CN104402394B

CN104402394B - 防砂用纤维复合滤体、滤砂管及制备方法

Info

Publication number: CN104402394B
Application number: CN201410535991.3A
Authority: CN
Inventors: 齐宁; 刘帅; 吴凯凯
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2014-10-11
Filing date: 2014-10-11
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2034-10-11
Also published as: CN104402394A

Abstract

本发明提供了一种防砂用纤维复合滤体、滤砂管及制备方法。所述防砂用纤维复合滤体，由表面涂层的支撑剂和硅烷偶联剂表面处理的纤维装模热成型制得；所述防砂用滤砂管由带过流孔眼的中心管和套覆在中心管上的本发明的纤维复合滤体组成；所述纤维复合滤体固定在中心管过流孔眼段上。本发明还提供纤维复合滤体的制备方法和滤砂管的组装方法。本发明制备的纤维复合滤砂管强度高，韧性好，耐介质性好，孔隙分布均匀，既具有较好的渗透性，又具有良好的防砂作用。

Description

防砂用纤维复合滤体、滤砂管及制备方法

技术领域

本发明涉及一种油田用品，尤其是防砂用纤维复合滤体、滤砂管及制备方法。

背景技术

疏松砂岩油藏在我国的油气资源中占有十分重要的地位，油井出砂是这类油藏开采的主要矛盾。油井出砂必然影响油井的正常生产，为了保证油井的正常生产，油井防砂工艺技术的研究和发展在疏松砂岩油藏的开采中显得越来越重要。目前国内外常用的防砂技术主要是绕丝筛管砾石充填，其次是预充填绕丝筛管、化学胶结人工井壁防砂；例如CN102913211A公开一种多层管状结构的防砂筛管，由外至内依次为防护外壳层，防砂筛网层，砾石充填层和割缝筛管层。该发明以微细复合型腔割缝筛管作为不可膨胀的内支撑管，用高压液携带砾石充填挤压的方法来实现筛管的膨胀，实现整个膨胀段的“零环空”，适应性强。CN202731859U提供一种可调式预充填砾石防砂管，从外到内由六部分组成：外层保护管柱，防砂网(位于外层保护管柱与内层保护管柱之间)，内层保护管柱，砾石层，隔板(位于内层保护管柱与割缝基管之间)，割缝基管。该实用新型提高了防砂管的适用范围，延长了防砂管的使用寿命。

但是，实际生产中随着防砂难度的不断增大，单一的防砂技术已经不能满足油田对防砂技术的要求，复合防砂技术集多种防砂技术的优点于一体，日益受到各油田的重视。CN103452534A公开了一种复合防砂筛管，包括基管和覆盖在基管上的复合防砂过滤套，依次由内保护套、金属网布扩散层、金属网布过滤层、表层的外保护套复合而成。该发明解决了电阻焊焊接造成金属过滤层受损和金属网布和外保护套之间不贴合等缺陷，具有挡砂效果好，不易堵塞，抗内压抗外挤强度高，可靠性高等特点，适用于各种复杂井况的油气井防砂，尤其适合水平井的使用。

滤砂管防砂在油田防砂中占了相当大的比重，但常用滤砂管还存在很多不足，如：金属滤砂管成本较高，且易堵塞；环氧树脂滤砂管防砂效果较好，施工简单，成本低，堵塞较轻，但脆性大；筛管砾石充填防砂管柱的后期处理困难，大修率高。

发明内容

针对现有滤砂管防砂的技术缺陷，本发明提供一种防砂用纤维复合滤体及其制备方法，本发明还提供用所述纤维复合滤体组装的滤砂管及制备方法。

本发明的技术方案如下：

一、防砂用纤维复合滤体

一种防砂用纤维复合滤体，由表面涂层的支撑剂和硅烷偶联剂表面处理的纤维装模热成型制得；

所述支撑剂为石英砂，表面涂层是树脂、硅烷偶联剂、固化剂和增韧剂；其中，所述树脂为酚醛树脂、改性酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂、脲醛树脂、有机硅树脂之一或组合，所述固化剂为六次甲基四胺，所述增韧剂为二丁酯；

以支撑剂质量计，所述树脂的用量为9％-11％，最佳用量为10％；所述硅烷偶联剂的用量为0.15％-0.20％；所述固化剂的用量为0.4％-0.6％；所述增韧剂的用量为0.5-1.5％。

所述纤维为玻璃纤维，纤维的长度为10-15mm，直径为10-15μm。所述硅烷偶联剂表面处理的纤维用量为支撑剂质量的1-2％，优选1.5％。

先将硅烷偶联剂、环氧树脂、固化剂、增韧剂依次加入到石英砂中制成涂覆砂支撑剂；再将用硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维鼓风加入涂覆砂支撑剂中，装模热成型，即得防砂用纤维复合滤体。

根据本发明优选的，所述硅烷偶联剂选自KH-550、KH-551、KH-560、KH-570中的一种或组合。

根据本发明优选的，所述表面涂层的支撑剂中，所述树脂：硅烷偶联剂：固化剂：增韧剂：石英砂＝10：0.2：0.5：1：100质量比。

根据本发明优选的，硅烷偶联剂表面处理的纤维中，硅烷偶联剂用量占纤维质量的0.1-0.2％。

本发明的防砂用纤维复合滤体可以根据需要制作成任意便于使用的形状。例如，最常用的形状是实心柱状或空心圆柱状。

二、防砂用纤维复合滤体的制备方法

根据本发明，一种防砂用纤维复合滤体的制备方法，包括步骤如下：

第一步，制备表面涂层的支撑剂(涂覆砂)。

按配比将硅烷偶联剂、树脂、固化剂、增韧剂依次加入到石英砂中拌匀、风干、压散、过筛，制得表面涂层的支撑剂；

优选的，所述偶联剂：环氧树脂：固化剂：增韧剂：石英砂＝0.15-0.20：9-11：0.4-0.6：0.5-1.5：100质量比。

第二步，用硅烷偶联剂作为表面处理剂对玻璃纤维进行表面处理。

取硅烷偶联剂加入到玻璃纤维中，硅烷偶联剂占玻璃纤维的质量百分比为0.1-0.2％，常温搅拌条件下处理10-30min，得硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维；

第三步，制备纤维滤体。

将第二步制备的经硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维加入到第一步制备的表面涂层的支撑剂中，搅拌至均匀，装模、入炉，在60-70℃条件下加热60-72h，取出后自然冷却至室温，制得纤维复合滤体。

所述硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维质量为石英砂质量的1-2％，优选1.5％。

所述纤维是通过鼓风方式加入的，同时搅拌表面涂层的支撑剂，以使纤维能均匀分布于支撑剂中。

三、用纤维复合滤体组装的滤砂管及组装方法

一种防砂用滤砂管，由带过流孔眼的中心管和套覆在中心管上的纤维复合滤体组成；所述纤维复合滤体固定在中心管过流孔眼段上。中心管两端露出部分无孔眼。结构如图5所示。

所述纤维复合滤体为空心柱状滤体，内径与中心管外径相适配；长度以能覆盖住中心管的过流孔眼段为宜。所述纤维复合滤体壁厚10-40mm；优选25-30mm。需根据油管尺寸和防砂要求来确定其具体厚度。

所述纤维复合滤体为本发明前述第一部分制备的纤维复合滤体。

所述纤维复合滤体两端通过固定件固定。所述纤维复合滤体的固定件按本领域现有技术，例如螺纹端环、销钉、焊接挡环或铆接箍圈等。

本发明所述带过流孔眼的中心管按本领域现有技术，一般是用特定尺寸的油管在其管体上加工特定尺寸、密度的孔眼；根据实际生产需要设计制作即可，本发明不作特别限定。一般常规孔眼的孔径约在10±2mm。

滤砂管组装方法：

(1)将油管加工成带有过流孔眼的中心管；

(2)根据中心管的尺寸，按本发明的方法制做形状尺寸相适配的空心柱状纤维复合滤体；

(3)将制成的纤维复合滤体套入中心管上，覆盖住中心管的过流孔眼段，两端用固定件固定。

本发明的技术特点及优良效果：

本发明的树脂涂覆砂中：硅烷偶联剂为KH-550、KH-551、KH-560、KH-570中的一种或组合，偶联剂分子中的不同部分分别与树脂和纤维表面形成化学键桥接，从而改善了树脂和纤维之间的粘结，六次甲基四胺可加快树脂固化，起到增强剂的作用，而二丁酯的加入则可改善树脂涂覆砂体的韧性。本发明的纤维复合滤砂管与现有滤砂管相比具有孔隙分布均匀、大孔道所占比例大、渗透率高、强度高、韧性好、耐介质性好的特点。由本发明制备的纤维复合滤砂管既具有较好的渗透性，又具有良好的防砂作用。更多的实验效果将在实施例中加以详细说明。

附图说明

图1是表面处理后的玻璃纤维照片。

图2是实施例1制得的纤维复合滤体，截面为椭圆的柱状。

图3是实施例2制得的纤维复合滤体，空心柱状，截面为圆形。

图4是用纤维复合滤体组装的滤砂管实物照片。

图5用纤维复合滤体组装成滤砂管的结构示意图。其中，1、中心管，2、孔眼，3、纤维复合滤体，4、固定件，5、中心管露出段。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明，但不限于此。

实施例1：以支撑剂石英砂20-40目(0.42-0.84mm)1kg为例，制备纤维复合滤体

(1)将2gKH-550、100g环氧树脂(广州市东风化工实业有限公司，型号E-44(6101)、环氧值(mol/100g)：0.41-0.47)、5g六次甲基四胺、10g二丁酯按2：100：5：10的比例依次加入到盛有砂样的托盘中，拌匀、风干、压散、过筛，制得树脂涂覆砂(支撑剂)；

(2)取0.0225gKH-550加入到15g玻璃纤维中进行表面处理；制得表面处理的玻璃纤维，如图1所示。

(3)取经表面处理的玻璃纤维15g，鼓风加入到1kg树脂涂覆砂中，经装模，入炉65℃条件下加热72h，取出后自然冷却至室温，制得柱状纤维复合滤体(如图2所示)。

重复以上操作，另行制备4组柱状纤维复合滤体，共计5组，用于以下的性能测试实验。

用实施例1(1)的方法制得树脂涂覆砂，装模热压得不含纤维的树脂涂覆砂滤体。作为对照例，用于以下的性能测试实验。

性能实验

(1)孔隙分布实验

分别测量本发明5组纤维复合滤体的孔隙分布和毛管压力曲线，纤维复合滤体的孔隙半径主要分布在58.24-66.99μm之间，占孔隙总数的51％，5组样品的平均孔隙半径为62.52μm。纤维复合滤体的孔隙分布均匀，大孔道所占比例大。

(2)渗透率实验

分别对本发明5组纤维复合滤体、对照例5组树脂涂覆砂滤体的渗透率滤进行测量，本发明5组纤维复合滤体的平均渗透率为23.24μm²，对照例5组树脂涂覆砂滤体的平均渗透率为16.17μm²，硅烷偶联剂表面处理的纤维的加入使得纤维复合滤体的渗透率较树脂涂覆砂滤体提高43.72％。(渗透率实验数据见表1)。

表1渗透率实验数据

(3)抗折强度、韧性实验

分别对本发明5组纤维复合滤体、对照例5组树脂涂覆砂滤体的抗折强度和韧性进行测量，本发明5组纤维复合滤体的平均抗折强度为10.7MPa，韧性平均值为7.5GPa；对照例5组树脂涂覆砂滤体的平均抗折强度为7.5MPa，韧性平均值为2.8GPa，硅烷偶联剂表面处理的纤维的加入使得纤维复合滤体的抗折强度、韧性较树脂涂覆砂滤体分别提高了42.67％、167.86％。

(4)耐介质性实验

在100℃条件下，将实施例1中制备的纤维复合滤体分别浸入质量浓度为5％的盐酸溶液、5％的氢氧化钠溶液、矿化度大于8000mg/L的地层水中，60天后取出并测量其抗压强度，抗压强度损失率均小于5％，抗压强度基本保持不变(见表2)。

表2纤维复合滤体耐酸、碱、地层水实验数据表

实施例2：将纤维复合滤体组装成防砂用滤砂管(如图4所示)

将油管加工成带有过流孔眼的中心管(孔眼孔径约10mm)；按实施例1的方法制做形状尺寸相适配的空心柱状纤维复合滤体(如图3)；将制成的纤维复合滤体套入中心管上，覆盖住中心管的过流孔眼段，两端用箍圈焊接固定。

制得的防砂用滤砂管，由带过流孔眼2的中心管1和套覆在中心管上的纤维复合滤体3组成；所述纤维复合滤体两端通过固定件4固定在中心管过流孔眼段上，中心管两端露出段5无孔眼。结构如图5所示。所述纤维复合滤体为壁厚25-30mm的空心柱状滤体，内径与中心管外径相适配；长度以能覆盖住中心管的过流孔眼段为宜。

Claims

1.一种防砂用纤维复合滤体，由表面涂层的支撑剂和硅烷偶联剂表面处理的纤维装模热成型制得；

所述支撑剂为石英砂，表面涂层是树脂、硅烷偶联剂、固化剂和增韧剂；其中，所述树脂为酚醛树脂、改性酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂、脲醛树脂、有机硅树脂之一或组合，所述固化剂为六次甲基四胺，所述增韧剂为二丁酯；以支撑剂质量计，所述树脂的用量为9%-11%；所述硅烷偶联剂的用量为0.15%-0.20%；所述固化剂的用量为0.4%-0.6%；所述增韧剂的用量为0.5-1.5%；

所述的纤维为玻璃纤维；

所述硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维质量为石英砂质量的1-2%；

按以下步骤制成：

第一步，按配比将硅烷偶联剂、树脂、固化剂、增韧剂依次加入到石英砂中拌匀、风干、压散、过筛，制得表面涂层的支撑剂；

第二步，取硅烷偶联剂加入到玻璃纤维中，硅烷偶联剂占玻璃纤维的质量百分比为0.1-0.2%，常温搅拌条件下处理10-30min，得硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维；

第三步，将第二步制备的经硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维加入到第一步制备的表面涂层的支撑剂中，搅拌至均匀，装模、入炉，在60-70℃条件下加热60-72h，取出后自然冷却至室温，制得纤维复合滤体。

2.如权利要求1所述的防砂用纤维复合滤体，其特征在于所述硅烷偶联剂选自KH-550、KH-551、KH-560、KH-570中的一种或组合。

3.如权利要求1所述的防砂用纤维复合滤体，其特征在于所述表面涂层的支撑剂中，所述树脂：硅烷偶联剂：固化剂：增韧剂：石英砂的质量比为10：0.2：0.5：1：100。

4.如权利要求1所述的防砂用纤维复合滤体，其特征在于所述硅烷偶联剂表面处理的玻璃纤维质量为石英砂质量的1.5%。

5.一种防砂用滤砂管，其特征在于由带过流孔眼的中心管和套覆在中心管上的纤维复合滤体组成；所述纤维复合滤体固定在中心管过流孔眼段上；中心管两端露出部分无孔眼；所述纤维复合滤体是权利要求1-4任一项所述的防砂用纤维复合滤体。

6.如权利要求5所述的防砂用滤砂管，其特征在于所述纤维复合滤体为空心柱状滤体，内径与中心管外径相适配。

7.如权利要求5所述的防砂用滤砂管，其特征在于所述纤维复合滤体壁厚10-40mm。