一種耐高溫樹脂膠粘劑制備及在蒸汽吞吐油井中的應用效果

李佳陽

摘 要：為了有效地提高防砂劑的耐高溫性和膠接強度，使用耐高溫樹脂膠粘劑，提出一套行之有效的耐高溫涂層砂涂制方法。在介紹耐高溫樹脂膠粘劑的基礎上，從試驗材料、涂制工藝以及材料與設備等方面入手，完成對耐高溫樹脂涂層砂和模擬固砂體的制備。研究了固化劑加量、樹脂加量、浸泡介質(zhì)等參數(shù)對固砂體強度的影響，探討了固砂體在蒸汽吞吐油井中使用效果。結果表明：通過使用耐高溫樹脂膠粘劑所制備的固砂體，可以最大限度地提高油井防砂效果，滿足高溫蒸汽吞吐法使用需求，為技術人員提供有效的借鑒和參考。

關鍵詞：蒸汽吞吐油井；耐高溫樹脂；膠粘劑；研制

中圖分類號：TQ433.4

文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2023）07-0045-05

The preparation and application effect of high temperature resistant resin adhesive in steam huff and puff oil well

LI Jiayang

（Xinglongtai Oil Production Plant，Liaohe Oilfield，Branch Petrochina，Panjin 124009，Liaoning China

）

Abstract： In order to effectively improve the high temperature resistance and bonding strength of sand control agent，a set of effective sand coating method for preparing high temperature resistant coating is proposed by using high temperature resistant resin adhesive.First of all，based on the introduction of high temperature resistant resin adhesive，the preparation of high temperature resistant resin coated sand and simulated sand consolidation body was completed from the aspects of test materials，coating process，materials and equipment.Secondly，the effects of curing agent dosage，resin dosage and soaking medium on the strength of sand consolidation body were studied.Finally，the application effect of sand consolidation body in steam huff and puff oil wells was discussed.The results show that the sand consolidation body prepared by using high temperature resistant resin adhesive can maximize the sand control effect of oil wells and fully meet the requirements of high temperature steam huff and puff method.It is hoped that this study can provide effective reference for technicians.

Key words：steam huff and puff oil well;high temperature resistant resin;adhesive;development

對于油井而言，當其開發(fā)到一定程度時，需要加強對稠油油藏方式的運用?，F(xiàn)階段，稠油油藏比較先進開采方法是高溫蒸汽吞吐法。蒸汽吞吐法在實際運用中，通常會表現(xiàn)出較高的油層溫度、地層沖刷力。因此，通過使用耐高溫樹脂膠粘劑所制備的防砂劑必須具有較高的耐高溫性和膠結強度，只有這樣，才能保證固砂體在蒸汽吞吐油井中使用效果。

1 耐高溫樹脂膠粘劑概述

1.1 耐高溫樹脂膠粘劑概述

耐高溫樹脂膠粘劑作為一種重要的酚醛樹脂類膠粘劑，該膠粘劑在實際合成期間，硼化合物先與酚進行進行化學反應，然后，再與甲醛進行化學反應，從而獲得相應的樹脂分子，該樹脂分子借助酚醛樹脂，對C—C鍵連接苯環(huán)進行轉(zhuǎn)換，使其直接轉(zhuǎn)換為B—O鍵連接苯環(huán)［1］，所以樹脂分子表現(xiàn)出較高的鍵能。所以，其耐熱性能相對較高，遠遠超過普通酚醛樹脂的耐熱性能；樹脂技術指標如表1所示。

耐高溫樹脂膠粘劑具有以下性能：（1）具有較高的熱化學性能，這就增加了熱變形溫度和熱失重溫度。（2）在所設置好的工作條件下，將耐高溫樹脂膠粘劑長時間放置于高溫場合中，可以表現(xiàn)出較高的原有性能［2］。（3）在所設置好的溫度周期變化情況下，耐高溫樹脂膠粘劑表現(xiàn)出較高的耐熱性，同時，在短時間內(nèi)可以承受更高的溫度考驗。耐高溫樹脂膠粘劑主要包含以下兩類。

1.1.1 無機膠粘劑的發(fā)展概況

無機膠粘劑在實際制備中，所用到的無機化合物主要包含：無機鹽、無機堿、氫氧化物等，這些無機化合物具有以下優(yōu)點：（1）耐高溫性高，無機膠粘劑一般耐溫達800～1 100 ℃，最高耐溫達到1 600 ℃，瞬時耐溫達3 000 ℃。（2）在進行套接期間，無機膠粘劑表現(xiàn)出較高的膠接強度［3］。（3）原料價格低廉，且容易采購。（4）無機膠粘劑所對應的熱膨脹系數(shù)相對較小。（5）無機膠粘劑表現(xiàn)出良好的耐久性和抗老化性。（6）無機膠粘劑的使用，并不會對外界環(huán)境造成污染［4］，同時，還增加了加工的方便性。

目前，比較常用的無機膠粘劑主要包含：一種是磷酸鹽類；另一種是硅酸鹽類。其中，磷酸鹽類膠粘劑主要是由偏磷酸鹽、酸式磷酸鹽等多種基料組成，或者直接借助鹵化物、硅酸鹽和氫氧化物、硼酸鹽等基料［5］。與硅酸鹽類膠粘劑相比，磷酸鹽類膠粘劑通常表現(xiàn)良好的耐水性和高溫強度，但是，其固化收縮率相對較低，與金屬、玻璃之間可以產(chǎn)生較高的粘接力。硅酸鹽類膠粘劑所用到的基料主要是以堿金屬為主［6］，通過將其與固化劑、填料進行有效地配制，可以完成對硅酸鹽類膠粘劑的制備，硅酸鹽類膠粘劑最低耐熱溫度為1 500 ℃，最高耐熱溫度為1 700 ℃。

無機膠粘劑盡管表現(xiàn)出較高耐超高溫性能，但還存在耐酸堿性差、耐沖擊性差、凝聚強度低、粘附性等缺點［7］，這在某種程度上嚴重影響了無機膠粘劑的使用效果和使用范圍。

1.1.2 有機膠粘劑的發(fā)展概況

有機膠粘劑在實際制備中，所用到的基料是有機化合物，該膠粘劑主要包含2類：一類是天然高分子膠粘劑，另一類是合成分子膠粘劑［8］。其中，合成分子膠粘劑在粘接工藝、裝配效果等領域表現(xiàn)出較高的應用優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，以合成高分子材料為主要基料的膠粘劑占比達到了80 %。對于有機高溫膠粘劑而言，所對應的基料主要包含酚醛樹脂、雜環(huán)聚合物、環(huán)氧樹脂等部分組成［9］。

1.2 耐高溫樹脂有機膠粘劑的未來發(fā)展趨勢

對于耐高溫樹脂膠粘劑而言，在未來發(fā)展中，主要沿著高強度、高耐久性、高韌性等方面進行發(fā)展。該膠粘劑整體發(fā)展優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：（1）通過利用新樹脂單體，完成對有機耐高溫膠粘劑的研制［10］。（2）確保所研發(fā)的新型固化劑完全符合耐高溫樹脂使用需求。（3）新型先進的改性技術，完成對現(xiàn)有耐高溫樹脂的改性處理。（4）通過使用先進功能填料、晶須等材料，完成對高性能復合膠粘劑的制備［11］。

2 耐高溫樹脂涂層砂制備

2.1 試驗材料

本次試驗中，所用到的試驗材料主要包含：（1）石英砂。石英砂的最小直徑為0.4 mm，最大直徑為0.8 mm，由福建莆田砂廠生產(chǎn)［12］。（2）耐高溫樹脂。由蚌埠市耐高溫樹脂廠生產(chǎn)的。（3）固化劑。固化劑作為一種常用的自制產(chǎn)品，其內(nèi)部含有大量的胺類［13］。（4）偶聯(lián)劑KH550。由濟寧第二化工廠生產(chǎn)。

2.2 涂制工藝

在設計涂制工藝期間，要使用工業(yè)酒精，嚴格按照所設置好的1∶1比例，對耐高溫樹脂進行溶解處理，以起到后期備用作用［14］。另外，將一定的比例的石英砂和偶聯(lián)劑KH550放置到某一容器中，并使用攪拌器，對其進行充分攪拌；同時，還要將一定比例的樹脂加入到容器中，并對其進行充分攪拌。當攪拌20 min后，將固化劑A加入到容器中，對其進行再次充分攪拌，同時，將砂子倒出至場地上，對其晾曬處理。當砂子干燥處理后［15］，使用碾子將涂層砂進行壓碎、篩選處理，獲得一袋砂子并對其進行密封處理。

3 模擬固砂體的制備

3.1 材料與設備

在制備耐高溫涂層砂期間，所用到的玻璃管直徑和高度分別為25、300 mm，并確保水浴溫度達到恒定狀態(tài)；另外，所用到的設備主要包含：（1）液壓萬能強度測試儀，該測試儀型號為SWY，由青島鼎輝鑄造機械有限公司生產(chǎn)的。（2）SS-DYY-6G巖心氣體滲透率測定儀。由南通儀創(chuàng)實驗儀器有限公司生產(chǎn)。（3）Nicolet6700傅里葉紅外光譜儀。該光譜儀型號由美國ThermoFisher科技公司生產(chǎn)。（4）DSC8500熱重分析儀。由美國PerkinElmer股份有限公司生產(chǎn)。（5）SEM-JSM-5510LVA掃描電鏡。由東菀市臺準電子科技有限公司生產(chǎn)［16］。

3.2 模擬固砂體的制備

將帶孔膠塞塞入到玻璃管某一端，還要將薄棉鋪在膠塞表面，并將所制備好的耐高溫涂層砂裝入到玻璃管內(nèi)，然后，對玻璃管進行搖勻處理［17］。同時，將玻璃管插入到抽濾瓶上，對真空泵進行啟動處理，并將500 cm3自來水注入到真空泵中，取下水柱上端多出的3 cm高度砂子，使用玻璃管，塞上膠塞，然后，將其放置于80 ℃水浴中，采用低溫固化的方式，對其進行固化處理，固化時間必須控制在72 h以上，之后，將其依次放置到120、140、180、320 ℃的馬沸爐內(nèi)進行固化處理，其固化時間分別為3、5、2、4 h，最后，將取出的玻璃管設置為模擬固砂體，以備后期測量固砂體強度［18］。

3.3 固砂體性能測定

3.3.1 固砂體抗壓強度測定

嚴格按照高溫固結砂相關標準和要求，將巖心放置到所選用的高壓釜中，并加入一定量的水，然后，將其放置到260 ℃恒溫環(huán)境下，然后，使用液壓萬能強度測試儀，對其抗壓強度進行精確化測量；同時，還要將人工巖心浸泡到鹽酸溶液、強堿溶液、氯化鈉溶液、柴油等溶液中，浸泡時間控制為7 d，最后，對其抗壓強度進行精確化測定。

3.3.2 固砂體滲透率測定

在測定固砂體滲透率期間，需要嚴格按照人工巖心滲透率測定相關標準和要求，使用巖心氣體滲透率測定儀，對其滲透率進行精確化測定。

3.4 固化機理

通過將巖心與復合樹脂進行充分結合，可以有效地提高固砂體抗壓強度，同時，還能保留環(huán)氧基團結構，該結構式中含有2種氮原子：一種氮原子是仲胺；另一種氮原子是叔胺。通過將仲胺基與環(huán)氧基進行化學反應，形成相應的加成物，并將其與環(huán)氧基進行化學反應，形成相應的離子絡合物。然后，采用連鎖的方式，對聚合固化環(huán)氧樹脂進行開環(huán)處理。

4 結果與分析

4.1 固化劑加量對固砂體強度的影響

耐高溫樹脂膠粘劑與石英砂質(zhì)量比為1∶100，硅烷偶聯(lián)劑（KH550）與石英砂之間的質(zhì)量比為1∶500，研究不同加量固化劑對固砂體強度所產(chǎn)生的影響，結果如表2所示。

從表2可知，當固化劑加量不斷增加時，固砂體先表現(xiàn)較高的抗折抗壓強度，后表現(xiàn)出較低的抗折抗壓強度。當固化劑的加量達到0.9 %時，固砂體所對應的抗折抗壓強度達到最大值。為了最大限度地提高固砂體的抗折抗壓強度，需要將固化劑的加量控制為0.9%～1.0 %。

4.2 樹脂加量對固砂體強度的影響

當固化劑、偶聯(lián)劑加量分別為0.9%、0.2 %，以石英砂質(zhì)量設置為計算標準，獲得如表3所示的樹脂加量對固砂體強度影響結果。

由表3可知，當樹脂用量不斷增加時，固砂體強度會呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，當樹脂用量低于9%時，固砂體強度表現(xiàn)出較高的上升幅度；當樹脂加量超過10%時，固砂體強度上升幅度逐漸變低。在標準采油強度情況下，需要將固砂體強度必須在3.5 MPa以上，當固砂體壓縮強度遠遠超過6.0 MPa，在綜合考慮成本的基礎上，將耐高溫樹脂加量設置為10%，固砂體抗折抗壓強度和壓縮強度有所上升，分別達到3.8、9.7 MPa，均超過了所設置的標準技術指標值。

4.3 偶聯(lián)劑用量的確定

在整個試驗中，所用到的偶聯(lián)劑主要以KH500偶聯(lián)劑為主，所獲得的偶聯(lián)劑加量對強度的影響結果如表4所示。由表4可知，當偶聯(lián)劑最小用量達到0.15%，最大用量為0.20%。

4.4 固砂體耐高溫性能考察

將石英砂、樹脂、固化劑、偶聯(lián)劑分別設置為100、10、0.8、0.3 g，從而完成對涂層砂的制備，同時，還要將固砂體進行低溫固化處理，確保處理好的固砂體放入到玻璃管中，并同時將該固砂體放置到175～300 ℃放到馬沸爐中，并對其老化24 h，然后，全面地觀察和分析固砂體強度所對應的實際變化情況，溫度對固砂體強度的影響如表5所示。由表5可知，當固砂體耐高溫度超過220 ℃，其強度會呈現(xiàn)出不斷降低趨勢，其降低幅度也呈現(xiàn)出不斷變慢的趨勢。當溫度超過300 ℃時，固砂體所對應的抗折強度和壓縮強度分別達到4.2、9.8 MPa，符合現(xiàn)場使用相關標準和要求。

4.5 不同浸泡介質(zhì)對固砂體強度的影響

將不同介質(zhì)放置到高溫固化處理后的固砂體中，對固砂體強度變化情況進行全面觀察，獲得如表6所示的浸泡介質(zhì)對固砂體強度的結果。由表6可知，將固砂體浸泡到5% HCl溶液和5%NaOH溶液中，發(fā)現(xiàn)固砂體所對應的抗壓強度出現(xiàn)大幅度下降趨勢，其降低幅度分別達到了33.7%、54.3%。這表明強酸強堿溶液會對固砂體內(nèi)部防砂層產(chǎn)生一定的弱化作用，所以，在實際施工期間，技術人員要盡可能地避免以上不良問題的出現(xiàn)。另外，通過將固砂體浸泡到飽和NaCl溶液中，發(fā)現(xiàn)固砂體抗壓強度出現(xiàn)明顯下降趨勢，其下降幅度達到35.6%，發(fā)現(xiàn)固砂體的抗壓強度遠遠超過3.6 MPa，這表明復合樹脂防砂劑表現(xiàn)出良好的介質(zhì)性能，符合疏松砂巖油井開采相關標準和要求。

4.6 固砂體的性能

4.6.1 耐溫性

結合復合樹脂固砂體熱重分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)固砂體在0～90 ℃，其固化物損失量達到了0.1 mg，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因是整個溶劑內(nèi)部乙醇出現(xiàn)大量揮發(fā)現(xiàn)象；當固砂體溫度達到90～265 ℃時，其固化物損失量達到了0.4 mg，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因是三維熱固性樹脂內(nèi)部所含有的芳基基團出現(xiàn)少量分解現(xiàn)象。固砂體所對應的固化物質(zhì)量損失率達到了6.876%，這表明復合樹脂固砂體表現(xiàn)出良好的耐溫性能，符合高溫蒸汽吞吐開采溫度控制相關標準和要求。通過將固砂體放置到密閉容器中，放置1～7 d，密閉容器內(nèi)溫度為260 ℃，當老化時間不斷延長時，固砂體則會表現(xiàn)出較低的抗壓強度。當密閉容器內(nèi)部環(huán)境溫度達到260 ℃時，固砂體經(jīng)過7 d老化處理后，其抗壓強度達到12.04 MPa，符合蒸汽吞吐油井開采強度相關標準和要求。

4.6.2 滲透性

對于固砂體而言，其單顆粒砂表現(xiàn)出良好的包覆效果，使得不同顆粒之間保持良好的包裹連接效果，符合固砂體高強度相關標準和要求［19］。另外，不同顆粒之間存在相應的空隙結構，確保整個固砂體表現(xiàn)出良好的滲透性。在巖心氣體滲透率測定儀器的應用背景下，對固砂體滲透率進行全面測量，發(fā)現(xiàn)其滲透率達到了70.22 μm2，這表明固砂體表現(xiàn)出良好的滲透性［20］。

5 固砂體在蒸汽吞吐油井中應用效果

通過采用現(xiàn)場試驗的方式，對使用耐高溫樹脂膠粘劑所制備的固砂體使用效果進行檢驗，從而有效地提高蒸汽吞吐油井開采效率和效果。在進行施工期間，通過選用大型壓裂車，向出砂地層導入相應的耐高溫樹脂涂層砂，迄今為止，已累計試驗10口油井，整個油井注汽溫度、平均注汽強度、平均采液強度、平均防砂有效期分別達到了300 ℃、2 t/m·h、6 t/m·h、240 d，產(chǎn)油累計量達到了120 000 t，所獲得的經(jīng)濟效益達到1 900萬元?，F(xiàn)場試驗表明，使用耐高溫樹脂膠粘劑所涂制的涂層砂不僅可以更好地滿足高溫注汽相關標準和要求，使得固結強度得以大幅度提高，并延長防砂有效期，從而獲得較高社會效益和經(jīng)濟效益。

6 結語

（1）使用耐高溫樹脂膠粘劑所制備的耐高溫樹脂涂層砂具有較高的耐高溫性和固結強度，這表明該涂層砂完全符合蒸汽吞吐開采需求;

（2）通過將耐高溫樹脂涂層砂很好地浸泡到鹵水、原油、鹽酸等溶液中，表現(xiàn)出較高的耐腐蝕性，但是，一旦浸泡在強堿中，很容易遭到破壞;

（3）通過使用耐高溫樹脂膠粘劑完成對涂層砂的制備，可以提高油井使用效果，同時，還能獲得較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

［1］ 劉鵬，羅紀明，朱建躍.HT-160環(huán)氧膠粘劑的性能及在耐高溫陶瓷粘接中的應用［J］.粘接，2002，23（6）：23-24.

［2］ 查尚文，李福志，管蓉.室溫固化耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑的研究進展［J］.粘接，2011（10）：76-79.

［3］ 夏季紅，毛璞，崔劍川.改性有機耐高溫樹脂膠粘劑［J］.化工新型材料，2009，37（3）：30-33.

［4］ 嚴錦根，張國榮，尚祥毅，等.FB耐高溫樹脂膠粘劑在蒸汽吞吐油井中的應用［J］.中國膠粘劑，2002，11（3）：38-40.

［5］ 楊永紅，馮劍.環(huán)氧樹脂液體膠粘劑耐高溫性能分析［J］.化學與粘合，2022，44（2）：142-146.

［6］ 周茗萱，潘恒，宋子強，等.耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑的研究進展［J］.粘接，2016，37（10）：57-60.

［7］ 王珂，虞鑫海，徐永芬.耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑的研究進展［J］.粘接，2013，34（2）：63-65.

［8］ 王丁，程斌，劉峰，等.有機硅改性酚醛環(huán)氧樹脂耐高溫膠粘劑的研制［J］.中國膠粘劑，2007，16（3）：23-27.

［9］ 張緒剛，張斌，王超，等.室溫固化耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑的研究［J］.中國膠粘劑，2003，12（2）：19-22.

［10］ 陳德萍.耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑研究進展［J］.熱固性樹脂，2000，15（4）：16-20.

［11］ 龐金興，黃可知，李曦，等.常溫固化耐高溫酚醛樹脂膠粘劑的研制［J］.武漢工業(yè)大學學報，2000，22（3）：6-8.

［12］ 張斌，孫明明，張緒剛，等.聚硼硅氧烷改性酚醛樹脂耐高溫膠粘劑的制備及性能［J］.高分子材料科學與工程，2008，24（6）：152-155.

［13］ 趙興，李玲.耐高溫熱固性樹脂膠粘劑的研究動態(tài)［J］.中國膠粘劑，2007，16（12）：46-51.

［14］ 嚴鵬飛，徐鶴，王樹浩，等.耐高溫酚醛樹脂膠粘劑研究進展［J］.中國膠粘劑，2018，27（9）：57-61.

［15］ 王超，王博，曲彪，等.聚硫醚改性環(huán)氧樹脂室溫固化耐高溫結構膠粘劑［J］.中國膠粘劑，2007，16（1）：1-5.

［16］ 鄭典模，溫愛鵬，徐建國，等.鄰甲酚甲醛環(huán)氧樹脂/線性酚醛樹脂/改性納米SiO2耐高溫膠粘劑的研制［J］.化工新型材料，2016，44（12）：109-111.

［17］ 武楊，巫輝，原曄.耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑的研究進展［J］.中國膠粘劑，2014，23（10）：55-58.

［18］ 李星星，李宇峙，邵臘庚，等.耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑在鋼橋面粘結層中的應用試驗研究［J］.公路，2007（1）：161-164.

［19］ 王華志，徐勇，劉鶯，等.用于柔性覆銅板的耐高溫改性環(huán)氧樹脂膠粘劑的研究［J］.化工新型材料，2008，36（10）：101-104.

［20］ 李洪峰，曲春艷，顧繼友，等.航空航天用耐高溫苯并噁嗪樹脂膠粘劑［J］.粘接，2017，38（8）：31-36.