一种水基树脂乳液固砂材料及其制备方法

技术领域

本发明属于油田生产化学防砂领域，具体涉及一种水基树脂乳液固砂材料及其制备方法。

背景技术

石油开采中最常见的开采现象之一就是油井出砂，一旦发生油井出砂，就会对开采的效率有所影响，开采量也会下降。油井在建产的初期其基础比较薄弱，出砂的几率比较大，一旦油井中进入砂石，就会导致抽油泵严重磨损，可能引发油井出现重大安全事故。

因此有效的防砂技术应用对于油井安全、高效生产具有重大意义。机械防砂技术和化学防砂技术是最常见的两种防砂方式。相比于机械防砂，化学防砂技术因其工艺流程简单、易于后续作业与处理等优势，在油气井中广泛应用。化学防砂是指在井眼周围疏松的地层挤入化学药剂，用以胶固地层砂，或形成具有一定强度和渗透能力的人工井壁的技术。化学防砂多用材料为树脂类固砂体系，其优势在于施工方便，井下不留作业工具，可以用于多种油藏，应用范围宽。但是存在树脂粘度大，流动性能差等问题。同时，纯树脂作为固砂药剂时，多选用柴油作为致孔剂，但是柴油与树脂二者密度、粘度相差大，相容性不好，在进入地层未固化前二者大部分已经分层。为能够提高体系相容性、稳定性、渗透率，增强试剂流动性和固砂强度，提出水作填充剂，通过相反转法制备含水不饱和聚酯树脂乳液固砂材料。

发明内容

本发明的目的是在于克服上述不足，提供一种水基树脂乳液固砂材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种水基树脂乳液固砂材料，其制备包括下述重量份的组分：

不饱和聚酯树脂：20～80份；粘连剂：0.1～1.0份；促进剂：0～2.0份，但不为零；乳化剂：0.6～4份；固化剂：0.2～2份；水：20～80份；所述不饱和聚酯树脂为环戊二烯不饱和树脂，乙烯基不饱和树脂，邻、间、对位不饱和聚酯树脂中的任意一种或任意几种混合物。

进一步的，其制备包括下述重量份的组分：

不饱和聚酯树脂：25～45份；粘连剂：0.25～0.45份；促进剂：0.03～0.07份；乳化剂：1～3份；固化剂：0.35～0.7份；水：26～50份。

进一步的，其制备包括下述重量份的组分：

不饱和聚酯树脂：30份；粘连剂：0.3份；促进剂：0.045份；乳化剂：1份；固化剂：0.45份；水：36份。

进一步的，所述粘连剂为铬络合偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆类偶联剂中的一种或多种。

进一步的，所述铬络合偶联剂具体为甲基丙烯酰铬络合物、甲基丙烯酸氧化铬络合物或反丁烯二酸硝酸铬络合物；所述硅烷偶联剂具体为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油基丙基-甲基-二乙氧基硅烷或双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、[二环[2.2.1]庚-5-烯-2-基]三乙氧基硅烷(异构体的混合物)、二乙氧基甲基乙烯基硅烷、二甲氧基甲基乙烯基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；所述钛酸酯偶联剂具体为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯或四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯；所述锆类偶联剂具体为甲基丙烯酰氧基锆偶联剂、乳酸钠锆偶联剂或锆酸酯偶联剂。

进一步的，所述促进剂为环烷酸钴、异辛酸钴、异辛酸锌、N，N-二甲基苯胺、N，N-二乙基苯胺、磷酸钒中的一种或多种。

进一步的，所述乳化剂为阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂和非离子型乳化剂的一种或多种。

进一步的，所述阴离子型乳化剂具体为月桂酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、丁基萘磺酸钠、十二烷基硫酸二乙醇胺盐或顺-9-十八碳烯酸钠；所述阳离子型乳化剂具体为十二烷基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基溴化吡啶、十八烷基三甲基氯化铵或十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐；所述非离子型乳化剂具体为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、聚环氧乙烷、聚氧丙烯醚或聚乙烯醇。

进一步的，所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化叔丁基异丙苯、二(叔丁基过氧化异丙苯)苯、3,3,5,7,7-五甲基-1,2,4-三氧杂环庚烷、过氧化氢异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)己烷、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)己烷-3、过氧化二叔丁基、丁基4,4-双(叔丁基过氧)戊酸酯和叔丁基过氧2-乙基己基碳酸酯中的一种或多种。

本发明提供的一种水基树脂乳液固砂材料的制备方法，包括下述步骤：

S1：取不饱和聚酯树脂、粘连剂、促进剂置于容器中，以300 r/min搅拌至溶液混合均匀；再取乳化剂加入溶液持续搅拌2min；然后以1ml/min的速度将水缓慢滴入溶液中，至溶液变成奶白色乳液；再取固化剂加入溶液中，搅拌10min混合均匀，得到含水不饱和聚酯树脂固砂材料；

S2：取体积占沙子体积30%～40%的含水不饱和聚酯树脂固砂材料，将沙子与乳液混合均匀，使乳液均匀的填充在沙子间，在30～100℃条件下进行固化即可。

对于含油量非常高的沙子，本发明还提供了一种对应清洗剂，包括乙酸甲酯、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和丙酮中的一种或多种，它们的质量比为0～50：0～50：0～50：0～50：0～50份，如1：2：1的丙酮、四氢呋喃和二甲基亚砜。

将待固结的沙子或油井用所述清洗剂进行多次清洗，即可清洗掉不同沙子中各种含油物质杂质，提高沙子的固结速率和提高固结强度，大大提高固砂效率。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

（1）本发明提供的一种水基树脂乳液固砂材料具有水乳化效果佳、稳定期长、渗透率高、流动性好、低伤害、环保、耐盐性能良好以及固砂效果好等优势。对建筑砂、现场砂进行固砂实验发现具备抗高温高压、力学强度大；对各类地层砂体都有普适性，可实现在油井生产过程中的高效固砂。

（2）本发明提供的水基树脂乳液固砂材料常温下为低粘度乳白色液体，易于泵送具有良好的流动性，满足施工要求。水乳化效果佳、稳定期长、渗透率高、流动性好、低伤害、环保、耐盐性能良好以及固砂效果好等优势。对建筑砂、现场砂进行固砂实验发现具备抗高温高压、力学强度大；对各类地层砂体都有普适性，可实现在油井生产过程中的高效固砂。

（3）本发明提供的水基树脂乳液固砂材料及其制备方法，乳液与沙子高温固化后为硬质高强度固体，其抗压强度均可达8 MPa以上，具有良好耐酸碱盐的抗腐蚀性，固结后的沙体具有良好的渗透率，平均渗透率可达320md以上，具有良好的渗透率，不影响油藏水气开采作业，可渗透过水、气等物质，固砂防砂的同时依然可进行油气井资源开采。具有施工简单、防砂钻井时间短、防砂成功率高、有效期长、经济效益好等优点，在油藏固砂防砂、油气井固井和油藏油气增产领域具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明通过对不饱和聚酯树脂的端基及基团分析，水作为填充剂填充在树脂中，减小树脂黏度，提高液体固砂材料的流动性，提出通过相反转法制备含水不饱和聚酯树脂乳液固砂材料。

本发明提供的含水不饱和聚酯树脂固砂材料制备方法如下：

实施例1：55%含水量不饱和聚酯树脂

按重量份计，将30份的不饱和聚酯树脂、0.3份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷、0.06份的环烷酸钴混合，机械搅拌300r/min至搅拌均匀，再将1份的十二烷基苯磺酸钠加入溶液继续搅拌2min，后将36份的水以1ml/min的速度缓慢滴入正在搅拌的溶液中，至溶液变成乳白色乳液，最后将0.6份的过氧化甲乙酮继续搅拌10min得到55%含水量的含水不饱和聚酯树脂固砂材料。

取某吉林油田高含石油的油井砂20cm

按照GB/T 2567-2008，树脂浇铸体性能试验方法，测定抗压测试结果显示抗压强度达8.25MPa，证明固沙体强度高，固砂性能良好。按照SY/T 5336-1996岩心常规分析方法，测定固砂后沙体渗透率达到385.44md，其渗透率良好，满足现场施工要求。

实施例2：35%含水量不饱和聚酯树脂

按重量份计，将45份的不饱和聚酯树脂、0.45份的异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、N，N-二乙基苯胺混合，机械搅拌300r/min至搅拌均匀，再将3份的十八烷基三甲基氯化铵加入溶液继续搅拌2min，后将26份的水以1ml/min的速度缓慢滴入正在搅拌的溶液中，至溶液变成乳白色乳液，最后将0.7份的过氧化氢异丙苯继续搅拌10min得到35%含水量的含水不饱和聚酯树脂固砂材料。

取某青海油田高含沥青的油井砂20cm

按照GB/T 2567-2008，树脂浇铸体性能试验方法，测定抗压测试结果显示抗压强度达8.86MPa，证明固沙体强度高，固砂性能良好。按照SY/T 5336-1996岩心常规分析方法，测定固砂后沙体渗透率达到354.78md，其渗透率良好，满足现场施工要求。

实施例3：25%含水量不饱和聚酯树脂

按重量份计，将50份的不饱和聚酯树脂、0.5份的甲基丙烯酰氧基锆、0.1份的N，N-二甲基苯胺混合，机械搅拌300r/min至搅拌均匀，再将4份的二乙醇胺加入溶液继续搅拌2min，后将18份的水以1ml/min的速度缓慢滴入正在搅拌的溶液中，至溶液变成乳白色乳液，最后将1份的过氧化叔丁基异丙苯继续搅拌10min得到25%含水量的含水不饱和聚酯树脂固砂材料。

取建筑工地常见的建筑砂20cm

按照GB/T 2567-2008，树脂浇铸体性能试验方法，测定抗压测试结果显示抗压强度达9.14MPa，证明固沙体强度高，固砂性能良好。按照SY/T 5336-1996岩心常规分析方法，测定固砂后沙体渗透率达到330.27md，其渗透率良好，满足现场施工要求。

本发明提供的含水不饱和聚酯树脂固砂材料，以不饱和聚酯树脂为主要固砂材料，以水作填充剂，采用相反转法制备了不饱和聚酯树脂乳液。所述乳液流动性优异，可直接泵入地层，乳液和油井内沙子混合后，在油藏环境温度下，与油藏内松散砂石发生化学固化反应，形成整体且高强度的固沙体，有效完成油藏作业时防砂固砂需求。

本发明提供的自制沙子清洗剂，可选择不同有机溶剂并调配不同比例用以清洗各类高含油、高含沥青的沙子，提高固砂成功率和固砂效率，可适用于不同井况。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。