[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:

    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

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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

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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

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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

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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。

    四、涂料预包砂主要性能指标评价

    ㈠物理性能

    1、表观:涂料预包砂呈棕红色或黄色,常温下呈单粒状,可自由流动。

    2、密度:2.10g/cm3。

    3、粒度:石英砂粒度0.3—0.6mm,涂料预包砂

    0.5—1.0mm。㈡化学性能未固结的涂料预包砂与醇、酮等化学溶剂及碱

    (NaOH)接触,包覆层会溶解,酸性介质(除土酸外)可促进固化。固结后的涂料砂岩心在盐酸溶液中浸泡基本无影响,但在土酸及NaOH溶液中浸泡,岩心疏散。

    ㈢渗透性能

    固结后涂料预包砂岩心渗透率大小与涂料预包砂颗粒大小及加压程度有关,与固化时间无关。颗粒越大,渗透率越高;加压程度越强,渗透率越小。一般固化后的岩心渗透率可达60—70um2。

    ㈣强度性能

    涂料预包砂的固化强度除了取决于本身的质量及固化介质外,还取决于温度和固化时间,一定时间范围内,随着温度的升高,固化强度增加;当温度压力不变时,随着时间的延长,固化强度亦相应增加。