一種適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑及其製備方法與流程

2023-06-13 15:57:36 1

本發明涉及一種適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑及其製備方法，屬於油田化學防砂
技術領域：
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背景技術：
：目前，我國疏鬆砂巖油藏分布廣，且儲量豐富。油氣井出砂是這類油藏開採的主要矛盾，往往會導致砂埋油層或井筒砂堵，甚至引起油氣井停產作業，既提高了原油生產成本，又增加了油田管理難度。隨著油田防砂技術不斷地趨於完善和成熟，逐步形成了化學防砂和機械防砂兩大類，其中，化學防砂是用有機或無機化學劑擠入疏鬆油層或預充填砂層，使砂粒與砂粒間膠結成具有一定強度、滲透性好的砂層的固砂工藝。化學防砂的優點是施工後井內無遺留物，適用於粉細砂地層從更本上固結砂粒，並可用於異常高壓井層的防砂。然而，常規的化學防砂體系主要是化學樹脂防砂，具有密度大，易沉積，無法均勻注入地層；化學膠結注入後對地層滲透率傷害較大等問題。中國專利文獻CN1168407A(申請號：97105102.X)公開了一種高溫泡沫樹脂防砂固砂劑配方工藝，該固砂劑以改性酚醛樹脂為基液，通過添加發泡劑鋁粉、互溶劑和固化劑混合製得，該泡沫樹脂固砂劑能夠在高溫350℃條件下固化形成一定強度，該泡沫樹脂固砂劑在高溫下性能優異，但是在常溫25℃時密度為1.08-1.10g/cm3，易沉積，無法均勻注入地層，並且製備工藝複雜，無法廣泛應用於油田化學防砂。中國專利文獻CN103305201A(申請號：201310184669.6)公開了一種稠油熱採水平井樹脂防砂劑及其製備方法與應用。該化學防砂劑以酚醛樹脂為主要膠結劑，與其它呋喃樹脂、有機矽樹脂、耐熱助劑和調和劑復配製得。該化學防砂劑固結地層砂抗壓強度為5MPa，固化後耐溫350℃，但是，該體系採用甲醇、丙酮和乙苯等易燃有毒溶液作為調和劑，這無疑增加了現場施工的風險，限制了其在油田現場施工方面的應用。中國專利文獻104449624A(申請號：201410682947.5)公開了一種新型防砂劑，尤其涉及一種適用於稠油蒸汽熱採井的化學防砂劑。該防砂劑是由膠結組分、固化劑、覆膜溶劑和偶聯劑組成，各組分的重量配比為：膠結組分30～60份，固化劑3～6份，覆膜溶劑3～6份，偶聯劑1～3份；所述膠結組分為三聚氰胺甲醛樹脂改性雙酚A型環氧樹脂CYD-128，所述固化劑為環氧樹脂固化劑2-甲基咪唑；所述覆膜溶劑為無水乙醇、丙酮；所述偶聯劑為偶聯劑KH-550、KH-560或KH-570。本發明所述的防砂劑具有耐高溫性能好，抗壓、抗折強度高，同時具有優良的滲透性，耐酸鹼鹽介質性能強的優點，能夠滿足油田蒸汽吞吐油井開採中的抗壓、抗折強度等機械強度的要求；該體系為塗覆砂，即將膠結劑塗覆在砂子表面，然後注入地下，存在固砂成本較高、施工工藝複雜且不適用於長井段水平井等問題。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑及其製備方法，該防砂劑克服了常規化學防砂體系密度大、固結強度低、固化溫度高等問題。本發明是通過如下技術方案實現的：發明概述：本發明以水溶性三聚氰胺甲醛樹脂為基液，引入起泡劑和穩泡劑，從而形成低密度泡沫樹脂防砂體系。該防砂劑成本低廉、製備工藝簡單且施工安全；不僅可以滿足和改善薄層、粉細砂層段的防砂要求和效果，增強防砂強度，減少地層傷害；還可以滿足長井段水平井、大斜度井及套變井的防砂需求，實現深部、均勻、高強度防砂；此外，可用於機械防砂後的二次防砂，擴大防砂的適用範圍，提高防砂的效果和效益。發明詳述：一種適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑，該防砂劑在常溫(25℃)下表觀密度為0.558-0.634g/cm3，其原料組分及其重量百分比組成如下：膠結劑97.1～98.85％，起泡劑0.3％～0.8％，穩泡劑0.7％～1.3％，固化劑0.05％～0.5％，偶聯劑0.1％～0.3％。本發明優選的，所述的膠結劑為三聚氰胺甲醛樹脂粉末與水按質量比(1～3):5混合製得三聚氰胺甲醛樹脂溶液。進一步優選的，所述的膠結劑為三聚氰胺甲醛樹脂粉末與水按質量比2:5混合製得三聚氰胺甲醛樹脂溶液。本發明優選的，所述起泡劑為陰離子型表面活性劑。進一步優選的，所述起泡劑為十二烷基硫酸鈉(SDS)。本發明優選的，所述穩泡劑為石油級羥甲基纖維素(CMC)，純度>95％。本發明優選的，所述穩泡劑為石油級高粘羥甲基纖維素(HV-CMC)。為現有市購產品，任丘市億邦化工有限公司有售。本發明優選的，所述固化劑為弱酸性固化劑。進一步優選的，所述固化劑為氯化銨。本發明優選的，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑KH-550。本發明優選的一個技術方案，適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑，其原料組分及其重量百分比組成如下：膠結劑98.2～98.8％，起泡劑0.3％～0.5％，穩泡劑0.7％～1.0％，固化劑0.05％～0.1％，偶聯劑0.1％～0.2％。本發明最為優選的一個技術方案，適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑，其原料組分及其重量百分比組成如下：膠結劑98.25％，起泡劑0.5％，穩泡劑1.0％，固化劑0.05％，偶聯劑0.2％。本發明最為優選的一個技術方案，適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑，其原料組分及其重量百分比組成如下：濃度40％的三聚氰胺甲醛樹脂溶液98.25％，十二烷基硫酸鈉0.5％，羥甲基纖維素1.0％，氯化銨0.05％，矽烷偶聯劑KH-5500.2％。本發明的第二個目的是提供一種適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑的製備方法。一種適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑的製備方法，包括步驟如下：1)將三聚氰胺甲醛樹脂粉末加到水中，充分攪拌溶解均勻，製得三聚氰胺甲醛樹脂溶液；2)按配比將固化劑和偶聯劑加入三聚氰胺甲醛樹脂溶液中，混合攪拌均勻；3)最後，按配比加入起泡劑和穩泡劑，再次充分攪拌混合均勻，將混合均勻的溶液與空氣按照1∶1～2的比例通過泡沫發生器進行發泡，製得低密度泡沫樹脂防砂劑。一種適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑的應用，用於疏鬆砂巖油藏出砂井固砂，適應地層溫度為40～150℃。本發明優選的，按砂液質量比4:1膠結20～120目的砂粒，固化108h後，固結巖心抗壓強度為5.2～7.7MPa，固結巖心滲透率為1.1～3.5μm2。本發明的固砂適用於普通直井防砂、水平井、大斜度井、不規則井眼的化學防砂或機械防砂失效後的二次防砂。本發明所述的砂液質量比中的砂是指石英砂，液是指泡沫樹脂防砂體系。本發明所述的氣為氮氣。本發明所述的水為自來水或者地表清水，不可為油田採出汙水。本發明所述的泡沫樹脂防砂劑，與地層流體具有良好的配伍性，所得固結巖心具有良好的耐水、耐油、耐鹼，耐鹽性能。本發明人意外發現，本發明由膠結劑、起泡劑、穩泡劑、固化劑和偶聯劑組成的泡沫固砂體系在常溫下具有密度低、泡沫性能好和固結強度大且固砂效果好的優點，可膠結劑直接注入地下進行固結砂粒，且防砂劑成本低廉、製備工藝簡單且施工安全；不僅可以滿足和改善薄層、粉細砂層段的防砂要求和效果，增強防砂強度，減少地層傷害；還可以滿足長井段水平井、大斜度井及套變井的防砂需求，實現深部、均勻、高強度防砂。三聚氰胺甲醛樹脂由於分子結構含有穩定的三嗪環基團，較線性結構脲醛樹脂具有較高的固結強度和熱穩定性能。三聚氰胺甲醛樹脂屬於氨基樹脂的一種，因其具有一定的水溶性，通過引入水溶性的起泡劑和穩泡劑，形成一種具有低密度的泡沫樹脂體系。三聚氰胺甲醛樹脂固化反應主要發生在羥甲基(-CH2OH)與羥甲基、羥甲基與活性氫等之間的縮合。其中，羥甲基之間的縮合以生成的醚鍵為主。樹脂固化過程中，由於熱效應，樹脂中的醚鍵發生分解。而弱酸性固化劑的參與，不僅可以加快樹脂的固化速度，而且提高了樹脂的固化程度。本發明選用偶聯劑為矽烷偶聯劑KH-550，即r-胺丙基三乙氧基矽烷，其耐介質能力強，適用溫度範圍廣，化學性質穩定，能大大增強泡沫樹脂體系的固砂效果。其通過水解反應得到甲矽醇，最終縮合脫水得到的聚甲矽醇對固砂劑與砂粒起到顯著的偶合作用，它的羥基能跟砂粒表面羥基形成氫鍵、另外的基團和固砂劑連接在一起，水解縮合反應簡式如下：上式中：R—烷基，Y—氨基、苯胺基、環氧丙醚基等，R＇—甲基或乙基。綜上所述，本發明的泡沫固砂體系在常溫下具有密度低、泡沫性能好和固結強度大且固砂效果好等優點。本發明的技術特點：1、本發明的低密度泡沫樹脂防砂劑，能夠均勻注入非均質地層，既可以適應於直井防砂，也適應於水平井、大斜度井、不規則井眼的化學防砂以及機械防砂失效後的二次防砂。2、本發明的低密度泡沫樹脂防砂劑製備和施工工藝簡單，工業級別原料來源廣泛，在油水井化學防砂領域中可以得到良好而廣泛的應用。附圖說明圖1是泡沫樹脂固沙劑固化溫度的確定，橫坐標為固化溫度，℃，縱坐標為抗壓強度，MPa。具體實施方式為進一步說明本發明，以下列舉具體的實施例，但本發明所保護範圍不僅限於此。呋喃樹脂、脲醛樹脂、不飽和樹脂均為現有技術，市場購得。實施例1一種適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑，該防砂劑在常溫(25℃)下表觀密度為0.558-0.634g/cm3，其原料組分及其重量百分比組成如下：濃度40％的三聚氰胺甲醛樹脂溶液98.25％，十二烷基硫酸鈉0.5％，羥甲基纖維素1.0％，氯化銨0.05％，矽烷偶聯劑KH-5500.2％。製備方法：1)將三聚氰胺甲醛樹脂粉末加到水中，充分攪拌溶解均勻，製得三聚氰胺甲醛樹脂溶液；2)按配比將固化劑和偶聯劑加入三聚氰胺甲醛樹脂溶液中，混合攪拌3min(轉速為600r/min)；3)最後，按配比加入起泡劑和穩泡劑，再次充分攪拌混合均勻，將混合均勻的溶液通過泡沫發生器進行發泡，製得低密度泡沫樹脂防砂劑。所得低密度泡沫樹脂防砂劑表觀密度測試情況：常溫(25℃)條件下，該泡沫樹脂防砂劑表觀密度為0.558-0.634g/cm3，呈現出優良的泡沫性能，且與地層流體具有良好的配伍性。實施例2同實施例1所述的適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑，不同之處在於：濃度40％的三聚氰胺甲醛樹脂溶液98.64％，十二烷基硫酸鈉0.4％，羥甲基纖維素0.8％，氯化銨0.06％，矽烷偶聯劑KH-5500.1％。製備方法同實施例1。實施例3同實施例1所述的適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑，不同之處在於：濃度40％的三聚氰胺甲醛樹脂溶液98.2％，十二烷基硫酸鈉0.5％，羥甲基纖維素1.0％，氯化銨0.1％，矽烷偶聯劑KH-5500.2％。製備方法同實施例1。實施例4同實施例1所述的適用於疏鬆砂巖油藏出砂水平井的低密度泡沫樹脂防砂劑，不同之處在於：濃度40％的三聚氰胺甲醛樹脂溶液98.8％，十二烷基硫酸鈉0.3％，羥甲基纖維素0.7％，氯化銨0.05％，矽烷偶聯劑KH-5500.15％。製備方法同實施例1。實驗例11、固砂試驗方法：量取石英砂質量為100g，填入的玻璃管中，注入水使砂子表面潤溼，然後注入1PV的氨基樹脂泡沫體系，將玻璃管置於溫度50℃、壓力5MPa的密閉容器中固化108h，取出玻璃管冷卻至室溫，取出固結巖心將其端面磨平，對固結的巖心抗壓強度和滲透率進行測量。將實施例1的低密度泡沫樹脂防砂劑固砂性能綜合評價結果：如表1，按砂液比4:1膠結20～120目的砂粒，固結巖心抗壓強度為5.2～7.7MPa，滲透率1.1～3.5μm2，且固結巖心具有良好的耐水、耐油、耐鹼，耐鹽性能。表1不同砂粒粒徑對固砂性能的影響砂徑,目20-4040-6060-8080-100100-120抗壓強度,MPa5.25.76.36.97.7滲透率,μm23.52.82.31.71.12、所得低密度泡沫樹脂防砂劑固化溫度測試情況：按砂比1:4膠結40～60目的砂粒，固化溫度範圍30～90℃，固化108h，以考察樹脂體系對地層溫度的適應性，實驗結果見圖1。由圖1可以看出當溫度大於40℃時，固結巖心抗壓強度趨於穩定，抗壓強度均大於5MPa。泡沫樹脂防砂體系適用於地層溫度大於40℃的地層，能夠在低溫地層固化形成一定強度。對比例1現有常用樹脂化學防砂劑，表觀密度測試情況：溫度20℃下，呋喃樹脂防砂體系表觀密度為1.14-1.34g/cm3。常溫25℃條件下，脲醛樹脂防砂體系表觀密度為1.05-1.17g/cm3；不飽和樹脂乳液樹脂防砂體系表觀密度為0.86-0.95g/cm3；對比例2常規水溶性樹脂化學防砂劑，固砂性能測試情況：不飽和樹脂乳液樹脂防砂體系，其固結巖心抗壓強度固砂強度小於4Mpa，滲透率1.57～2.83μm2；呋喃樹脂防砂體系，其固結巖心抗壓強度大於5Mpa，但滲透率僅為0.7～1.3μm2；脲醛樹脂防砂體系，其固結巖心抗壓強度不僅小於4MPa，而且滲透率0.1～1μm2。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp