CN113755146A - 一种稳砂剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于石油工程防砂技术领域，具体涉及一种稳砂剂及其制备方法。本发明的稳砂剂主要由水，增稠剂，氨基树脂和防膨剂组成；其中，增稠剂，氨基树脂和防膨剂的重量比为(0.015～0.03)：(0.02～0.05)：(0.02～0.05)。本发明的稳砂剂中，增稠剂可以使溶液粘度提高，稠度增加，微粒运移阻力增加，游离物运移到近井地带的时间延长，防砂有效期增加。氨基树脂中的氨基可与松散砂粒表面的羟基通过氢键桥接起来，达到防砂的目的。另外，氨基树脂可以增强地层粘土矿物、石英等的粘性，使矿物微粒联结结团，不易被流体夹带运移，增加颗粒移动难度。防膨剂在黏土矿物和游离砂粒表面形成保护膜，包被并抑制黏土矿物和游离砂粒水化分散。

Description

一种稳砂剂及其制备方法
技术领域
本发明属于石油工程防砂技术领域，具体涉及一种稳砂剂及其制备方法。
背景技术
河南油田西部春光油田稀油油藏油层温度40-60℃，地层胶结疏松，孔隙度35.3％，粘土含量5％～20％，高水敏性矿物如高岭石、蒙脱石、伊利石含量高，这些水敏矿物遇水膨胀、分散后，使砂粒发生运移进入泄流带内，造成油层砂埋、砂堵，油井出砂严重，降低了油气井产量；目前主力区块含水超过90％；含水上升，加剧地层出砂，防砂有效期短，防砂难度加大，主要原因为：一是引起地层岩石抗压强度降低，加剧疏松砂岩出砂；二是引起地层临界出砂压差显著下降；地层临界出砂压差由1.6MPa下降到0.6MPa，加剧疏松砂岩出砂；三是溶解黏土矿物导致泥质细粉砂加速运移，引起堵塞，防砂有效期也会越来越短；实际防砂作业过程中，因含水率上升，地层出砂粒径达到0.12～0.2mm，细粉砂运移堵塞严重，采取了“远稳近防”的防砂策略，目前春光现场使用的抑砂剂主要是有机防膨剂，对稳定地层岩石胶结物有稳定作用，但对抑制游离细粉砂运移效果不理想。
中国专利(专利号：CN104861110B，专利名称：高渗透稠油油藏防膨抑砂剂及其制备方法)公开了一种高渗透稠油油藏防膨抑砂剂，适用于70℃～120℃的中、高渗透稠油油藏，防黏土膨胀、抑制砂粒运移效果良好，但不满足40-60℃稀油油层防膨抑砂的需求。
卫然等的“中高渗透稠油油藏新型防膨抑砂剂的研制及应用”(《大庆石油地质与开发》第25卷第1期，2006年2月)公开了一种新型防膨抑砂剂－FS-FYJ，该防膨抑砂剂是一种网状多羟基阳离子聚合物,能够非常有效而永久地防止黏土膨胀,控制砂粒运移,取得了显著的防砂效果,解决了胜利油田中、高渗透稠油油藏的防砂难题，仍然满足不了40-60℃稀油油层防膨抑砂的需求。陈慧卿等的“春光油田化学辅助抑砂剂研究”(《精细石油化工进展》第017卷第002期，2016年)选出适合春光油田地层条件的抑砂剂配方。但该抑砂剂只适用于防砂施工前对井筒1-3m范围内进行防膨处理，对游离的细粉砂效果不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳砂剂，既能增强储层与砂粒间的固结作用，防止砂粒伴随流体的运移被带出，又能加强储层与粘土间的胶结能力，从而防止粘土水化膨胀、运移，满足40～60℃地层深部防膨稳砂的需要。
本发明的另一个目的在于提供一种稳砂剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的稳砂剂的技术方案为：
一种稳砂剂，所述稳砂剂主要由水，增稠剂，氨基树脂和防膨剂组成；其中，增稠剂，氨基树脂和防膨剂的重量比为(0.015～0.03)：(0.02～0.05)：(0.02-0.05)。
本发明的稳砂剂具有低稠度、低粘连、强防膨性能，满足防膨高度小于2.5mm,防膨率大于95％、浊度小于80NTU、出砂量小于0.05g/L等技术指标，符合疏松砂岩40℃-60℃地层深部抑砂作业的要求。
本发明的稳砂剂中，增稠剂可以使溶液粘度提高，稠度增加，微粒运移阻力增加，游离物运移到近井地带的时间延长，防砂有效期增加。
氨基树脂对地层渗透率的保持率为70％～90％，氨基树脂中的氨基可与松散砂粒表面的羟基通过氢键桥接起来，达到防砂的目的。另外，氨基树脂可以增强地层粘土矿物、石英等的粘性，使矿物微粒联结结团，不易被流体夹带运，增加颗粒移动难度。
防膨剂在黏土矿物和游离砂粒表面形成保护膜，包被并抑制黏土矿物和游离砂粒水化分散。
优选地，一种稳砂剂，所述稳砂剂主要由水，增稠剂，氨基树脂和防膨剂组成；其中，以100重量份水计，增稠剂的重量份为0.015～0.03份，氨基树脂的重量份为0.02～0.05份，防膨剂的重量份为0.02-0.05份。
更优选地，一种稳砂剂，所述稳砂剂主要由水，增稠剂，氨基树脂和防膨剂组成；其中，以100重量份水计，增稠剂的重量份为0.025份，氨基树脂的重量份为0.03份，防膨剂的重量份为0.03份。
优选地，所述增稠剂为分子量为500万～1200万的阳离子型聚丙烯酰胺。
阳离子型聚丙烯酰胺水解度提高时，它的溶液粘度随着提高，稠度增加，微粒运移阻力增加，游离物运移到近井地带的时间越长，防砂有效期增加。
聚丙烯酰胺中的氨基可与松散砂粒表面的羟基通过氢键桥接起来，达到防砂的目的。阳离子型聚丙烯酰胺在水中溶解、解离，产生聚阳离子，这些聚阳离子既可通过吸附中和黏土表面的负电性，又可在粘土晶层或颗粒之间吸附微粒，使它们之间的静电排斥力减小，晶层收缩，抑制粘土膨胀。同时阳离子型聚丙烯酰胺主要通过其阳离子链节将带负电砂粒桥接起来，附于矿物微粒表面上，改变了矿物微粒的表面性质，降低了运动流体对微粒的拖曳力，有效地防止了矿物微粒的运移堵塞。
更优选地，所述聚丙烯酰胺为天津市同新化工有限公司生产的9003-05-8型分子量500万～1200万的阳离子型聚丙烯酰胺聚合物。
优选地，所述氨基树脂为分子量为8000～11000的水溶性线性脲醛树脂。
氨基树脂可以选用脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、苯代三聚氰胺树脂、共聚树脂。脲醛树脂一般为水溶性树脂，较易固化，固化后的树脂无毒、无色。优选湖北天门恒昌化工有限责任公司的线性脲醛树脂。
优选地，所述防膨剂为包被剂。
优选地，所述包被剂为BLZ-1型包被剂。
包被剂BLZ-1是由阳离子、阴离子和非离子基团组成高分子水溶性支链聚合物，分子量1500万～1800万、水解度28～32％，水解后，各分子支链相互作用形成网状结构，使形成的吸附膜密集程度更高，作用力更强，不仅可以有效地稳定蒙脱石这样的见水膨胀型粘土，而且可以有效地防止非膨胀型粘土矿物如高岭石、伊利石、绿泥石以及石英等其他地层微粒的分散运移。
本发明的稳砂剂的制备方法的技术方案为：
一种上述稳砂剂的制备方法，包括以下步骤：将水、增稠剂、氨基树脂和防膨剂混合均匀；其中，增稠剂，氨基树脂和防膨剂的重量比为(0.015～0.03)：(0.02～0.05)：(0.02～0.05)。
本发明制备的稳砂剂具有较长时间粘结松散砂粒的特性，增强石英砂与骨架间的结合力；同时也应具备抑制粘土膨胀的能力，具有弱聚砂、防拖曳、防膨胀的稳砂功能。
本发明制备的稳砂剂能吸附于粘土矿物和其它地层微粒的表面上,形成多点吸附膜，吸附膜密集程度越高，作用力越强，它可以和两个以上的矿物微粒联结，使微粒结团，使微粒不易被流体夹带运移，不仅可以有效地稳定蒙脱石这样的见水膨胀型粘土矿物，而且可以有效地防止非膨胀型粘土矿物如高岭石、伊利石、绿泥石以及石英等其他地层微粒的分散运移；本发明制备的稳砂剂水解后具有独特的网状分子结构；本发明制备的稳砂剂组分中，分子结构中含有氨基，可以在地层表面上形成大量的氢键,使两者结合得更加牢固，对粘土矿物和其它地层微粒起到更强更久的稳定作用；本发明制备的稳砂剂携带大量阳离子，能与粘土微粒表面的负电性产生电性中和，将粘土微粒桥接在地层表面；本发明制备的稳砂剂在40-60℃地层温度下，稳砂性能稳定。
本发明制备的稳砂剂利用聚合物的粘弹性来阻挡细粉砂的流出，利用电中和性桥接粘土矿物，利用氨基桥接粘土矿物，利用吸附膜增强桥接力。
优选地，所述混合是依次将增稠剂、氨基树脂、防膨剂加入水中进行混合。
优选地，所述混合是依次将增稠剂、氨基树脂、防膨剂加入水中进行搅拌。
优选地，所述将增稠剂加入水中进行搅拌的转速为200～300转/min，搅拌时间为15～30min。
优选地，所述将氨基树脂加入水中进行搅拌的转速为200～300转/min，搅拌时间为15～30min。
优选地，所述将防膨剂加入水中进行搅拌的转速为200～300转/min，搅拌时间为30～60min。
优选地，首先将增稠剂加入水中进行混合至增稠剂溶解，再调节所得含有增稠剂的溶液的pH值为6～8，得到第一溶液；然后将氨基树脂加入到第一溶液中进行混合至氨基树脂溶解，再调节所得含有氨基树脂的溶液的pH值为6～8，得到第二溶液；最后将防膨剂加入到第二溶液中进行混合至防膨剂溶解，再调节所得含有防膨剂的溶液的pH值为6～8。
更优选地，首先将增稠剂加入水中进行混合至增稠剂溶解，再调节所得含有增稠剂的溶液的pH值为7，得到第一溶液；然后将氨基树脂加入到第一溶液中进行混合至氨基树脂溶解，再调节所得含有氨基树脂的溶液的pH值为7，得到第二溶液；最后将防膨剂加入到第二溶液中进行混合至防膨剂溶解，再调节所得含有防膨剂的溶液的pH值为7。
阳离子聚丙烯酰胺的pH适用范围为3～8(理想值为6)，pH值还会影响阳离子聚丙烯酰胺的粘度，pH酸碱值过高，会降低阳离子聚丙烯酰胺溶液的粘度，因此，溶液的pH值优选为6～8。
另外，因脲醛树脂不耐酸不耐碱，溶液的pH值优选为7。
优选地，所述混合温度为40～60℃。
增稠剂、氨基树脂、防膨剂在冷水中也能完全溶解，水温低于5℃时溶解很慢；水温提高溶解速度加快，但40℃以上会使聚合物加快降解，粘度降低。
本发明的稳砂剂可用于油层含粘土5％～20％的高含泥油层，可满足大于3m深部防膨抑砂的需要。
附图说明
图1为本发明的稳砂剂配制步骤及性能示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。需要指出的是，本实施例的目的是为了进一步对本发明进行阐述，并不是对本发明保护范围的限制。
本发明实施例中所用的材料：阳离子聚丙烯酰胺为天津市同新化工有限公司的9003-05-8型；脲醛树脂为湖北天门恒昌化工有限责任公司的线性脲醛树脂(cas:9011-05-6)；包被剂为民权县永胜钻井助剂有限公司的BLZ-1型。
一、本发明的稳砂剂的具体实施例如下：
本发明的稳砂剂由水，阳离子聚丙烯酰胺增稠剂，脲醛树脂，包被剂和适量pH调节剂混合而成；其中，水，阳离子聚丙烯酰胺增稠剂，脲醛树脂和包被剂的重量比为100：0.025：0.03：0.03，使用适量pH调节剂将稳砂剂的pH调节至6～8。
二、本发明的稳砂剂的制备方法的具体实施例如下：
实施例
本实施例的稳砂剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)第一溶液的配制
在容器中加入1000mL水，以300转/min的转速搅拌1min，产生旋涡，将0.25g阳离子聚丙烯酰胺沿着漩涡缓慢加入并搅拌30min，至阳离子聚丙烯酰胺溶解，用1mol/L氢氧化钠溶液调节溶液的pH至6～8，得到第一溶液。
(2)第二溶液的配制
将0.3g脲醛树脂沿着漩涡缓慢加入并搅拌30min，至脲醛树脂溶解，用1mol/L氢氧化钠溶液调节溶液的pH至6～8，得到第二溶液。
(3)稳砂剂的制备
将0.3g包被剂BLZ-1沿着漩涡缓慢加入并搅拌30min，至包被剂全部溶解后，用1mol/L氢氧化钠溶液调节溶液的pH至6～8，得到稳砂剂。本实施例制备的稳砂剂的粘度为6～9mPa·s，在20～30℃下24小时内性能稳定。对实施例配制稳砂剂的过程作图，如图1所示。
实验例1稳砂剂防膨实验测试
首先称取10.0g(精确至0.001g)粒径为0.075mm～0.150mm的膨润土，放入页岩膨胀仪的岩心筒中，在压力机上用0.5MPa的压力压制10min,制成岩饼；然后将岩饼装于页岩膨胀仪测试筒中，并放于测试杯中，确保位移传感器接触触点；然后分别将200mL稳砂剂，煤油和蒸馏水从测试杯的温度传感器孔全部注入到测试杯中，确保岩样饼全部浸泡在试剂中；最后将实验温度调整为40～60℃，仪器每隔30秒采集一组数据，测试岩饼在稳砂剂中48小时内的膨胀程度。实验结果见表1。
表1稳砂剂防膨实验结果
Figure BDA0003285667300000051
Figure BDA0003285667300000061
实验例2填砂管实验测试
首先称取57.3g(精确至0.001g)粒径为0.150mm～0.177mm的石英砂,2.7g(精确至0.001g)粒径为0.050～0.053mm的高岭土，将二者充分混合均匀后，装入直径为25mm、高度100mm(出口直径为1.5mm)的岩心管中；然后用30mL稳砂剂浸泡并静置10min；最后将岩心管装入驱替流程，调节注塞泵排量，在排量为17mL/min的条件下驱替2h，收取所有排出液样。
对排出液样进行浊度测试，记录数据，结果如表2所示。
将排出液样摇匀，在搅拌的条件下倒入滤纸中进行过滤，将滤纸连同滤出物移入烧杯中，放入温度为(105±2)℃的烘箱中烘干至重量不变，按照式(1)计算含砂量(出砂量)，结果如表2所示。
H＝(M1-M0)/V——(1)
式中：H—含砂量，g/L；M1—烘干后残余物与滤纸的质量，g(精确至0.001g)；
M0—滤纸的质量，g(精确至0.001g)；V—排出液体积，L。
表2填砂管实验结果
填砂管压实加压 驱替最高压差 含砂量(g/L) 浊度(NTU)
0 0.09MPa 0.015 76.60
1MPa 0.12MPa 0 49.19
5MPa 0.19MPa 0 4.49
注：填砂管加压为装入石英砂和高岭土后进行的压实压力；驱替最高压差为驱替过程中岩心两端的最高压力差。
对实施例制备得到的稳砂剂的性能作图，如图1所示。

Claims (10)

1.一种稳砂剂，其特征在于，所述稳砂剂主要由水，增稠剂，氨基树脂和防膨剂组成；其中，增稠剂，氨基树脂和防膨剂的重量比为(0.015～0.03)：(0.02～0.05)：(0.02～0.05)。
2.根据权利要求1所述的稳砂剂，其特征在于，所述增稠剂为分子量为500万～1200万的阳离子型聚丙烯酰胺。
3.根据权利要求1或2所述的稳砂剂，其特征在于，所述氨基树脂为分子量为8000～11000的水溶性线性脲醛树脂。
4.根据权利要求1或2所述的稳砂剂，其特征在于，所述防膨剂为包被剂。
5.根据权利要求4所述的稳砂剂，其特征在于，所述包被剂为BLZ-1型包被剂。
6.一种稳砂剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水、增稠剂、氨基树脂和防膨剂混合均匀；其中，增稠剂，氨基树脂和防膨剂的重量比为(0.015～0.03)：(0.02～0.05)：(0.02～0.05)。
7.根据权利要求6所述的稳砂剂的制备方法，其特征在于，所述混合是依次将增稠剂、粘接剂、防膨剂加入水中进行混合。
8.根据权利要求7所述的稳砂剂的制备方法，其特征在于，首先将增稠剂加入水中进行混合至增稠剂溶解，再调节所得含有增稠剂的溶液的pH值为6～8，得到第一溶液；然后将氨基树脂加入到第一溶液中进行混合至氨基树脂溶解，再调节所得含有氨基树脂的溶液的pH值为6～8，得到第二溶液；最后将防膨剂加入到第二溶液中进行混合至防膨剂溶解，再调节所得含有防膨剂的溶液的pH值为6～8。
9.根据权利要求8所述的稳砂剂的制备方法，其特征在于，首先将增稠剂加入水中进行混合至增稠剂溶解，再调节所得含有增稠剂的溶液的pH值为7，得到第一溶液；然后将氨基树脂加入到第一溶液中进行混合至氨基树脂溶解，再调节所得含有氨基树脂的溶液的pH值为7，得到第二溶液；最后将防膨剂加入到第二溶液中进行混合至防膨剂溶解，再调节所得含有防膨剂的溶液的pH值为7。
10.根据权利要求6或7所述的稳砂剂的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为40～60℃。
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