一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂及其制备方法，属于油田化学防砂
技术领域：
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背景技术：
：目前，我国疏松砂岩油藏分布广，且储量丰富。油气井出砂是这类油藏开采的主要矛盾，往往会导致砂埋油层或井筒砂堵，甚至引起油气井停产作业，既提高了原油生产成本，又增加了油田管理难度。随着油田防砂技术不断地趋于完善和成熟，逐步形成了化学防砂和机械防砂两大类，其中，化学防砂是用有机或无机化学剂挤入疏松油层或预充填砂层，使砂粒与砂粒间胶结成具有一定强度、渗透性好的砂层的固砂工艺。化学防砂的优点是施工后井内无遗留物，适用于粉细砂地层从更本上固结砂粒，并可用于异常高压井层的防砂。然而，常规的化学防砂体系主要是化学树脂防砂，具有密度大，易沉积，无法均匀注入地层；化学胶结注入后对地层渗透率伤害较大等问题。中国专利文献CN1168407A(申请号：97105102.X)公开了一种高温泡沫树脂防砂固砂剂配方工艺，该固砂剂以改性酚醛树脂为基液，通过添加发泡剂铝粉、互溶剂和固化剂混合制得，该泡沫树脂固砂剂能够在高温350℃条件下固化形成一定强度，该泡沫树脂固砂剂在高温下性能优异，但是在常温25℃时密度为1.08-1.10g/cm3，易沉积，无法均匀注入地层，并且制备工艺复杂，无法广泛应用于油田化学防砂。中国专利文献CN103305201A(申请号：201310184669.6)公开了一种稠油热采水平井树脂防砂剂及其制备方法与应用。该化学防砂剂以酚醛树脂为主要胶结剂，与其它呋喃树脂、有机硅树脂、耐热助剂和调和剂复配制得。该化学防砂剂固结地层砂抗压强度为5MPa，固化后耐温350℃，但是，该体系采用甲醇、丙酮和乙苯等易燃有毒溶液作为调和剂，这无疑增加了现场施工的风险，限制了其在油田现场施工方面的应用。中国专利文献104449624A(申请号：201410682947.5)公开了一种新型防砂剂，尤其涉及一种适用于稠油蒸汽热采井的化学防砂剂。该防砂剂是由胶结组分、固化剂、覆膜溶剂和偶联剂组成，各组分的重量配比为：胶结组分30～60份，固化剂3～6份，覆膜溶剂3～6份，偶联剂1～3份；所述胶结组分为三聚氰胺甲醛树脂改性双酚A型环氧树脂CYD-128，所述固化剂为环氧树脂固化剂2-甲基咪唑；所述覆膜溶剂为无水乙醇、丙酮；所述偶联剂为偶联剂KH-550、KH-560或KH-570。本发明所述的防砂剂具有耐高温性能好，抗压、抗折强度高，同时具有优良的渗透性，耐酸碱盐介质性能强的优点，能够满足油田蒸汽吞吐油井开采中的抗压、抗折强度等机械强度的要求；该体系为涂覆砂，即将胶结剂涂覆在砂子表面，然后注入地下，存在固砂成本较高、施工工艺复杂且不适用于长井段水平井等问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂及其制备方法，该防砂剂克服了常规化学防砂体系密度大、固结强度低、固化温度高等问题。本发明是通过如下技术方案实现的：发明概述：本发明以水溶性三聚氰胺甲醛树脂为基液，引入起泡剂和稳泡剂，从而形成低密度泡沫树脂防砂体系。该防砂剂成本低廉、制备工艺简单且施工安全；不仅可以满足和改善薄层、粉细砂层段的防砂要求和效果，增强防砂强度，减少地层伤害；还可以满足长井段水平井、大斜度井及套变井的防砂需求，实现深部、均匀、高强度防砂；此外，可用于机械防砂后的二次防砂，扩大防砂的适用范围，提高防砂的效果和效益。发明详述：一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂，该防砂剂在常温(25℃)下表观密度为0.558-0.634g/cm3，其原料组分及其重量百分比组成如下：胶结剂97.1～98.85％，起泡剂0.3％～0.8％，稳泡剂0.7％～1.3％，固化剂0.05％～0.5％，偶联剂0.1％～0.3％。本发明优选的，所述的胶结剂为三聚氰胺甲醛树脂粉末与水按质量比(1～3):5混合制得三聚氰胺甲醛树脂溶液。进一步优选的，所述的胶结剂为三聚氰胺甲醛树脂粉末与水按质量比2:5混合制得三聚氰胺甲醛树脂溶液。本发明优选的，所述起泡剂为阴离子型表面活性剂。进一步优选的，所述起泡剂为十二烷基硫酸钠(SDS)。本发明优选的，所述稳泡剂为石油级羟甲基纤维素(CMC)，纯度>95％。本发明优选的，所述稳泡剂为石油级高粘羟甲基纤维素(HV-CMC)。为现有市购产品，任丘市亿邦化工有限公司有售。本发明优选的，所述固化剂为弱酸性固化剂。进一步优选的，所述固化剂为氯化铵。本发明优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。本发明优选的一个技术方案，适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂，其原料组分及其重量百分比组成如下：胶结剂98.2～98.8％，起泡剂0.3％～0.5％，稳泡剂0.7％～1.0％，固化剂0.05％～0.1％，偶联剂0.1％～0.2％。本发明最为优选的一个技术方案，适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂，其原料组分及其重量百分比组成如下：胶结剂98.25％，起泡剂0.5％，稳泡剂1.0％，固化剂0.05％，偶联剂0.2％。本发明最为优选的一个技术方案，适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂，其原料组分及其重量百分比组成如下：浓度40％的三聚氰胺甲醛树脂溶液98.25％，十二烷基硫酸钠0.5％，羟甲基纤维素1.0％，氯化铵0.05％，硅烷偶联剂KH-5500.2％。本发明的第二个目的是提供一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂的制备方法。一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂的制备方法，包括步骤如下：1)将三聚氰胺甲醛树脂粉末加到水中，充分搅拌溶解均匀，制得三聚氰胺甲醛树脂溶液；2)按配比将固化剂和偶联剂加入三聚氰胺甲醛树脂溶液中，混合搅拌均匀；3)最后，按配比加入起泡剂和稳泡剂，再次充分搅拌混合均匀，将混合均匀的溶液与空气按照1∶1～2的比例通过泡沫发生器进行发泡，制得低密度泡沫树脂防砂剂。一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂的应用，用于疏松砂岩油藏出砂井固砂，适应地层温度为40～150℃。本发明优选的，按砂液质量比4:1胶结20～120目的砂粒，固化108h后，固结岩心抗压强度为5.2～7.7MPa，固结岩心渗透率为1.1～3.5μm2。本发明的固砂适用于普通直井防砂、水平井、大斜度井、不规则井眼的化学防砂或机械防砂失效后的二次防砂。本发明所述的砂液质量比中的砂是指石英砂，液是指泡沫树脂防砂体系。本发明所述的气为氮气。本发明所述的水为自来水或者地表清水，不可为油田采出污水。本发明所述的泡沫树脂防砂剂，与地层流体具有良好的配伍性，所得固结岩心具有良好的耐水、耐油、耐碱，耐盐性能。本发明人意外发现，本发明由胶结剂、起泡剂、稳泡剂、固化剂和偶联剂组成的泡沫固砂体系在常温下具有密度低、泡沫性能好和固结强度大且固砂效果好的优点，可胶结剂直接注入地下进行固结砂粒，且防砂剂成本低廉、制备工艺简单且施工安全；不仅可以满足和改善薄层、粉细砂层段的防砂要求和效果，增强防砂强度，减少地层伤害；还可以满足长井段水平井、大斜度井及套变井的防砂需求，实现深部、均匀、高强度防砂。三聚氰胺甲醛树脂由于分子结构含有稳定的三嗪环基团，较线性结构脲醛树脂具有较高的固结强度和热稳定性能。三聚氰胺甲醛树脂属于氨基树脂的一种，因其具有一定的水溶性，通过引入水溶性的起泡剂和稳泡剂，形成一种具有低密度的泡沫树脂体系。三聚氰胺甲醛树脂固化反应主要发生在羟甲基(-CH2OH)与羟甲基、羟甲基与活性氢等之间的缩合。其中，羟甲基之间的缩合以生成的醚键为主。树脂固化过程中，由于热效应，树脂中的醚键发生分解。而弱酸性固化剂的参与，不仅可以加快树脂的固化速度，而且提高了树脂的固化程度。本发明选用偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，即r-胺丙基三乙氧基硅烷，其耐介质能力强，适用温度范围广，化学性质稳定，能大大增强泡沫树脂体系的固砂效果。其通过水解反应得到甲硅醇，最终缩合脱水得到的聚甲硅醇对固砂剂与砂粒起到显著的偶合作用，它的羟基能跟砂粒表面羟基形成氢键、另外的基团和固砂剂连接在一起，水解缩合反应简式如下：上式中：R—烷基，Y—氨基、苯胺基、环氧丙醚基等，R＇—甲基或乙基。综上所述，本发明的泡沫固砂体系在常温下具有密度低、泡沫性能好和固结强度大且固砂效果好等优点。本发明的技术特点：1、本发明的低密度泡沫树脂防砂剂，能够均匀注入非均质地层，既可以适应于直井防砂，也适应于水平井、大斜度井、不规则井眼的化学防砂以及机械防砂失效后的二次防砂。2、本发明的低密度泡沫树脂防砂剂制备和施工工艺简单，工业级别原料来源广泛，在油水井化学防砂领域中可以得到良好而广泛的应用。附图说明图1是泡沫树脂固沙剂固化温度的确定，横坐标为固化温度，℃，纵坐标为抗压强度，MPa。具体实施方式为进一步说明本发明，以下列举具体的实施例，但本发明所保护范围不仅限于此。呋喃树脂、脲醛树脂、不饱和树脂均为现有技术，市场购得。实施例1一种适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂，该防砂剂在常温(25℃)下表观密度为0.558-0.634g/cm3，其原料组分及其重量百分比组成如下：浓度40％的三聚氰胺甲醛树脂溶液98.25％，十二烷基硫酸钠0.5％，羟甲基纤维素1.0％，氯化铵0.05％，硅烷偶联剂KH-5500.2％。制备方法：1)将三聚氰胺甲醛树脂粉末加到水中，充分搅拌溶解均匀，制得三聚氰胺甲醛树脂溶液；2)按配比将固化剂和偶联剂加入三聚氰胺甲醛树脂溶液中，混合搅拌3min(转速为600r/min)；3)最后，按配比加入起泡剂和稳泡剂，再次充分搅拌混合均匀，将混合均匀的溶液通过泡沫发生器进行发泡，制得低密度泡沫树脂防砂剂。所得低密度泡沫树脂防砂剂表观密度测试情况：常温(25℃)条件下，该泡沫树脂防砂剂表观密度为0.558-0.634g/cm3，呈现出优良的泡沫性能，且与地层流体具有良好的配伍性。实施例2同实施例1所述的适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂，不同之处在于：浓度40％的三聚氰胺甲醛树脂溶液98.64％，十二烷基硫酸钠0.4％，羟甲基纤维素0.8％，氯化铵0.06％，硅烷偶联剂KH-5500.1％。制备方法同实施例1。实施例3同实施例1所述的适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂，不同之处在于：浓度40％的三聚氰胺甲醛树脂溶液98.2％，十二烷基硫酸钠0.5％，羟甲基纤维素1.0％，氯化铵0.1％，硅烷偶联剂KH-5500.2％。制备方法同实施例1。实施例4同实施例1所述的适用于疏松砂岩油藏出砂水平井的低密度泡沫树脂防砂剂，不同之处在于：浓度40％的三聚氰胺甲醛树脂溶液98.8％，十二烷基硫酸钠0.3％，羟甲基纤维素0.7％，氯化铵0.05％，硅烷偶联剂KH-5500.15％。制备方法同实施例1。实验例11、固砂试验方法：量取石英砂质量为100g，填入的玻璃管中，注入水使砂子表面润湿，然后注入1PV的氨基树脂泡沫体系，将玻璃管置于温度50℃、压力5MPa的密闭容器中固化108h，取出玻璃管冷却至室温，取出固结岩心将其端面磨平，对固结的岩心抗压强度和渗透率进行测量。将实施例1的低密度泡沫树脂防砂剂固砂性能综合评价结果：如表1，按砂液比4:1胶结20～120目的砂粒，固结岩心抗压强度为5.2～7.7MPa，渗透率1.1～3.5μm2，且固结岩心具有良好的耐水、耐油、耐碱，耐盐性能。表1不同砂粒粒径对固砂性能的影响砂径,目20-4040-6060-8080-100100-120抗压强度,MPa5.25.76.36.97.7渗透率,μm23.52.82.31.71.12、所得低密度泡沫树脂防砂剂固化温度测试情况：按砂比1:4胶结40～60目的砂粒，固化温度范围30～90℃，固化108h，以考察树脂体系对地层温度的适应性，实验结果见图1。由图1可以看出当温度大于40℃时，固结岩心抗压强度趋于稳定，抗压强度均大于5MPa。泡沫树脂防砂体系适用于地层温度大于40℃的地层，能够在低温地层固化形成一定强度。对比例1现有常用树脂化学防砂剂，表观密度测试情况：温度20℃下，呋喃树脂防砂体系表观密度为1.14-1.34g/cm3。常温25℃条件下，脲醛树脂防砂体系表观密度为1.05-1.17g/cm3；不饱和树脂乳液树脂防砂体系表观密度为0.86-0.95g/cm3；对比例2常规水溶性树脂化学防砂剂，固砂性能测试情况：不饱和树脂乳液树脂防砂体系，其固结岩心抗压强度固砂强度小于4Mpa，渗透率1.57～2.83μm2；呋喃树脂防砂体系，其固结岩心抗压强度大于5Mpa，但渗透率仅为0.7～1.3μm2；脲醛树脂防砂体系，其固结岩心抗压强度不仅小于4MPa，而且渗透率0.1～1μm2。当前第1页1 2 3