CN106634919B - 一种固结砂体系及其制备方法与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气田领域，具体为一种固结砂体系及其制备方法与其使用方法，包括支撑剂颗粒，所述支撑剂颗粒包括骨料以及附于骨料外表面的固结膜，所述固结膜包括依次包覆于骨料外表面的增强层、功能层以及分散层；所述增强层包括如下物质：改性酚醛树脂以及乌洛托品水溶液；所述功能层包括如下物质：环氧树脂、改性酚醛树脂、芳香族胺固化剂以及乌洛托品水溶液；所述分散基层物料包括水溶性阴离子表面活性剂溶液。其具有良好的耐酸碱性、能在各类环境下固化、并且具有高强度，同时方便施工。

Description

一种固结砂体系及其制备方法与使用方法

技术领域

本发明属于固砂防砂领域，具体为一种固结砂体系及其制备方法与其使用方法。

背景技术

流体矿的开采过程中，由于矿体自身的性质极容易出现矿体出砂，轻微的矿体出砂会影响矿体的结构和力学性能，而若矿体大量出砂则会造成塌陷，因此，为了避免矿体出砂对体结构性能以及采矿人员的安全性能的影响，通常采用化学防砂固砂的方式来坚固矿体。

通常的化学防砂固砂石将疏松的砂岩、砂粒胶结起来稳定底地层结构。操作方法为：在基体中加入树脂、表面活性剂、固化剂等进行搅拌混合。现有技术中主要采用的树脂为：酚醛树脂、呋喃树脂、聚氨酯树脂和环氧树脂，但这些树脂仍存在着强度差、需要在特定的条件固化、耐腐蚀性差等缺点，并且每种防砂固砂剂及其使用方式只能适用于某一种或者某一类流体矿，适用性窄。

目前大部分油田开采进入三采阶段，需要进行三元聚合物驱来提高采收率，三元聚合物为碱性体系，一般的固结砂体系在碱性条件下不可固结或者达不到所要求的强度，即使一部分可以固结，固结后耐碱性差，无法使用，因此需要开发一种新型耐碱固结砂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种固结砂体系，其具有良好的耐酸碱性、能在各类环境下固化、并且具有高强度，同时方便施工。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为，一种固砂体系，包括支撑剂颗粒，所述支撑剂颗粒包括骨料以及附于骨料外表面的固结膜，所述固结膜包括依次包覆于骨料外表面的增强层、功能层以及分散层；

所述增强层包括如下物质：改性酚醛树脂以及乌洛托品水溶液；

所述功能层包括如下物质：环氧树脂、改性酚醛树脂、芳香族胺固化剂以及乌洛托品水溶液；

所述分散基层物料包括水溶性阴离子表面活性剂溶液。

作为本发明改进的技术方案，增强层中改性酚醛树脂与骨料的质量比为(0.5-5)：100，改性酚醛树脂与乌洛托品的质量比为10-20％；其中，改性酚醛树脂为环氧改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、钼磷改性酚醛树脂、马来酰亚胺系聚合物改性酚醛树脂或者酚三嗪改性酚醛树脂，所述乌洛托品为水溶液，质量浓度25-40％。

作为本发明改进的技术方案，功能层的质量为骨料质量的为3.4-3.9％；并且功能层中环氧树脂、改性酚醛树脂、芳香族胺固化剂以及乌洛托品的质量比为100：100：(5-20)：(10-20)；其中，改性酚醛树脂为环氧改性酚醛树脂或者二甲苯甲醛改性酚醛树脂，芳香族胺类固化剂为二氨基二苯甲烷或者间苯二胺，所述乌洛托品为水溶液，质量浓度25-40％。

作为本发明改进的技术方案，分散层的含量为每一千克骨料下加入分散层的量为1.5-2.5ml；并且分散层中水溶性阴离子表面活性剂溶液的质量分数为0.1-5％。

作为本发明改进的技术方案，所述环氧树脂的软化点为60-150℃。

作为本发明改进的技术方案，所述改性酚醛树脂软化点为80-120℃。

作为本发明改进的技术方案，还包括增强剂，所述增强剂包括环氧树脂固化剂、溶剂以及水，其中环氧树脂固化剂、溶剂以及水的质量比为(2-20)：(0.1-10)：100；所述溶剂为醇类、酯类或者醇类与酯类的任意质量比混合物。

作为本发明改进的技术方案，所述环氧树脂固化剂为水溶性脂肪胺类固化剂、咪唑类固化剂中的一种或任意质量比的两种。

本发明的另一目的在于提供一种固砂体系的使用方法，在地层温度不小于60℃时，直接将支撑剂颗粒注入需要固砂的位置；在地层温度小于60℃时，先加入带有支撑剂颗粒注入至需要固砂的位置，然后将增强剂以顶替液的形式注入需要固砂的位置，其中增强剂与支撑剂的质量比为(1-50)：100。

本发明的第三个目的为提供一种固砂体系的制备方法，包括如下步骤：

S1、加热骨料直至骨料温度为250-350℃；然后将骨料搅拌冷却180-230℃，加入骨料质量0.5-5％的改性酚醛树脂，搅拌10-60s；

S2、加入改性酚醛树脂质量10-20％的乌洛托品，并搅拌15-120s，在骨料表面形成增强层，所述乌洛托品为水溶液，质量浓度25-40％。

S3、将功能层的各物质：环氧树脂、改性酚醛树脂以及芳香族胺固化剂按比例混合搅拌10-60s，加入酚醛树脂质量的10-20％的乌洛托品，并搅拌15-120s，在增强层表面形成功能层，所述乌洛托品水溶液的质量浓度25-40％；

S4、加入水溶性阴离子表面活性剂溶液，搅拌直至物料完全分散，在功能层表面形成分散层；

S5、对带有分散层的骨料进行冷却、破碎然后过筛。

有益效果

通过将增强层、功能层以及分散层依次粘附于骨料外表面形成固结砂体系，使得固结砂体系具有高的抗压强度且具有好的粘结性能，同时能够在各类温度环境下能固化；在应用于防砂固砂过程中，固结砂体系的固化条件简单，操作方便；固化后的固结砂体系在酸碱浸泡后具有高的抗压强；该制作过程操作简单，并可提高固结砂的强度、粘结性以及耐酸碱性。

综上所述，本申请的固结砂体系能够广泛的应用于各类流体矿。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

选取粒径为850-425μm的石英砂为骨料，将2kg的石英砂加热到350℃后，将石英砂放混料机中搅拌冷却，待石英砂温度降至230℃时加入环氧改性酚醛树脂10g搅拌30s，此时环氧改性酚醛树脂会在骨料外表面形成增强层；然后加入10g的质量浓度为10％的乌洛托品水溶液，继续搅拌120秒，使得带有增强层的骨料重新分散均匀；再加入30g双酚a环氧树脂、30g环氧改性酚醛树脂以及6g二氨基二苯甲烷的混合物搅拌10秒，使得增强层的外表面能够形成功能层，加入6g质量浓度为16％乌洛托品水溶液搅拌30秒使骨料再次分散，然后加入5ml质量浓度为0.5％十二烷基苯磺酸钠继续搅拌直至物料完全分散，将物料冷却、破碎、过筛，既得到分散的支撑剂颗粒。

实施例2

选取粒径为850-425μm的石英砂为骨料，将2kg的石英砂加热到250℃后，将石英砂放混料机中搅拌冷却，待石英砂温度降至180℃时加入环氧改性酚醛树脂45g搅拌10s，此时环氧改性酚醛树脂会在骨料外表面形成增强层；然后加入30g的质量浓度为15％的乌洛托品水溶液，继续搅拌15秒，使得带有增强层的骨料重新分散均匀；再加入12.5g双酚a环氧树脂、12.5g环氧改性酚醛树脂以及10g二氨基二苯甲烷的混合物搅拌60秒，使得增强层的外表面能够形成功能层，加入30g质量浓度为20％乌洛托品水溶液搅拌15秒使骨料再次分散，然后加入4ml质量浓度为1％十二烷基苯磺酸钠继续搅拌直至物料完全分散，将物料冷却、破碎、过筛，既得到分散的支撑剂颗粒。

实施例3：

选取粒径为850-425μm的石英砂为骨料，将2kg的石英砂加热到300℃后，将石英砂放混料机中搅拌冷却，待石英砂温度降至205℃时加入环氧改性酚醛树脂100g搅拌60s，此时环氧改性酚醛树脂会在骨料外表面形成增强层；然后加入50g的质量浓度为20％的乌洛托品水溶液，继续搅拌30秒，使得带有增强层的骨料重新分散均匀；再加入36g双酚a环氧树脂、36g环氧改性酚醛树脂以及1.8g二氨基二苯甲烷的混合物搅拌30秒，使得增强层的外表面能够形成功能层，加入3.6g质量浓度为10％乌洛托品水溶液搅拌120秒使骨料再次分散，然后加入3ml质量浓度为5％十二烷基苯磺酸钠继续搅拌直至物料完全分散，将物料冷却、破碎、过筛，既得到分散的支撑剂颗粒。

实施例4

与实施例1的区别在于，在使用过程中加入增强剂，增强剂包括二亚乙基三胺、丁醇以及水，其中二亚乙基三胺、丁醇以及水的质量比为2：10：100；，增强剂的质量为实施例1得到支撑剂总质量的(1-50)：100。

实施例5

与实施例2的区别在于，在使用过程中加入增强剂，增强剂包括二亚乙基三胺、丁醇、乙酸丁酯以及水，其中二亚乙基三胺、丁醇、乙酸丁酯以及水的质量比为10：1：4：100；增强剂的质量为实施例1得到支撑剂总质量的(1-50)：100。

实施例6

与实施例4的区别在于，在使用过程中加入增强剂，增强剂包括咪唑类固化剂、二亚乙基三胺、乙醇以及水，其中咪唑类固化剂、二亚乙基三胺、乙醇以及水的质量比为1：1：1：10；，增强剂的质量为实施例1得到支撑剂总质量的(1-50)：100。

实施例7(对比例)

加热粒径为850-425μm石英砂到280℃，2kg石英砂放入混料机中搅拌冷却到220℃时加入酚醛树脂80g搅拌30秒，降温到110℃时加入30％的乌洛托品水溶液40g继续搅拌结块时加入3g硬脂酸钙，继续搅拌直至物料完全分散，将物料冷却、破碎、过筛。

其中，实施例1-3与实施例7性能测试结果见表1。

表1实施例1-3与实施例7性能测试结果

支撑剂	52MPa破碎率，
		实施例1	1.56
实施例2	1.03
		实施例3	2.05
实施例7	3.69

性能测试：

一、

将25g实施例1中的固结砂加入人工岩心模具中，加入10ml实施例4中的增强剂搅拌均匀25℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，80℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，250℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

二、

将25g实施例2中的砂子加入人工岩心模具中，加入12.5ml实施例4中的增强剂搅拌均匀25℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例2中的砂子加入人工岩心模具中，80℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例2中的砂子加入人工岩心模具中，250℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

三、

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，加入4ml实施例5中的增强剂搅拌均匀25℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，80℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中(前期申请的实用新型)，250℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

四、

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，加入10ml实施例6中的增强剂搅拌均匀25℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，80℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，250℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

五、

将25g实施例3中的砂子加入人工岩心模具中(前期申请的实用新型)，加入10ml实施例6中的增强剂搅拌均匀25℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，80℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例1中的砂子加入人工岩心模具中，250℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

六、

将25g实施例7中的砂子加入人工岩心模具中，加25℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例7中的砂子加入人工岩心模具中，80℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

将25g实施例7中的砂子加入人工岩心模具中，250℃预热10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃养护24h，脱模测试无侧限抗压强度。

性能测试结果

将脱模后固结砂样块放入1％NaOH溶液中或1％H₂SO₄中浸泡24h测试抗压强度。得到性能测试一-六的耐酸碱性能。

表2性能测试一至六的耐酸碱性能

具体应用：本实施例主要用于蒸汽吞吐开采，蒸汽吞吐开采是目前稠油开采中的主要手段，但是在压裂后裂缝闭合过程中温度比较低，就需要防砂支撑剂的低温固化性能，支撑剂固化后，进行蒸汽吞吐开采，这个过程温度较高，需要固结后具有相当的耐温性能，本发明功能层中的高温体系起到作用，不仅能耐温，而且可以在高温条件下增加固结强度。

在具体应用过程中，增强层：增加支撑剂自身的抗压强度，达到在一定闭合压力下使用，保持支撑剂导流能力，达到增产目的；功能层：实现各种条件固化，增加支撑剂之间的粘结，实现固结，并且可以达到相当的固结强度，从而达到防砂的目的；分散层：在制作过程中功能层加入后由于温度较高，支撑剂颗粒之间相互黏连，避免黏连加入分散层进行分散，同时加入表面活性剂可以实现亲水，从而增加与压裂液的配伍性，同时可以增加增强剂的配伍性，从而能增加固结强度。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种固砂体系，包括支撑剂颗粒，所述支撑剂颗粒包括骨料以及附于骨料外表面的固结膜，其特征在于，所述固结膜包括依次包覆于骨料外表面的增强层、功能层以及分散层；

所述增强层包括如下物质：改性酚醛树脂以及乌洛托品水溶液；其中增强层所用改性酚醛树脂为环氧改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、钼磷改性酚醛树脂、马来酰亚胺系聚合物改性酚醛树脂或者酚三嗪改性酚醛树脂；

所述功能层包括如下物质：环氧树脂、改性酚醛树脂、芳香族胺固化剂以及乌洛托品水溶液；其中功能层中所用改性酚醛树脂为环氧改性酚醛树脂或者二甲苯甲醛改性酚醛树脂，芳香族胺类固化剂为二氨基二苯甲烷或者间苯二胺；

所述分散基层物料为十二烷基苯磺酸钠溶液。

2.根据权利要求1所述的一种固砂体系，其特征在于：增强层中改性酚醛树脂与骨料的质量比为(0.5-5)：100，改性酚醛树脂与乌洛托品的质量比为10-20％；所述乌洛托品为水溶液，质量浓度25-40％。

3.根据权利要求1所述的一种固砂体系，其特征在于：功能层的质量为骨料质量的为3.4-3.9％；并且功能层中环氧树脂、改性酚醛树脂、芳香族胺固化剂以及乌洛托品的质量比为100：100：(5-20)：(10-20)；所述乌洛托品为水溶液，质量浓度25-40％。

4.根据权利要求1所述的一种固砂体系，其特征在于：分散层的含量为每一千克骨料下加入分散层的量为1.5-2.5ml；并且十二烷基苯磺酸钠溶液的质量分数为0.1-5％。

5.一种如权利要求1到4任一项所述的固砂体系的使用方法，其特征在于，在地层温度不小于60℃时，直接将支撑剂颗粒注入需要固砂的位置；在地层温度小于60℃时，先加入带有支撑剂颗粒注入至需要固砂的位置，然后将增强剂以顶替液的形式注入需要固砂的位置，其中增强剂与支撑剂的质量比为(1-50)：100；其中所述增强剂包括环氧树脂固化剂、溶剂以及水，其中环氧树脂固化剂、溶剂以及水的质量比为(2-20)：(0.1-10)：100；所述溶剂为醇类、酯类或者醇类与酯类的任意质量比混合物。

6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，所述环氧树脂固化剂为水溶性脂肪胺类固化剂、咪唑类固化剂中的一种或任意质量比的两种。

7.一种如权利要求1到4任一项所述的固砂体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、加热骨料直至骨料温度为250-350℃；然后将骨料搅拌冷却180-230℃，加入骨料质量0.5-5％的改性酚醛树脂，搅拌10-60s；

S2、加入改性酚醛树脂质量10-20％的乌洛托品，并搅拌15-120s，在骨料表面形成增强层；

S3、将功能层的各物质：环氧树脂、改性酚醛树脂以及芳香族胺固化剂按比例混合搅拌10-60s，加入酚醛树脂质量的10-20％的乌洛托品，并搅拌15-120s，在增强层表面形成功能层；

S4、加入水溶性阴离子表面活性剂溶液，搅拌直至物料完全分散，在功能层表面形成分散层；

S5、对带有分散层的骨料进行冷却、破碎然后过筛。