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研究论文 涂料预包砂技术的研究与应用
 
慧聪网   2006年4月10日10时38分   信息来源:中国石化集团江汉油田分公司盐化工总厂    

   [ 摘要 ] 对于疏松砂岩油田开发来说 , 突出的问题就是要解决防砂问题。本文着重研究了涂料预包砂生产配方、携砂液配方及其主要技术性能指标的测定与评价 , 现场应用后 , 已取得较好的防砂效果和显著的经济效益。

   [ 关键词 ] 涂料预包砂 ; 防砂 ; 抗压强度 ; 携砂液 ; 防砂效果

     一、前言

   对于疏松砂岩油田的开发 , 其突出的问题就是要解决防砂问题。山东省寿光县的八面河油田就是一个典型的疏松砂岩稠油油藏 , 油藏埋藏浅 , 胶结物含量少 , 结构疏松 , 出砂严重 , 油水井不防砂无法投产。

   化学防砂是最早用来进行控制地层出砂的方法。自六十年代的 “ 合成树脂粘结疏松砂粒防砂 ” , 到七十年代的 “ 绕丝筛管防砂 ” , 防砂工艺得到不断发展和完善。国内外普遍采用的是绕丝筛管砾石充填防砂。

   但是 , 随着油田的开发 , 绕丝管防砂难以适应油井分层开采等措施的需要 , 且大修费用高。为了克服机械防砂的缺点 , 我们根据油田地质特征 , 地下流体性质及其地层砂粒分布规律 , 着重进行了涂料预包砂防砂技术研究。

   二、原理

   涂料预包砂是将可固结树脂预包在石英砂表面 , 并使其干燥 , 形成互不粘连的 , 可自由流动的树脂预包砂。运用时用携砂液将其带入出砂油层 , 在地层温度及压力下固结成具有一定强度的可渗滤人工井壁 , 从而防止油层出砂。

   目前国内外生产涂料预包砂广泛采用的是酚醛树脂 , 按固化类型分为热固性和热塑性两种。

   1 、热固性树脂

   热固性树脂在一定温度下固化成不溶、不熔的树脂。用此树脂生产涂料预包砂虽然有较高的固化强度 , 但产品在贮存过程中容易结块、失效。

   2 、热塑性树脂

   热塑性树脂在受热时仅溶化而不继续发生缩聚反应。但在树脂中尚有未反应的活性点。因而在与固化剂作用时就会转变成热固性树脂 , 进一步缩聚时则变成不溶、不熔的三向体型树脂结构。反应过程如下 :

反应过程

反应过程

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   说明 : 在该反应式中 , 首先反应的是固化剂的分解反应。其次是分解后的产物甲醛与热塑性酚醛树脂反应形成热固性树脂。

   本文研究的涂料预包砂 , 主要是采用外催化的方法 , 通过在携砂液中加入催化剂 DS — 01 , 使固化剂的分解反应能够在低温下进行。同时 , 该种催化剂在固化剂分解的同时 , 还能促进酚醛树脂由热塑性向热固性转化。另外 , DS — 01 催化剂在地层温度下还能促进树脂的软化。这样就实现了热塑性树脂在较低地温 (> 50 ℃ ) 下固化 , 解决了涂料预包砂在生产和贮存过程中易结块问题。此外 , 为了克服涂料预包砂在生产过程中表层树脂受压而破碎、剥脱 , 我们采用了涂层防脱技术。从而 , 提高了涂料预包砂的质量和固化强度。

  三、涂料预包砂室内试验研究

  1 、树脂类型的选择及其用量确定

   根据涂料预包砂技术原理 , 研制涂料预包砂应选用热塑性粉状酚醛树脂。其用量确定 , 主要根据涂覆树脂后的砂桩抗压强度而定。

   实验结果表明 , 当基砂量一定时 , 随着树脂加量的增加 , 抗压强度也随之增量 , 当树脂加量为基砂量的 6 % , 其抗压强度达到 2. 8Mpa 时 , 从经济角度考虑 , 较为适宜 , 其关系见图 1 :

图 1 树脂加量 ( 基砂的百分数 ) 与抗压强度关系曲线

图 1 树脂加量 ( 基砂的百分数 ) 与抗压强度关系曲线

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    2 、溶剂用量的确定称取 6 克树脂分别加入 2 、 3 、 4 、 5 、 6 克乙醇溶剂 , 加 量为 4 克时 , 树脂完全溶解 , 加量为 5 克时 , 树脂液的稠 度适合涂覆 , 所以定溶质与溶剂比为 6 :5 适宜。 3 、增塑剂加量的确定增塑剂选量与抗压强度关系见图 2 :

图 2 增塑剂加量与抗压强度关系曲线

图 2 增塑剂加量与抗压强度关系曲线

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    从试验结果看 , 增塑剂加量为 15 % 效果较好。但增塑剂用量提高 , 涂料砂结块性加剧 , 而加量为 10 % 抗压强度已达到要求 , 且不结块 , 所以定增塑剂加量为树脂量的 10 % 适宜。

  4 、固化剂加量的确定

固化剂加量与抗压强度关系见下图 3 :

图 3 固化剂加量与抗压强度关系曲线

图 3 固化剂加量与抗压强度关系曲线

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   从试验结果可知 , 固化剂加量为树脂量的 15 % 最好。固化剂加量太少 , 树脂固化不完全 , 强度要降低 ; 加量太多 , 固化速度加快 , 碎性提高 , 固化后抗压强度亦降低 , 从图 3 可见固化剂加量为 15 % 时 , 涂料的抗压性能最好。

   5 、防脱皮剂的选用与加量的确定国内厂家常以增塑剂作为防脱皮剂 , 这是不合适的。我们选用的防脱皮剂是一种高分子树脂聚合物 , 其作用是加在树脂中后 , 涂覆树脂砂晾干破碎时 , 树脂剥落大大减小 , 同时也减小涂料预包砂往地层通过泵送时摩擦所造成的树脂剥脱。其加量与抗压强度关系见图 4 :

图 4 防脱皮剂加量与抗压强度关系曲线

图 4 防脱皮剂加量与抗压强度关系曲线

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  从试验结果看 , 防脱皮剂加量为 3 % 为合适。

   6 、偶联剂加量及加入顺序的确定

   有机硅偶联剂的作用是增强树脂与石英砂之间的粘接力。根据国内外研究报导 , 有机硅偶联剂用量在 0. 1 — 10 % , 合适的用量是 1 — 10 % 。从经济角度考虑 , 我们选定其加量为 1. 8 % 。偶联剂加入顺序有两种 , 一种是与树脂混合作用 ; 另一种是先与石英砂混合 , 然后再涂覆树脂。试验结果是前者抗压强度为 2. 5Mpa , 后者为 2. 8Mpa , 这种顺序变化并未增加生产难度及成本 , 故以后者为宜。

 
作者:谌华山 
 
 
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