固砂體系優(yōu)選及其性能表征

石錦慧，王明明，陳文博

固砂體系優(yōu)選及其性能表征

石錦慧1，王明明1，陳文博2

（1.西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安710065 2.中國(guó)石油川慶鉆探長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西西安710000）

為使得固砂劑更好地應(yīng)用于鉆井壓裂的防砂作業(yè)中，探索了樹(shù)脂用量、固化劑用量以及固化時(shí)間對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，確定了其最佳條件為：樹(shù)脂用量4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、固化劑用量0.8%、固化時(shí)間28 h。性能評(píng)價(jià)中，當(dāng)老化時(shí)間為25 d時(shí)，抗壓強(qiáng)度為4.3 MPa、滲透率為9.2 μm2，說(shuō)明固結(jié)體有較強(qiáng)的抗老化性能；溫度200℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度為7.5 MPa，說(shuō)明固結(jié)體有較強(qiáng)的抗溫性能。

固砂；抗壓強(qiáng)度；滲透率；抗老化；抗溫

油井出砂在油井開(kāi)采過(guò)程中是比較常見(jiàn)的問(wèn)題[1]，隨著井底出砂量的增加，一方面對(duì)油井管線有磨蝕作用[2]，進(jìn)而損壞采油設(shè)備，減少產(chǎn)油量；另一方面，出砂還會(huì)造成套管外圍的巖石脫落虧空[3]，使套管變形損壞，甚至引起井壁坍塌，使得油井報(bào)廢。目前常用的防砂方法有：機(jī)械防砂、化學(xué)防砂、砂拱防砂、焦化防砂以及復(fù)合防砂?；瘜W(xué)防砂是利用化學(xué)藥劑的化學(xué)反應(yīng)將地層中的砂礫膠結(jié)起來(lái)，形成具有一定強(qiáng)度和滲透率的井壁，以達(dá)到防砂的目的[4]。固砂劑防砂屬于化學(xué)防砂技術(shù)的一種。由于化學(xué)防砂技術(shù)有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，如施工簡(jiǎn)單、成本低、不需要往井內(nèi)下任何機(jī)械裝置且對(duì)粉細(xì)砂巖效果更好等特點(diǎn)[5]，受到油田的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)很多油田[6]，并取得了很好的效果，使得油井產(chǎn)量得到較大的提高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器及試劑

試劑：異丙醇（分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司）；石英砂、環(huán)氧樹(shù)脂、膠結(jié)劑、柴油和固化劑均為工業(yè)品；

儀器：電熱恒溫水浴鍋（上海方瑞儀器廠）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（龍口市先科儀器公司）；壓力試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南中路昌試驗(yàn)機(jī)制造有限公司）；JHR巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀（海安石油儀器石油科研有限公司）；STY-2型氣體滲透率儀（海天石油科研儀器有限公司）。

1.2固結(jié)體的制備

（1）以一定體積比的水、異丙醇和柴油浸泡粒徑為0.4～0.8 mm的干燥石英砂0.5 h；取一定量的環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑制成樹(shù)脂膠液；然后將樹(shù)脂膠液與浸泡過(guò)的石英砂混合均勻，制成預(yù)膠結(jié)砂。

（2）將制成的預(yù)膠結(jié)砂放入玻璃管中壓實(shí)，置于烘箱中于溫度60℃下養(yǎng)護(hù)24 h。

（3）從烘箱中取出固結(jié)體，切成長(zhǎng)度和直徑均為2.50 cm的固結(jié)體，供測(cè)量抗壓強(qiáng)度和滲透率使用。

1.3 固結(jié)體性能評(píng)價(jià)

1.3.1 抗老化評(píng)價(jià)

在60℃恒溫條件下，將制備好的固結(jié)巖心置于烘箱中24 h，取出后放入恒溫60℃水浴中進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，每隔5 d測(cè)定其抗壓強(qiáng)度及滲透率。

1.3.2 抗溫評(píng)價(jià)

將制備好的固結(jié)巖心分別放入溫度為50、100、150、200和250℃的恒溫箱中24 h，測(cè)其抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1樹(shù)脂用量對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響

在固化劑添加量為0.6%，固化時(shí)間為24 h條件下，考察樹(shù)脂用量對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 樹(shù)脂用量對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響

由圖1可知，隨著樹(shù)脂用量的增加，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出增強(qiáng)的趨勢(shì)，當(dāng)樹(shù)脂用量達(dá)到4%后，抗壓強(qiáng)度的增加幅度很?。欢鴿B透率呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，且在樹(shù)脂用量達(dá)到3%后，滲透率的下降幅度變緩，綜合二者的影響，樹(shù)脂的用量選擇4%較為合適。

2.2固化劑用量對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響

在樹(shù)脂用量為4%，固化時(shí)間為24 h條件下，考察固化劑用量對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 固化劑用量對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響

由圖2可知，抗壓強(qiáng)度隨著固化劑用量的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，且在添加量達(dá)到0.8%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值；而滲透率則隨著固化劑用量的增加呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，且在添加量達(dá)到0.8%時(shí)，滲透率達(dá)到最小值。綜合可知，固化劑的添加量選擇0.8%較為合適。

2.3 固化時(shí)間對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響

在樹(shù)脂用量為4%，固化劑添加量為0.8%條件下，考察固化時(shí)間對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 固化時(shí)間對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響

由圖3可知，抗壓強(qiáng)度隨著固化時(shí)間的增加呈現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)；而滲透率隨著固化時(shí)間的增加呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，且抗壓強(qiáng)度和滲透率都在固化時(shí)間到達(dá)28 h后，變化趨勢(shì)變緩，由此可知，固化時(shí)間選擇28 h較為合適。

2.4抗老化實(shí)驗(yàn)

在樹(shù)脂用量為4%，固化劑添加量為0.8%，固化時(shí)間為28 h條件下，考察固結(jié)體的抗老化性能，結(jié)果如圖4所示。

圖4 老化時(shí)間對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透率的影響

由圖4可知，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，而滲透率呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，且在最初的10 d里，抗壓強(qiáng)度和滲透率的變化都較大，而在10 d以后，二者的變化趨緩減緩。從最終的老化25 d對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度為4.3 MPa、滲透率為9.2 μm2可知，抗壓強(qiáng)度及滲透率都能達(dá)到施工過(guò)程的要求，進(jìn)而說(shuō)明該固結(jié)體的抗老化性能較強(qiáng)。

2.5抗溫性能實(shí)驗(yàn)

在樹(shù)脂用量為4%，固化劑添加量為0.8%，固化時(shí)間為28 h條件下，考察固結(jié)體的抗溫性能，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同溫度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

由圖5可知，在溫度達(dá)到100℃之前，抗壓強(qiáng)度隨著溫度的升高而增加，當(dāng)溫度高于100℃之后，抗壓強(qiáng)度逐漸降低，且在到達(dá)200℃后，抗壓強(qiáng)度急劇降低。從圖中可看出溫度為200℃時(shí)對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度為7.5 MPa，說(shuō)明該固結(jié)體有較強(qiáng)的抗溫性能。

3 結(jié)論

單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明合成所需固砂劑的最佳條件為：樹(shù)脂用量4%、固化劑用量0.8%、固化時(shí)間28 h。性能評(píng)價(jià)中，老化時(shí)間25 d時(shí)，抗壓強(qiáng)度為4.3 MPa、滲透率為9.2μ m2，說(shuō)明固結(jié)體有較強(qiáng)的抗老化性能；溫度200℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度為7.5 MPa，說(shuō)明固結(jié)體有較強(qiáng)的抗溫性能。

[1]黃春,湯志強(qiáng).孤東油田防砂工藝技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J].油田化學(xué),1999,16（2）:185-187.

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[4]王艷輝,劉希圣,王鴻勛.油井出砂預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].石油鉆采工藝,1994,16（5）:79-86.

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10．13752／j．issn．1007－2217．2016．04．004

2016-06-14