.17MPa、14.39MPa，从而，本实施例提供的防砂套管抗老化性能较高。
实施例3
本实施例提供的高强度高渗透率防砂套管，包括管体，适于插入井壁周围，所述管体包括以下组分：粒径为0.85mm-1.18mm的酸洗石英砂颗粒、包覆于所述石英砂颗粒表面的树脂、用于固化所述树脂的聚硫醇固化剂（由科宁化工中国有限公司生产，型号为Capcure3-800，目前，该公司已经被BASF公司收购）以及添加在所述树脂中的聚醚二甲基硅氧烷以及聚硅氧烷，其中，所述树脂为环氧值为0.45eq/100g的环氧改性有机硅树脂（由东莞市金门石化有限公司生产，型号为HG-41），所述树脂与所述石英砂颗粒的重量百分比为2:100，所述聚硫醇固化剂与所述树脂的重量百分比为18:100，所述聚醚二甲基硅氧烷（其分子式为(CH3)3SiO[(CH3)HSiO]nSi(CH3)3，由广州市东征化玻仪器有限公司生产）与所述树脂的重量百分比为2:100，所述聚硅氧烷为聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷，所述聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷与所述树脂的重量百分比为6:100。
本实施例提供的上述高强度高渗透防砂套管的制备方法，依次包括以下步骤：
A. 将粒径为0.85mm-1.18mm的酸洗石英砂颗粒倒入混砂机中搅拌,并加入液态的环氧值为0.45eq/100g的环氧改性有机硅树脂，所述环氧改性有机硅树脂与所述石英砂颗粒的重量百分比为2:100，并搅拌形成均匀的骨料颗粒-液态树脂混合料；
B. 向经过所述步骤A处理得到的骨料颗粒-液态树脂混合料中先加入聚醚二甲基硅氧烷后加入聚硅氧烷，所述聚醚二甲基硅氧烷与所述树脂的重量百分比为2:100，所述聚硅氧烷与所述树脂的重量百分比为6:100，在所述树脂固化前，向混合料中加入液态聚硫醇固化剂，所述聚硫醇固化剂与所述环氧改性有机硅树脂重量百分比为18:100，以使所述环氧改性有机硅树脂在所述骨料颗粒表面覆膜，得到初步固化的骨料颗粒-树脂膜混合料；
C.将步骤B中得到的骨料颗粒-树脂膜混合料从混砂锅中取出，装入管状的模具中夯实，待所述骨料颗粒-树脂膜混合料完全固化后脱模，得到高渗透高强度的防砂套管。
将本实施例得到的防砂套管采用渗透率测定仪进行渗透率测试，得到其渗透率为108μm2，从而，本实施例提供的防砂套管具有较高的渗透率。
将本实施例得到的防砂套管采用万能试验机测试其抗折强度及抗压强度，得到其抗弯折强度为7.25MPa，其抗压强度14.92MPa，从而，本实施例提供的防砂套管具有较高的强度。
将本实施例得到的防砂套管采用接触角测定仪测试其对于油和水的选择性，得到其与水和油的接触角分别为139.3°和63.3°，从而，本实施例提供的防砂套管透油阻水性能较高。
将本实施例得到的防砂套管，在90℃下放入2%的KCl溶液中浸泡24h、72h、120h测试抗折强度分别为6.20MPa、6.05MPa、6.07MPa，抗压强度分别为14.98MPa、15.17MPa、14.38MPa，从而，本实施例提供的防砂套管抗老化性能较高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种高强度高渗透选择性防砂套管的制备方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
A.将骨料颗粒倒入混砂机中搅拌，并加入液态的环氧值为0.23-0.56eq/100g的环氧改性有机硅树脂，所述环氧改性有机硅树脂与所述骨料颗粒的重量百分比为0.5-10:100，并搅拌形成均匀的骨料颗粒-液态树脂混合料；
B.向经过所述步骤A处理得到的混合料中加入液态聚硫醇固化剂，所述聚硫醇固化剂与所述环氧改性有机硅树脂重量百分比为：15-20:100，以使所述环氧改性有机硅树脂在所述骨料颗粒表面覆膜，得到初步固化的骨料颗粒-树脂膜混合料；
C.将步骤B中得到的骨料颗粒-树脂膜混合料从混砂锅中取出，装入管状的模具中夯实，待所述骨料颗粒-树脂膜混合料完全固化后脱模，得到高渗透高强度的防砂套管。
2.根据权利要求1所述的高强度高渗透选择性防砂套管的制备方法，其特征在于：在所述步骤A中，所述骨料颗粒为粒径为0.425mm-1.18mm水洗石英砂、酸洗石英砂或者普通石英砂。
3.根据权利要求1或2所述的高强度高渗透选择性防砂套管的制备方法，其特征在于：在所述步骤B中，在加入所述液态聚硫醇固化剂之前还包括先加入高分子表面活性剂后加入疏水性高分子的步骤，所述高分子表面活性剂与所述树脂的重量百分比为：0.5-3:100，所述疏水性高分子与所述树脂膜的重量百分比为：0.5-8:100。
4.根据权利要求3所述的高强度高渗透选择性防砂套管的制备方法，其特征在于：在所述步骤B中，加入的所述高分子表面活性剂的憎水单元与所述疏水性高分子中的憎水基团相对应。
5.根据权利要求4所述的高强度高渗透选择性防砂套管的制备方法，其特征在于：所述疏水性高分子为聚硅氧烷或聚硅氧烷衍生物；所述高分子表面活性剂为聚甲基氢硅氧烷或聚醚二甲基硅氧烷。
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