CN111978943B - 自适应型防砂固砂材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自适应型防砂固砂材料，其包括固化剂、偶联剂、疏孔剂以及水；其质量百分比组成为:固化剂为5至30％，偶联剂为20至30％，疏孔剂为1至1.0％，余量为水；该材料对地层石英砂的主要成分二氧化硅结构较为敏感，当该材料与地层石英砂接触时，两者可以反应生成聚合物，能够有针对性的进行防砂固砂，达到对出砂井进行防砂固砂，保证油田正常生产的效果。

Description

自适应型防砂固砂材料
技术领域
本发明属于石油和天然气开采技术领域，尤其涉及一种自适应型防砂固砂材料。
背景技术
在石油开采中，油、水井出砂危害极大，若砂埋油、气、水层，则使油、气井停产，水井停注，井下作业、设备维修或更换频繁，生产成本增大。若大量出砂，则使地层严重亏空，在储层套管外易形成空穴，引起地层坍塌、套管破裂变形，甚至使井报废。因此，对出砂井进行防砂是保证油田正常生产的首要措施。
目前大部分地区油田已进入特高含水期开发阶段，油井出砂日趋复杂化、多元化。而现有的防砂措施效果较差，部分地层和油井出砂现象严重，防砂有效期短，严重影响油田油井产量。现有的防砂措施导致大规模体积压裂后，大量的压裂砂进入地层，由于不能被完全压实，返排液及高速天然气将支撑剂携带到地面，可能会给油气开采带来较大的难度。
现有的常规化学固砂剂为，呋喃树脂、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂以及它们的混合物，由于自身粘度大，胶结之后强度高，会造成渗透率大幅下降，造成储层污染，因此有待进行改进。
发明内容
本发明目的在于提供一种自适应型防砂固砂材料,以解决对出砂井进行防砂固砂，保证油田正常生产的技术问题。
为实现上述目的，本发明的自适应型防砂固砂材料的具体技术方案如下：
一种自适应型防砂固砂材料，其包括固化剂、偶联剂、疏孔剂以及水；其质量百分比组成为:固化剂为5至30％，偶联剂为20至30％，疏孔剂为1至1.0％，余量为水。
前述的自适应型防砂固砂材料，其中，所述固化剂为酚醛树脂预缩聚体；所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述疏孔剂为白炭黑；所述水为蒸馏水。
本发明自适应型防砂固砂材料的制备方法，其包括以下步骤：
第一步，称取固化剂、偶联剂、疏孔剂、酸碱调节剂及水；
第二步，将称取的固化剂、偶联剂以及疏孔剂在常温下一次放入水中，搅拌至充分溶解；
第三步，对第二步制备的溶液用酸碱调节剂进行调节，使该混合溶液的pH值至中性，即得到成品。
前述的自适应型防砂固砂材料的制备方法，其中，所述固化剂为酚醛树脂预缩聚体；所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述疏孔剂为白炭黑；所述水为蒸馏水；所述酸碱调节剂为氢氧化钠或盐酸。
前述的自适应型防砂固砂材料的制备方法，其中，所述固化剂、偶联剂、疏孔剂及水的质量百分比组成为:固化剂为5至30％，偶联剂为20至30％，疏孔剂为1至1.0％，余量为水。
本发明的自适应型防砂固砂材料具有以下优点：该防砂固砂材料中含有的乙烯基三甲氧基硅烷对地层中的二氧化硅有识别，两者可以反应生成聚合物，该聚合物可在岩石表面、地层砂颗粒之间架桥，将地层砂粘合在岩石表面，而非传统防砂剂的整体胶结；另外，本发明的自适应型防砂固砂材料是在地层中的含水孔隙中发生反应，而不是在含油孔隙中发生反应，因而对储层伤害较小，能够极大保留储层渗透性。
附图说明
图1为本发明自适应型防砂固砂材料用于不同砂粒的耐压强度实验结果示意图。
图2为本发明自适应型防砂固砂材料在不同温度环境下的耐压强度实验结果曲线图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种自适应型防砂固砂材料做进一步详细的描述。
实施例：
称取在60.0克蒸馏水，15克酚醛树脂预缩聚体，20克乙烯基三甲氧基硅烷，5克白炭黑；将15克酚醛树脂预缩聚体，20克乙烯基三甲氧基硅烷，5克白炭黑依次加入60.0克蒸馏水中，常温搅拌混合后用氢氧化钠调节至pH为7，制备成自适应型防砂固砂材料。
将制备好的自适应型防砂固砂材料加热至40℃左右，然后通过柱塞泵等挤注装置将防砂固砂材料挤压至需要固结砂的出砂井中，固结40小时左右，即完成固结作业。
本实施例未进行说明的内容为现有技术，故，不再进行赘述。
本发明自适应型防砂固砂材料性能评价：
1、强度实验。
将本发明自适应型防砂固砂材料加热至40℃左右后分别加入不同粒径的砂粒中；然后将加入自适应型防砂固砂材料的不同粒径砂粒分别倒入模具中进行固结，固结40小时后，从模具中取出固结的不同粒径的砂柱；再采用挤压测试仪器检测该砂柱的耐压强度，实验结果如图1所示。
由图1所示可得随着砂粒粒径尺寸的减小，耐压强度越来越高，最低耐压强度为3.5兆帕，恒温固结40h后，40-80、目100-120目及200-300目数固砂岩心抗压强度计算为8.57-3.957MPa，砂粒粒径越小固化强度越大，抗压强度越高，本发明的自适应型防砂固砂材料可以满足防砂强度的需求。
2、渗透性实验。
采用不同粒径砂粒加入本发明自适应型防砂固砂材料，然后倒入模具中进行固结，固结40小时后，测试岩心渗透率，利用达西公式计算渗透率，所得结果于表1所示。
表1为加入本发明自适应型防砂固砂材料的不同粒径砂粒渗透性能
Figure GDA0003564085680000041
由表1中测试数据可知本发明自适应型防砂固砂材料对岩心的渗透性影响不大，固结之后仍然有很强的渗透性。
3、温度对固砂强度的影响
采用20至40目的砂粒，加入本发明自适应型防砂固砂材料，制作砂柱7份，然后将七个砂柱分别置于30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃的高温烘箱中固结，固结48小时后测试耐压强度，结果如图2所示。
图2所示实验结果可知，随着环境温度的升高，耐压强度逐渐升高，表明本发明自适应型防砂固砂材料具有较高耐温性能。
4、耐水冲刷性能。
测定在不同粒径石英砂中加入本发明自适应型防砂固砂材料固结之后，在泵流量为6000mL/h下的冲刷实验，测定出砂情况，所得结果如表2所示。
表2为不同粒径石英砂中加入自适应型防砂固砂材料固结后出砂情况
Figure GDA0003564085680000042
由表2可得，不同粒径范围组合下的石英砂均可以满足耐冲刷要求。
5、黏土含量对水冲刷效果的影响
在加入本发明自适应型防砂固砂材料的不同粒径石英砂粒中再加入不同含量的黏土，然后制备成砂柱，测定各砂柱耐水冲刷强度实验，测试结果如表3所示。
表3加入自适应型防砂固砂材料的不同粒径石英砂粒中加入不同含量黏土后对水冲刷强度
Figure GDA0003564085680000051
由表3数据可得，黏土含量对水冲刷强度基本无影响，本发明自适应型防砂固砂材料可以适用于较高含量的粘土和粉细砂的地层固砂。
6、在不同介质中浸泡的强度
在20-40目的石英砂中加入本发明自适应型防砂固砂材料，制作砂柱7份，分别置于清水、污水、柴油、卤水、原油、氢氧化钠溶液、盐酸溶液中30天，环境温度设定60℃左右。30天后，测试砂柱的抗压强度如表4所示。
表4为石英砂中加入自适应型防砂固砂材料后经不同溶液浸泡后的抗压强度
Figure GDA0003564085680000052
由表4测试数据可知，固结砂柱在不同介质中浸泡后，对抗压强度影响不大，表明本发明自适应型防砂固砂材料具备较强的环境适应能力。
本发明自适应型防砂固砂材料的配置原理是，该材料对二氧化硅结构较为敏感，地层石英砂的主要成分为二氧化硅，该材料与与地层石英砂接触时，分子之间产生识别和组装，可以在保证防砂固砂的同时减少对地层的污染。再者，自适应型防砂固砂材料中含有的乙烯基三甲氧基硅烷与地层中二氧化硅较为敏感的基团，两者可反应生成聚合物，能够有针对性的进行防砂固砂。
当酚醛树脂预缩聚体与地层水接触时，分子之间产生识别和组装，生成超分子聚合物，超分子聚合物可以自溶液中迁移至亲水性固体界面上，同时在界面上吸附、键合、沉积、胶凝，并在岩石表面、地层砂颗粒之间架桥，将地层砂粘合在岩石表面，并形成超分子－地层砂复合膜，从而达到固砂的目的，且保持较高的渗透性。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种自适应型防砂固砂材料，其特征在于，包括固化剂、偶联剂、疏孔剂以及水；其质量百分比组成为: 固化剂为5至30%，偶联剂为20至30%，疏孔剂为1至1.0%，余量为水；
所述固化剂为酚醛树脂预缩聚体；所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述疏孔剂为白炭黑；所述水为蒸馏水。
2.一种如权利要求1所述的自适应型防砂固砂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，称取固化剂、偶联剂、疏孔剂、酸碱调节剂及水；
第二步，将称取的固化剂、偶联剂以及疏孔剂在常温下一次放入水中，搅拌至充分溶解；
第三步，对第二步制备的溶液用酸碱调节剂进行调节，使该混合溶液的pH值至中性，即得到成品。
3.根据权利要求2所述的自适应型防砂固砂材料的制备方法，其特征在于，所述固化剂为酚醛树脂预缩聚体；所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述疏孔剂为白炭黑；所述水为蒸馏水；所述酸碱调节剂为氢氧化钠或盐酸。
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