CN112724951B - 一种控水固结砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有控水功能的固结砂及其制备方法，属于石油开采领域中的化学防砂技术领域。所述组合物包括支撑剂和涂覆层组合物；所述涂覆层组合物包括环氧树脂、多巴胺和有机硅氧烷。支撑剂与涂覆层组合物的重量比为100:3‑5。本发明所述涂覆层组合物中环氧树脂、多巴胺及有机硅氧烷相互具有协同作用，与支撑剂组成的控水固结砂不但具有控水作用，而且具有显著地胶结性能，在地层能够建立有一定强度的防砂过滤屏障。

Description

一种控水固结砂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有控水功能的固结砂及其制备方法，属于石油开采领域中的化学防砂技术领域。
背景技术
疏松砂岩油藏由于地层胶结物的胶结力受到破坏而极易出砂。油井出砂会造成生产设备磨蚀、损坏，降低油井产量，提高生产成本等问题；严重时还会造成地层坍塌、盖层下陷以及套管变形、错段等问题，使油井报废。目前，为了解决油井出砂问题，已发展出了机械防砂、化学防砂等多种防砂工艺。
但随着油田开发的不断深入，油藏已进入高含水或超高含水期，导致油井防砂后含水急剧上升，严重影响油井产能；另外举升大量地层水会导致极大的能源浪费和环境污染问题。为了解决油藏含水期的防砂问题，已研制出一种控水砂，把控水砂挤入地层能够在防砂的同时还能有效降低油井综合含水，达到尽可能延长油井稳产期及节能"环保的目的。
中国发明专利(CN102060568B)公开一种控水砂，该控水砂是将具有控水作用的相渗调节剂涂敷于支撑剂表面形成控水砂。该控水砂具有控水作用但没有胶结功能，不能建立有一定强度的防砂过滤屏障，使用范围受到一定限制。
中国发明专利(CN103275686B)该发明公开一种控水覆膜砂，该控水支撑剂具有胶结功能而且具有控水作用。但该控水支撑剂是在支撑剂上进行两层涂敷，内层涂敷环氧树脂起胶结作用、外层涂敷聚氨酯树脂其控水作用。该控水固结砂的抗压强度均大于4MPa，油相渗透率/水相渗透率小于2，控水效果不明显。
为了解决以上问题，研发一种控水固结砂，在地层能够建立有一定强度的防砂过滤屏障，而且能够具有较强的控水作用。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种具有控水作用且能够胶结成一定强度的控水固结砂，以及其制备方法。以便在满足化学防砂的作用下，还能够具有控水作用，提高采油率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供一种控水固结砂组合物，所述组合物包括支撑剂和涂覆层组合物；所述涂覆层组合物包括环氧树脂、多巴胺和有机硅氧烷。
根据本发明所述控水固结砂组合物，优选地，支撑剂与涂覆层组合物的重量比为100:3-5。
根据本发明所述控水固结砂组合物，优选地，支撑剂为石英砂或陶粒；优选地，石英砂的粒径为0.425mm-0.850mm，陶粒的粒径为0.6mm-1.2mm。
根据本发明所述控水固结砂组合物，优选地，涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂40-70份，多巴胺0.5-2.0份，有机硅氧烷10-30份；
优选地，涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂50-60份，多巴胺1.0-2.0份，有机硅氧烷10-30份。
根据本发明所述控水固结砂组合物，优选地，环氧树脂为双酚A型环氧树脂；优选地，环氧树脂为环氧树脂E-44。
根据本发明所述控水固结砂组合物，优选地，多巴胺为盐酸多巴胺。
根据本发明所述控水固结砂组合物，优选地，所述有机硅氧烷是指主链为Si-O-Si键，侧链为有机基团的化合物；优选地，有机硅氧烷为聚二甲基硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、甲基乙烯基硅氧烷中的一种或几种。
本发明另一方面，提供以上所述控水固结砂组合物的制备方法，包括以下步骤：将环氧树脂与稀释剂混合搅拌均匀；依次加入多巴胺、有机硅氧烷；搅拌均匀；加热至60℃-80℃，保温搅拌4-6小时；停止搅拌和加热，冷却至室温；将支撑剂加热至150℃以上；然后将150℃以上的支撑剂与涂敷层组合物搅拌混合均匀，经过干燥，得到所述的控水固结砂。
根据本发明以上所述制备方法，优选地，稀释剂为惰性稀释剂。
根据本发明以上所述制备方法，优选地，加入多巴胺后，加热至60℃-80℃，再加入有机硅氧烷，保温搅拌4-6小时。
本发明所述控水固结砂组合物由支撑剂与涂覆层组合物组成，所述涂覆层组合物中，环氧树脂具有粘结性能；聚多巴胺具有增强涂覆层与石英砂表面的结合强度，同时也使有机硅氧烷均匀分布在环氧树脂中；有机硅氧烷具有超疏水性，具有控水作用。环氧树脂、多巴胺及有机硅氧烷相互具有协同作用，与支撑剂组成的控水固结砂不但具有控水作用，而且具有显著地胶结性能，在地层能够建立有一定强度的防砂过滤屏障。
与现有控水砂相比，具有以下优势：
(1)本发明控水固结砂胶结性能强，抗压强度大于5MPa，抗压强度最高可达8.6MPa；
(2)本发明控水固结砂控水性能强，水油阻力比可达5.9；
(3)本发明控水固结砂制备过程中采用疏水基团改型树脂，单层涂敷，工艺简单。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1一种控水固结砂组合物
所述控水固结砂组合物由以下成分及其重量份组成：石英砂100份，涂覆层组合物4份；
所述涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂E-44 50份，盐酸多巴胺0.5份，聚二甲基硅氧烷15份。
以上所述控水固结砂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂E-44与稀释剂混合搅拌均匀；加入盐酸多巴胺后，加热至70℃，再加入聚二甲基硅氧烷，保温搅拌5小时，停止搅拌和加热，冷却至室温；将粒径为0.425mm-0.850mm石英砂在加热炉中加热至150℃；然后将150℃的石英砂放入混砂机中，再加入涂覆层组合物搅拌，混合60s-90s；之后烘干，粉碎，用10目的筛子筛分，得到控水固结砂。
实施例2一种控水固结砂组合物
所述控水固结砂组合物由以下成分及其重量份组成：石英砂100份，涂覆层组合物4份；
所述涂覆层组合物由以下成分及其重量，份组成：环氧树脂E-44 50份，盐酸多巴胺1.0份，乙烯基三甲氧基硅烷20份；
以上所述控水固结砂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂E-44与稀释剂混合搅拌均匀；加入盐酸多巴胺后，加热至70℃，再加入乙烯基三甲氧基硅烷，保温搅拌4小时，停止搅拌和加热，冷却至室温；将粒径为0.425mm-0.850mm石英砂在加热炉中加热至150℃；然后将150℃的石英砂放入混砂机中，再加入涂覆层组合物搅拌，混合60s-90s；之后烘干，粉碎，用10目的筛子筛分，得到控水固结砂。
实施例3一种控水固结砂组合物
所述控水固结砂组合物由以下成分及其重量份组成：石英砂100份，涂覆层组合物4份；
所述涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂E-4460份，盐酸多巴胺1.0份，乙烯基三乙氧基硅烷20份；
以上所述控水固结砂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂E-44与稀释剂混合搅拌均匀；加盐酸多巴胺后，加热至70℃，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，保温搅拌5小时，停止搅拌和加热，冷却至室温；将粒径为0.425mm-0.850mm石英砂在加热炉中加热至150℃；然后将150℃的石英砂放入混砂机中，再加入涂覆层组合物搅拌，混合60s-90s；之后烘干，粉碎，用10目的筛子筛分，得到控水固结砂。
实施例4一种控水固结砂组合物
所述控水固结砂组合物由以下成分及其重量份组成：石英砂100份，涂覆层组合物4份；
所述涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂E-4460份，盐酸多巴胺1.2份，甲基乙烯基硅氧烷25份；
以上所述控水固结砂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂E-44与稀释剂混合搅拌均匀；加入盐酸多巴胺后，加热至70℃，再加入甲基乙烯基硅氧烷，保温搅拌5小时，停止搅拌和加热，冷却至室温；将粒径为0.425mm-0.850mm石英砂在加热炉中加热至150℃；然后将150℃的石英砂放入混砂机中，再加入涂覆层组合物搅拌，混合60s-90s；之后烘干，粉碎，用10目的筛子筛分，得到控水固结砂。
实施例5一种控水固结砂组合物
所述控水固结砂组合物由以下成分及其重量份组成：石英砂100份，涂覆层组合物3份；
所述涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂E-4440份，盐酸多巴胺2.0份，甲基乙烯基硅氧烷30份；
以上所述控水固结砂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂E-44与稀释剂混合搅拌均匀；加入盐酸多巴胺后，加热至60℃，再加入甲基乙烯基硅氧烷，保温搅拌6小时，停止搅拌和加热，冷却至室温；将粒径为0.425mm-0.850mm石英砂在加热炉中加热至150℃；然后将150℃的石英砂放入混砂机中，再加入涂覆层组合物搅拌，混合60s-90s；之后烘干，粉碎，用10目的筛子筛分，得到控水固结砂。
实施例6一种控水固结砂组合物
所述控水固结砂组合物由以下成分及其重量份组成：石英砂100份，涂覆层组合物5份；
所述涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂E-4470份，盐酸多巴胺0.5份，甲基乙烯基硅氧烷10份；
以上所述控水固结砂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂E-44与稀释剂混合搅拌均匀；加入盐酸多巴胺后，加热至70℃，再加入甲基乙烯基硅氧烷，保温搅拌5小时，停止搅拌和加热，冷却至室温；将粒径为0.425mm-0.850mm石英砂在加热炉中加热至150℃；然后将150℃的石英砂放入混砂机中，再加入涂覆层组合物搅拌，混合60s-90s；之后烘干，粉碎，用10目的筛子筛分，得到控水固结砂。
实施例7一种控水固结砂组合物
所述控水固结砂组合物由以下成分及其重量份组成：陶砂100份，涂覆层组合物4份；
所述涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂E-4460份，盐酸多巴胺1.2份，乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷30份；
以上所述控水固结砂组合物的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂E-44与稀释剂混合搅拌均匀；加入盐酸多巴胺后，加热至70℃，再加入乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，保温搅拌5小时，停止搅拌和加热，冷却至室温；将粒径为0.6mm-1.2mm陶粒在加热炉中加热至150℃；然后将150℃的陶粒放入混砂机中，再加入的涂覆层组合物搅拌，混合60s-90s；之后烘干，粉碎、用10目的筛子筛分，得到控水固结砂。
试验例
试验对象：实施例1-7制备得到的控水固结砂；
对照组控水固结砂的制备方法：CN103275686B提供一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒，其原料组成包括：低密度陶粒支撑剂200kg、KH550硅烷偶联剂0.4kg、热固性酚醛树脂液8kg以及单组份聚氨酯防水涂料1kg。其中，所述低密度陶粒支撑剂的性能指标达到SY/T5108-2006(压裂支撑剂性能指标及测试推荐做法)的相关规定要求，其粒径为0.5mm-0.8mm。将低密度陶粒支撑剂在高温滚筒加热炉中加热至120℃；然后取出120℃的低密度陶粒支撑剂并装入混砂机中；加入KH550硅烷偶联剂，再加入热固性酚醛树脂液，混合90s；烘干，筛分之后加入单组份聚氨酯防水涂料，混合180s；取出得到的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒粗产物，将其烘干，或于常温下放置晒干、粉碎后，用10目的筛子筛分，得到所述的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒。
试验内容：通过检测控水固结砂的水油阻力、抗压强度来评价控水固结砂的控水性能及胶结性能。其中，用水油阻力比表示控水固结砂的控水性能，这一数值越高，表明控水固结砂的控水能力越强；抗压强度越大，胶结性能越强。
试验方法：
(一)水油阻力比的测定方法
水油阻力比的测定方法是将上述控水固结砂制备成两块直径为25mm、长度为8cm的岩心。其中一块持续通清水进行浸泡、冲洗30天，另一块持续通煤油进行浸泡、冲洗30天。将这两块岩心放入岩心渗透率测试仪中，测定上述两块岩心的油相渗透率和水相渗透率。再将由与上述控水固结砂的同样的支撑剂、环氧树脂制成的涂敷砂支撑制成与上述控水固结砂同样大小的两块岩心，测定该两块岩心的油相渗透率和水相渗透率。
控水固结砂的水油阻力比按以下公式计算：
Figure BDA0002250731270000051
公式(1)中：
NFRR——水油阻力比，无因次量；
KW1——控水固结砂试样水相渗透率，×10-3μm2；
KO1——控水固结砂试样油相渗透率，×10-3μm2；
KW2——涂敷砂水相渗透率，×10-3μm2；
KO2——涂敷砂油相渗透率，×10-3μm2。
(二)抗压强度测定方法
控水固结砂在60℃下固化72h固结成直径为25mm的人造岩心，然后切割成高度为25mm的试件，保证试件两截面平行且与侧面垂直，利用抗压机测其抗压强度。
试验结果：试验结果如下表1所示。
表1各控水固结砂试样性能测试结果
Figure BDA0002250731270000061
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种控水固结砂组合物，其特征在于，所述组合物包括支撑剂和涂覆层组合物；所述涂覆层组合物包括环氧树脂、多巴胺和有机硅氧烷；
支撑剂与涂覆层组合物的重量比为100:3-5；
支撑剂为石英砂或陶粒，石英砂的粒径为0.425 mm -0.850mm，陶粒的粒径为0.6 mm -1.2mm；
涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂40-70份，多巴胺0.5-2.0份，有机硅氧烷10-30份；
环氧树脂为双酚A型环氧树脂；
所述多巴胺为盐酸多巴胺；
所述有机硅氧烷为聚二甲基硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、甲基乙烯基硅氧烷中的一种或几种；
所述控水固结砂组合物的制备方法包括：将环氧树脂与稀释剂混合搅拌均匀；先加入多巴胺、加热至60℃-80℃，再加入有机硅氧烷，搅拌均匀，加热至60℃-80℃，然后保温搅拌4-6小时；停止搅拌和加热，冷却至室温；将支撑剂加热至150℃以上；然后将150℃以上的支撑剂与涂敷层组合物搅拌混合均匀，经过干燥，得到所述的控水固结砂。
2.根据权利要求1所述控水固结砂组合物，其特征在于，所述环氧树脂为环氧树脂E-44。
3.根据权利要求1所述控水固结砂组合物，其特征在于，所述涂覆层组合物由以下成分及其重量份组成：环氧树脂50-60份，多巴胺1.0-2.0份，有机硅氧烷10-30份。
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