一种低温固结砂及其制备方法
技术领域
本发明属于油田油水井防砂材料的技术领域，具体涉及一种低温固结砂、以及一种低温固结砂的制备方法。
背景技术
松散性砂岩油层的石油开采、生产中油井出砂严重，会很快梗阻油路、甚至堵塞油井，造成油井减产或停产，油(汽)井出砂是疏松砂岩油(气)藏面临的重要问题之一。出砂的危害主要表现在以下三个方面：第一、油井减产或停产：油(气)井出砂，极易造成砂埋产层，油管砂堵及地面管汇和储缺积砂，从而被迫停产作业。冲洗被破埋的地层，清除油管砂堵，既费时又费工，问题还不能彻底解决，恢复生产不久，又需重新作一周而复始，出砂更趋严重，生产周期越来越短，造成大量躺井，使产量大减，作业成本巨增，经济损失严重。第二、地面及井下设备加剧磨蚀：油、气流中携带的地层砂粒，其主要成分是SiO2，该主要成分硬度高，流速大，容易造成井下泵阀点蚀、油管刺穿、柱塞拉坏、砂卡、地面阀门失灵，从而经常被迫关井作业，更换或维护设备，使产量下降，增加成本。第三、套管损坏，油井报废：在长期严重的出砂在套管外形成巨大的空穴，内、外受力不平衡引起地层突发民生坍塌，轻则造成套管变形，重则套管被错断挤毁，修复很困难，使油(气)井工程报废，损失惨重。除以上危害以外，还存在很多其他危害，在此不一一列举。所以必须立足先期、早期防治，以减少对油层胶结的破坏，为正常生产或后期防砂创造条件。
此外，现有的可固化防砂材料固话温度较高(200℃～300℃)，相应的固化时间较长，这在防砂过程中会引起功能下降，增大砂返排的可能。因此，在石油开采过程中应做好防砂，为了解决这一技术问题，亟需开发一种低温防砂材料。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种低温固结砂、以及一种低温固结砂的制备方法。
本发明的第一方面，提供一种低温固结砂的制备方法，包括：将一定量的骨料加热至160℃～230℃，并将该骨料和一定量的第一粘结剂混合并搅拌10s～20s；之后，加入一定量的第一固化剂混合5s～15s，之后，加入一定量的第二粘结剂并搅拌1s～5s；之后，加入一定量的微胶囊并搅拌8s～12s；之后，加入一定量的分散剂并搅拌、破碎筛分后得到低温固结砂。
可选的，所述骨料、所述第一粘结剂、所述第一固化剂、所述第二粘结剂、所述微胶囊以及所述分散剂的质量比为800～1200：10～50∶1～8∶15～30∶3～6∶0.5～1.5。
可选的，所述第一粘结剂采用双酚A型环氧树脂，其中，所述双酚A型环氧树脂的环氧值范围为0.04～0.47。
可选的，所述第一固化剂采用酚醛胺类固化剂。
可选的，所述第二粘结剂采用自乳化水性环氧树脂。
可选的，所述微胶囊具体制备方法如下：将相同预设质量的第二固化剂和聚苯乙烯分别溶解于35g～45g的二氯甲烷中，得到第一混合溶液与第二混合溶液；
将80mL～120mL 0.5％～1.5％的明胶水溶液加入到所述第一混合液中，经机械搅拌20min～40min，得到第三混合溶液；
将所述第二混合溶液和所述第三混合溶液混合，并经机械搅拌乳化30min～50min，得到第四混合溶液；
将80mL～120mL 0.5％～1.5％的十二烷基硫酸钠加入到所述第四混合溶液中，边搅拌边加热30℃～50℃并保持1.5h～2.5h，之后，经水洗、离心、直至离心上清液为澄清状态，再经过真空干燥，得到所述微胶囊。
可选的，所述第二固化剂采用水溶性咪唑类固化剂。
可选的，所述预设质量范围为7g～13g。
可选的，所述微胶囊的壳材采用聚甲基丙烯酸甲酯。
本发明的第二方面，提供一种低温固结砂，该低温固结砂采用上述方法制得。
本发明提供的低温固结砂以及制备方法，相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：第一、本发明利用微胶囊包封固化剂技术，将第二固化剂包覆于骨料表面，同时微胶囊可将第二粘结剂和第二固化剂隔离，实现单组份，并在低温井况使用时不需要追加固化剂，达到增加产品有效期的目的。第二、本发明的微胶囊壁采用聚甲基丙烯酸甲酯，利用压力破壁微胶囊，当达到破壁压力时，微胶囊壁破裂，释放出第二固化剂，使其与第二粘结剂在地下发生固结反应，形成具有三维网状的连续的胶结固化体，该低温固结砂可实现在油井下固结、使用方便，以达到避免油井砂返排吞吐的目的。第三、本发明中的第二固化剂采用水溶性咪唑类固化剂，可实现低温固化，其次，第二粘结剂采用自乳化水性环氧树脂，可增加与树脂接触面积，提高树脂和固化剂均匀性，进一步提高反应速度及固结强度。
附图说明
图1为本发明第一实施例中一种低温固结砂的制备流程示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的第一方面，提供一种低温固结砂的制备方法，包括：将一定量的骨料加热至160℃～230℃，并将该骨料和一定量的第一粘结剂混合并搅拌10s～20s；之后，加入一定量的第一固化剂混合5s～15s，之后加入一定量的第二粘结剂并搅拌1s～5s；之后，加入一定量的微胶囊并搅拌8s～12s；之后，加入一定量的分散剂并搅拌、破碎筛分后得到低温固结砂。具体地，上述制备过程中的骨料、第一粘结剂、第一固化剂、第二粘结剂、微胶囊以及分散剂的质量比为800～1200∶10～50∶1～8∶15～30∶3～6∶0.5～1.5。
需要说明的是，本发明中得到的低温固结砂是松散的颗粒，将其注入到地下进行，通过压力破壁微胶囊，使微胶囊中的物质与第二粘结剂在地下进行反应，具体地，当达到破壁压力时，微胶囊壁破裂，释放出封装的物质与第二粘结剂反应，以形成块状，进而阻隔出砂。本实施例制备得到的低温固结砂在低温井况使用时不需要追加固化剂，单组分低温固结，使用方便。
下面将以具体实施例进行说明：
实施例1
如图1所述，本实施例提供一种低温固结砂的制备方法，具体包括以下步骤：
第一、将制备过程中用到的各物料按如下质量比进行称取，具体地，骨料、第一粘结剂、第一固化剂、第二粘结剂、微胶囊以及分散剂的质量比为1000∶10～50∶1～8∶15～30∶3～6∶1。
按上述质量比加入相应质量的骨料并加热至160℃～230℃，并将该骨料和相应质量的第一粘结剂混合并搅拌10s～20s。
需要说明的是，本实施例中的骨料可选择石英砂、陶粒等，第一粘结剂可采用双酚A型环氧树脂，同一类型的环氧树脂根据它们的粘度和环氧值的不同，其性能和用途会有所差异，因此，本实施例根据多次实验选择双酚A型环氧树脂的环氧值范围为0.04～0.47，该双酚A型环氧树脂可以起到很好的粘结骨料作用。
第二、在上述骨料与第一粘结剂混合的物料中加入按上述质量比称取的第一固化剂混合5s～15s。
本实施例中的第一固化剂可与上述的双酚A型环氧树脂的环氧基反应，变成网状结构的大分子，促使粘结剂固定，形成骨料的增强层，进一步的提升了骨料的强度，提高了低温固结砂的抗压强度。需要说明的是，本实施例中的第一固化剂采用酚醛胺类固化剂，这是因为，该酚醛类固化剂中具有酚羟基构造，大大促进了固化剂中的生动氢与环氧树脂中环氧基团反响的活性，从而降低了与环氧树脂的固化温度，另外酚醛胺固化剂中引入苯环骨架也进步了其耐热性，即本实施例的酚醛类固化剂在低温时也能完成快速固化。
第三、按上述质量比加入相应质量的第二粘结剂并搅拌1s～5s，也就是说，将上述骨料第一次包覆形成增强层后，继续加入第二粘结剂进行第二次包覆。
具体地，本实施例中的第二粘结剂采用自乳化水性环氧树脂，该水性环氧树脂通过自乳化法使其具有亲水的性质，即通过化学反应法将极性基团引入至环氧树脂分子中，具体地，在环氧树脂中的环氧基、亚甲基、仲羟基上引入亲水基，使水性环氧树脂具有亲水性，以提供水性反应介质，提高反应速率。
第四、按上述质量比加入相应质量的微胶囊并搅拌8s～12s。
需要说明的是，本实施例中的微胶囊需要单独制备，具体制备方法如下：将相同预设质量范围为7g～13g的第二固化剂和聚苯乙烯分别溶解于35g～45g的二氯甲烷中，得到第一混合溶液与第二混合溶液。将80mL～120mL 0.5％～1.5％的明胶水溶液加入到所述第一混合液中，经机械搅拌20min～40min，得到第三混合溶液。将所述第二混合溶液和所述第三混合溶液混合，并经机械搅拌乳化30min～50min，得到第四混合溶液。将80mL～120mL0.5％～1.5％的十二烷基硫酸钠加入到所述第四混合溶液中，边搅拌边加热30℃～50℃并保持1.5h～2.5h，之后，经水洗、离心、直至离心上清液为澄清状态，再经过真空干燥，得到所述微胶囊。
具体地，本实施例中的微胶囊制备过程中，第二固化剂采用水溶性咪唑类固化剂，为咪唑及其改性物质，是一类重要的阴离子聚合型环氧树脂固化剂，其中，对于咪唑类固化剂类型不做具体限定，例如，可选择2-甲基咪唑，2-乙基咪唑，2-苯基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑等任意一种，当然，也可以根据实际需要选择其他的咪唑类固化剂。
优选的，本实施例将10g咪唑类固化剂和10g聚苯乙烯分别溶解于40g二氯甲烷中得到第一混合溶液与第二混合溶液，然后将100mL 1％的明胶水溶液加入到咪唑的二氯甲烷溶液中，700转/分钟～1000转/分钟机械搅拌30min得到第三混合溶液，再将第二混合溶液和第三混合液混合并在700转/分钟～1000转/分钟的机械搅拌下乳化40min，得到第四混合溶液。之后，将100mL 1％的十二烷基硫酸钠加入烧杯中，与上述第四混合溶液混合，并边搅拌边加热40℃保持2h，后经水洗、离心、直至离心上清液为澄清状态，在40℃下真空干燥，最后得到微胶囊，即咪唑固化剂微胶囊。
也就是说，本实施例采用微胶囊包封固化剂技术，以咪唑为芯材，聚甲基丙烯酸甲酯为壳材，二氯甲烷为溶剂采用溶剂蒸发技术制备微胶囊，这样，将第二固化剂和上述水性环氧树脂共同包覆于骨料表面，同时微胶囊可将水性环氧树脂和第二固化剂隔离，从而实现单组份，增加产品有效期，在将制备得到的低温固结砂注入到地下后，当达到破壁压力时，微胶囊破壁后该水溶性咪唑类固化剂释放，溶入水性反应介质中，并与上述加入的水性环氧树脂发生固结反应，实现在油井地下固结，形成三维网状结构的连续的胶结固化体，以达到阻隔出砂的目的。其次，由于本实施例中选用的第二固化剂采用水溶性咪唑类固化剂，以及第二粘结剂采用水性环氧树脂，可提供水性反应介质，增加与树脂接触面积，提高反应速度及固结强度。
第五、按上述质量比加入相应质量的分散剂并搅拌、破碎筛分后得到低温固结砂。
需要说明的是，为了得到松散的低温固结砂，本实施例进一步加入了分散剂，将该分散剂可以保证上述骨料包覆层之间不相互粘结，再次混合搅拌均匀得到低温固结砂。进一步地，本实施例的分散剂可采用硬脂酸钙，硬脂酸镁，硅酸钙，胶体二氧化硅中任意一种或多种，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，在此不做具体限定。
实施例2
本实施例对上述实施例1制备得到的低温固结砂的性能进行检测。具体检测方法为：将实施例1中的低温固结砂颗粒加水搅拌，放在制作模具中制备样块，然后放入水浴24h脱模，然后测量其抗压强度和渗透率。具体地，结果表明，本发明得到的低温固结砂样块抗52MPa的破碎率为1.15％，无侧限抗压强度为15.1MPa，样块渗透率为156μm2。通过上述检测结果可知，本发明提供的低温固结砂固化速度快，强度高，侯凝时间短，可提高油井的开采效率，并且渗透性好，对防砂后油井产能影响小，防砂后形成的挡砂屏障渗透率很高，对地层流体的阻力小。
本发明的第二方面，提供一种低温固结砂，该低温固结砂采用上述方法制得，具体制备方法参考前文，在此不再赘述。
本发明提供的低温固结砂以及制备方法，相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：第一、本发明利用微胶囊包封固化剂技术，将第二固化剂包覆于骨料表面，同时微胶囊可将第二粘结剂和第二固化剂隔离，实现单组份，并在低温井况使用时不需要追加固化剂，达到增加产品有效期的目的。第二、本发明的微胶囊壁采用聚甲基丙烯酸甲酯，利用压力破壁微胶囊，当达到破壁压力时，微胶囊壁破裂，释放出第二固化剂，使其与第二粘结剂在地下发生固结反应，形成具有三维网状的连续的胶结固化体，该低温固结砂可实现在油井下固结、使用方便，以达到避免油井砂返排吞吐的目的。第三、本发明中的第二固化剂采用水溶性咪唑类固化剂，可实现低温固化，其次，第二粘结剂采用自乳化水性环氧树脂，可增加与树脂接触面积，提高树脂和固化剂均匀性，进一步提高反应速度及固结强度。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
