CN106833585A - 一种水基树脂防砂剂及其制备方法 - Google Patents

一种水基树脂防砂剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水基树脂防砂剂及其制备方法，所述的水基树脂防砂剂的质量组成包括：树脂复配体系5％～10％、短链醇10％～12％、醇醚类助剂1％～2％、硅烷偶联剂1％～2％、水75％～80％和乳化剂0.8％～1.2％。本发明的水基树脂防砂剂主要用于出砂不太严重、机械防砂措施失效的地层，在不动管柱的情况下注入地层，起到防砂的目的。所述水基树脂防砂剂具备施工安全、便于注入地层、对地层伤害小、耐温耐酸碱以及耐油等优点，抑砂率高达90％以上，适用于大部分砂岩油藏。

Description

一种水基树脂防砂剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水基树脂防砂剂及其制备方法，属于油气田开发技术领域，主要用于出砂不太严重和机械防砂措施失效的地层，在不动管柱的情况下注入地层，起到抑砂的目的。
背景技术
疏松砂岩油藏分布范围广、地质储量大，但在开采过程中砂粒容易从基质上剥落、运移，从而产生严重的出砂问题。目前国内大部分砂岩油田进入高含水期，为保证油田稳产，提液强度进一步增大，加剧了地层砂骨架结构的破坏，出砂的风险和规模越来越大，防砂难度也越来越高。
目前，防砂工艺主要有机械防砂与化学防砂2大类。机械防砂应用较多，效果也较好，但工艺较为复杂，施工过程中容易发生复杂事故。化学防砂技术可以在不动管柱的情况下，通过直接注入化学剂对地层砂砾进行有效的胶结，具有施工简单、井下不留工具等优点，尤其对于细粉砂及泥质含量高的油藏，化学防砂效果明显优于传统的机械防砂方法。但是传统的化学防砂，例如树脂固结防砂，固沙过程中使用的树脂一般黏度高，有些甚至为固体状态，所以常常将树脂溶于有机溶剂中使用，固结地层砂时流体的流动性较差，容易堵塞地层，对地层伤害大，且施工过程中存在很大的安全隐患。
发明内容：
本发明的目的是针对化学防砂过程中存在的问题，提供一种水基树脂防砂剂及其制备方法。该防砂剂在不需要固化剂的情况下就能将松散的砂粒桥接起来，起到很好的防砂效果。
本发明的目的按以下技术方案实现：
所述的水基树脂防砂剂，由树脂复配体系作为主剂，醇醚类物质和硅烷偶联剂作为助剂，短链醇作为树脂溶剂，十八烷基二甲基氧化胺作为乳化剂乳化而成。
具体组成为：树脂复配体系5％～10％；短链醇10％～12％；醇醚类助剂1％～2％；硅烷偶联剂1％～2％；水75％～80％和乳化剂0.8％～1.2％，各组分的含量均为质量百分含量，且各组分的百分含量之和为100％。
其中，所述的树脂复配体系是由质量含量为60％～80％的聚酰胺树脂、10％～20％的有机硅树脂和10％～20％的聚乙烯吡咯烷酮组成；
所述的短链醇为异丙醇、乙醇和正丁醇中的一种或几种，优先选择异丙醇和乙醇按质量比1∶1～3∶1的复配剂；
所述的醇醚类助剂包括乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚和乙二醇二丁醚中的一种或是几种；
所述的硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷(A171)、γ―缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH570)和γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)中的一种或是几种，优先选择A171和KH550按质量比2∶1的复配剂；
所述的乳化剂为十八烷基二甲基氧化胺。
所述的聚酰胺树脂为聚酰胺550，外观：淡黄色固体；有效含量：>99％；胺值：<3；酸值：<5。
所述的有机硅树脂为DY-501羟基硅油，其外观无色透明液体；粘度(25℃)：25-1000mP.s；羟基含量：0.5％-3％。
所述的聚乙烯吡咯烷酮为K30，外观：白色粉末，无味；K值：27-32.4；分子量：45000-58000。
按照上述水基树脂防砂剂的制备方法，按以下步骤实现：
第一步，树脂的醇溶液配制：在60℃的水域锅中将聚酰胺树脂、有机硅树脂和聚乙烯吡咯烷酮的混合物配制成质量含量为40％～50％的树脂醇溶液；
第二步，树脂防砂剂配制：在常温下按树脂醇溶液90％～93％、醇醚类助剂3.2％～6.5％和硅烷偶联剂3.2％～6.5％混合搅拌均匀，得到所述树脂防砂剂，其中各组分的含量为质量含量；
第三步，水基树脂防砂剂制备：将第二步所得的树脂防砂剂和乳化剂加入250mL的三口烧瓶中，在40～60℃的水浴锅中充分预热并搅拌均匀，然后在600转/min的搅拌速度下以0.5mL/min的滴加速度向三口烧瓶中滴加水，待水滴加完继续搅拌3min即得水基树脂防砂剂，其中乳化剂的用量为总质量的0.8％～1.2％，“油水比”为1∶9～2∶8。
本发明的有益效果是由于所用树脂复配体系中三种树脂具有较好的相互促进作用，均能有效的促进与砂粒表面的结合，并且树脂分子中含有大量的极性基团，能与石英砂表面上的羟基形成大量氢键，在地层温度下脱水后又可形成共价键连接，又由于分子结构比较规整，所以能在砂粒表面形成一层牢固的吸附膜，起到防砂的作用。此外，发明中使用的醇醚类助剂有利于主剂树脂在砂粒表面铺展，以保证分子中足够多的极性基团与砂粒表面接触；硅烷偶联剂能在一定程度上增加树脂与砂粒之间的结合力，从而增加了砂粒之间的桥接强度，并且对地层伤害较少。
具体实施方式：
为了更清楚的理解本发明，现对本发明的具体实施方案进行详细的阐述，但本发明并不因此受到任何限制。
实施例1，在100℃下将聚酰胺树脂∶有机硅树脂∶聚乙烯吡咯烷酮＝4∶1∶1的质量比混合物溶于醇中配制成浓度为40％的树脂母液，然后将树脂母液、醇醚类助剂和硅烷偶联剂按质量比为15∶2∶2混合配制成防砂体系，按“油水比”为1∶9将防砂体系经相反转法制备成水包油型乳状液，即得水基树脂防砂剂。在60℃下用填砂管物模实验测量防砂剂的抑砂率、临界出砂流量和渗透率伤害率。选用20-40目的石英砂，用湿法填制填砂管，卸掉填砂管一端筛网，将有筛网的一端朝下，向填砂管中倒入一定量的标准盐水，然后加入适量砂粒，加砂量不得超过填砂管中标准盐水水面，用铁锤之类的工具敲击填砂管侧面加速砂粒沉降。填砂完毕后，从有筛网一端正向以1mL/min的流速注入pH＝11的碱液5PV(孔隙体积倍数)，测量填砂管初始渗透率K1。然后反向注入1PV水基树脂防砂剂，紧接着用1mL/min的流量从有筛网的一端注入pH＝11的碱液5PV。在室温下将填砂管浸泡在5％的NaOH的溶液中48h，取出后以相同的方法测填砂管的渗透率K2。实验中防砂剂的抑砂率以60mL/min下的抑砂率为标准，出砂量为冲出砂子的质量与注入水质量的比值。水基树脂防砂剂对填砂管渗透率的影响见表1，不同流速下填砂管的出砂量见表2。
表1防砂剂对填砂管渗透率的影响
水测渗透率方向 渗透率/mD 渗透率保留率/％
正向1 1 2545 -
正向2 1 2063 80
表2防砂剂抑砂性能评价
由表1及表2知，60℃下防砂剂对填砂管渗透率有一定的伤害，伤害率为20％，在100mL/min大流量连续注入20PV后，出砂量仍为0.028％，出砂量极少，由此认为临界出砂流速大于100mL/min，且在60mL/min流量下测得防砂剂的抑砂率为100％。
实施例2，在80℃下将聚酰胺树脂∶有机硅树脂∶聚乙烯吡咯烷酮＝4∶2∶1的质量比混合物溶于醇中配制成浓度为40％的树脂母液，然后将树脂母液、醇醚类助剂和硅烷偶联剂按照质量比为15∶2∶2混合配制成防砂体系，按“油水比”为1∶9将防砂体系制备成水包油型乳状液，即得水基树脂防砂剂。按实施例1的方法填充填砂管并测其渗透率K1，然后将其浸泡在5％的HCl溶液中48h后取出并测其渗透率K2，在80℃下进行填砂管物模实验测量防砂剂的抑砂率、临界出砂流量和渗透率伤害率。防砂剂对填砂管渗透率的影响见表3，不同流速下填砂管的出砂量见表4。
表3防砂剂对填砂管渗透率的影响
水测渗透率方向 渗透率/mD 渗透率保留率/％
正向1 1 3176 -
正向2 1 2612 82
表4防砂剂抑砂性能评价
由表3及表4知，80℃下防砂剂对填砂管渗透率有一定的伤害，伤害率为18％，在100mL/min大流量连续注入20PV后，出砂量仍为0.031％，出砂量极少，由此认为临界出砂流速大于100mL/min，且在60mL/min流量下测得防砂剂的抑砂率为96％。
实施例3，在100℃下将聚酰胺树脂∶有机硅树脂∶聚乙烯吡咯烷酮＝4∶1∶1的质量比混合物溶于醇中配制成浓度为40％的树脂母液，然后将树脂母液、醇醚类助剂和硅烷偶联剂按照质量比为15∶1∶2混合配制成防砂体系，按“油水比”为2∶8将防砂体系制备成水包油型乳状液，即得水基树脂防砂剂。按实施例1的方法填充填砂管并测其渗透率K1，再将其浸泡在煤油中48h后取出测其渗透率K2，在100℃下进行填砂管物模实验测量防砂剂的抑砂率、临界出砂流量和渗透率伤害率。防砂剂对填砂管渗透率的影响见表5，不同流速下填砂管的出砂量见表6。
表5防砂剂对填砂管渗透率的影响
水测渗透率方向 渗透率/mD 渗透率保留率/％
正向1 1 2876 -
正向2 1 2473 86
表6防砂剂抑砂性能评价
由表5及表6知，100℃下防砂剂对填砂管渗透率有一定的伤害，伤害率为14％，在90mL/min大流量连续注入20PV后，出砂量为0.092％，将流量增加到100mL/min时，出砂量突然增大，出砂量为0.15％，由此认为临界出砂流速95mL/min，且在60mL/min流量下测得防砂剂的抑砂率为91％。

Claims (4)

1.一种水基树脂防砂剂，其特征是，由树脂复配体系、短链醇、醇醚类助剂、硅烷偶联剂和乳化剂复配并经相反转法乳化制备而得，各组分的质量百分含量为：树脂复配体系5％～10％；短链醇10％～12％；醇醚类助剂1％～2％；硅烷偶联剂1％～2％；水75％～80％和乳化剂0.8％～1.2％，各组分的百分含量之和为100％，其中，
所述的树脂复配体系是由质量含量为60％～80％的聚酰胺树脂、10％～20％的有机硅树脂和10％～20％的聚乙烯吡咯烷酮组成；
所述的短链醇为异丙醇、乙醇和正丁醇中的一种或几种；
所述的醇醚类助剂包括乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚和乙二醇二丁醚中的一种或是几种；
所述的硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、γ―缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和γ―氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或是几种；
所述的乳化剂为十八烷基二甲基氧化胺。
2.根据权利要求1所述的水基树脂防砂剂，其特征是所述的短链醇为异丙醇和乙醇按质量比1∶1～3∶1的复配剂。
3.根据权利要求1所述的水基树脂防砂剂，其特征是所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷按质量比2∶1的复配剂。
4.一种按照权利要求1所述的水基树脂防砂剂的制备方法，其特征是按以下步骤实现：
第一步，树脂的醇溶液配制：在60℃的水域锅中将聚酰胺树脂、有机硅树脂和聚乙烯吡咯烷酮的混合物配制成质量含量为40％～50％的树脂醇溶液；
第二步，树脂防砂剂配制：在常温下按树脂醇溶液90％～93％、醇醚类助剂3.2％～6.5％和硅烷偶联剂3.2％～6.5％混合搅拌均匀，得到所述树脂防砂剂，其中各组分的含量均为质量含量；
第三步，水基树脂防砂剂制备：将第二步所得树脂防砂剂和乳化剂加入250mL的三口烧瓶中，在40～60℃的水浴锅中充分预热并搅拌均匀，然后在600转/min的搅拌速度下以0.5mL/min的滴加速度向三口烧瓶中滴加水，待水滴加完后继续搅拌3min即得水基树脂防砂剂，其中乳化剂的用量为总质量的0.8％～1.2％，“油水比”为1∶9～2∶8。
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