一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒及防砂方法

摘要

本发明提供一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒及防砂方法。该控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒包括支撑剂、支撑剂外包覆的内层树脂膜和外层树脂膜；其中，所述内层树脂膜为热固性酚醛树脂膜，所述外层树脂膜为单组份聚氨酯树脂膜。本发明的防砂方法为采用该控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒进行防砂的方法。本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒为可低温固化，并具亲油憎水性的防砂颗粒，其能够改善高含水出砂区块防砂措施效果，阻止地层出砂，降低产液含水，稳定油井产量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒及防砂方法，属于石油开采领 域中的化学防砂技术领域。

背景技术

辽河油田地层出砂非常严重，例如洼38块、海外河、杜212块、曙三区、曙四区、 齐40块、齐108块、高246块、青龙台和锦7块等，有近30个区块存在出砂问题。出 砂井种类多，既有稀油井、常规开采的稠油井也有蒸汽吞吐稠油井和天然气井。从出砂 时间上看，有些区块投产初期就有出砂现象；有些区块在生产一段时间后，发现个别井 出砂，进而出砂井越来越多，呈扩大趋势，如洼清5块、洼16块等。

油井出砂会造成生产设备磨蚀、损坏，降低油井产量，提高生产成本等问题；严重 时还会造成地层坍塌、盖层下陷以及套管变形、错段等问题，使油井报废。

目前，为解决油井出砂难题，已发展出多种防砂手段。其中，机械方面的防砂手段 包括各种筛管防砂等；化学方面的防砂手段主要以压裂防砂（即，地层深部防砂）、人 工井壁防砂、化学固砂等为主。而随着油田注水开发的不断深入进行，一些区块进入了 “油藏剩余油高度分散，主体部位水淹程度高”的开发“双高”期，受此影响防砂措施 效果变差。其主要表现为防砂措施实施后，油井增液不增油、原油含水高、措施有效期 短等情况；有些油田油藏埋藏浅，地层温度低，普通树脂砂防砂颗粒在低温条件下不能 胶结固化，不能建立有一定强度的防砂过滤屏障，无法达到防砂措施效果。

因此，为改善油水井防砂措施效果，提高防砂工艺水平，提高油井产量，降低原油 含水率，研发出一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒及防砂方法，仍是本领域亟待 解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂 颗粒。该控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒为可低温固化，并具亲油憎水性的树脂覆 膜砂防砂颗粒，其能够改善高含水出砂区块防砂措施效果，阻止地层出砂，降低产液含 水，稳定油井产量。

本发明的另一目的在于提供采用上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒进行防 砂的方法。

为达上述目的，本发明提供一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒，其包括支撑 剂、支撑剂外包覆的内层树脂膜和外层树脂膜；其中，所述内层树脂膜为热固性酚醛树 脂膜，所述外层树脂膜为单组份聚氨酯树脂膜。

本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒的结构如图1所示，其包括支撑剂 1，内层树脂膜2，外层树脂膜3。

在上述控水型树脂覆膜砂中，所述支撑剂可以为本领域中常规使用的压裂支撑剂， 如性能指标达到SY/T5108-2006（压裂支撑剂性能指标及测试推荐做法）中的相关规定 要求的石英砂、陶粒等石油压裂支撑剂；也可以是果壳颗粒（如核桃壳颗粒）等颗粒状 矿物滤料等。其中，所述陶粒可以为高密度陶粒支撑剂、中密度陶粒支撑剂和低密度陶 粒支撑剂等中的一种或几种的组合。优选地，所述支撑剂的粒径为0.45mm-0.8mm或 0.8mm-1.2mm。

在上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒中，优选地，所述内层树脂膜的厚度为 4-5μm，所述外层树脂膜的厚度为4-5μm。

在上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒中，优选地，所述内层树脂膜与所述支 撑剂的质量比为4.5-6.0：100。

在上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒中，优选地，所述外层树脂膜与所述支 撑剂的质量比为0.5-1.5：100。

根据本发明的具体实施方式，优选地，上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒是 由以下方法制备得到的：

将支撑剂加热至120℃以上；然后将120℃以上的支撑剂与热固性酚醛树脂搅拌混 合均匀，得到包覆热固性酚醛树脂后的支撑剂；再将所述包覆热固性酚醛树脂后的支撑 剂与单组份聚氨酯树脂搅拌混合均匀；经过干燥，得到所述的控水型低温固化树脂覆膜 砂防砂颗粒。

在本发明中，上述热固性酚醛树脂与单组份聚氨酯树脂对支撑剂进行完全的包覆， 因而上述内层热固性酚醛树脂膜、外层单组份聚氨酯树脂膜、支撑剂之间的质量比，与 制备过程中各原料用量的质量比基本相同。

在上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒中，优选地，加入热固性酚醛树脂后的 混合时间可以为90-100s，加入单组份聚氨酯树脂后的混合时间可以为180-200s。

在上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒的制备过程中，优选地，所采用的热固 性酚醛树脂为液态热固性酚醛树脂，所采用的单组份聚氨酯树脂为单组份聚氨酯树脂涂 料（单组份聚氨酯防水涂料）。在本发明中，所采用的液态热固性酚醛树脂和单组份聚 氨酯防水涂料均为本领域常见的合成产物，其组成为本领域的公知常识。

根据本发明的具体实施方式，优选地，在制备上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂 颗粒时，还可以在支撑剂加热至120℃以上之后，将偶联剂与120℃以上的支撑剂混合 均匀，然后再与热固性酚醛树脂进行混合。所述偶联剂可以为硅烷偶联剂，更优选地， 该偶联剂为KH550，其用量可以为支撑剂重量的2‰。采用该偶联剂可以增强热固性酚 醛树脂与支撑剂之间的结合强度，使包覆更完全、更紧密。

在上述制备方法中，所述干燥步骤可以为热风烘干，也可在常温下晾晒干燥。此外， 在得到所述的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒后，本领域一般技术人员可以根据需 要对其进行粉碎、筛分等，以得到粒径均匀统一的控水型低温固化树脂覆膜砂颗粒。

本发明还提供一种防砂方法，其为采用上述的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒 进行防砂的方法。

根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的防砂方法包括以下步骤：

向待处理地层注入前置液清洗或压开地层；

待压力平稳后加入上述控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒与携砂液的混合液，砂 比为10%-30%；

顶替出油管，然后关井、泄压48h，之后冲出或钻掉井筒内树脂砂塞。

在上述防砂方法中，砂比是指本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒与携砂 液的体积比。所述前置液与携砂液均为本领域常规填砂使用的前置液与携砂液。本领域 一般技术人员能够根据油井的具体情况，对前置液以及携砂液的种类和用量进行选择和 调控。

本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒在进行防砂时，还可以加入酚醛树脂 的固化剂，其为质量浓度3%的盐酸。该固化剂一般为过量使用，且其用量需视施工井 的具体情况而定，一般而言，其用量为10-12t。该固化剂是在现场进行防砂时，与本发 明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒、携砂液混合均匀后，泵入地层；优选地，该 固化剂是在填砂后期加入。

本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒在应用时，不仅可以作为防砂颗粒应 用于普通防砂井，还可以应用于小井眼及套管变型井，能够取得良好的防砂效果。

在应用过程中，本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒应用14井次，施工 成功率100%，有效率90%，2012年1月至2012年11月累计增加措施油井产量1096t， 平均降低原油含水率5.95%，取得了良好的经济效益。由此可见，本发明的控水型低温 固化树脂覆膜砂防砂颗粒能够改善高含水出砂区块防砂措施效果，降低地层出砂，稳定 油井产量。

本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒采用热法多层覆膜，在石英砂、果壳 颗粒、陶粒等支撑剂表面包覆了两层性能不同的树脂膜而制备得到。其中，内层树脂为 25-40℃即可发生固化的热固性酚醛树脂，其在固化剂及温度的作用下可胶结固化为不 溶不熔的三维体型结构，具有较强的胶结性及抗压强度。外层树脂为在室温下即可成膜 的单组份聚氨酯树脂，其可改变本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒的表面润 湿性及压裂充填层的孔隙特性，使本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒表面变 为亲油性。当原油吸附于防砂颗粒表面及压裂充填层表面时，该单组份聚氨酯树脂膜使 水的流动孔道变小，水的阻力增大，并且防砂颗粒的表面油润湿性改变了毛细管力的方 向，对油变为动力，达到增油、控水的目的。上述的结构及特性使本发明的控水型低温 固化树脂覆膜砂防砂颗粒在注入地层低温固化48h后，其抗压强度即可大于4.0MPa， 油相渗透率大于32μm²，水相渗透率小于20μm²，具有良好的防砂效果。

因此，本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒能够良好地适应某些高含水油 田地层温度较低的情况，并且能够在油井出砂部位胶结固化形成高抗压强度的挡砂屏 障，防止油、气、水井出砂，进而起到支撑近井地层、加固井壁、保护套管的作用。而 且，本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒能够有效改善高含水出砂区块防砂措 施效果，降低原油含水率，稳定油井产量。由此可知，本发明的控水型低温固化树脂覆 膜砂防砂颗粒是一种既能在低温环境下胶结固化形成高抗压强度的挡砂屏障，又能透油 控水的树脂覆膜砂防砂颗粒。

附图说明

图1为本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的技术方案及技术效果做进一步的详细说明，但不能理 解为对本发明可实施范围的限定。

在以下实施例中，所采用的前置液和携砂液均为本领域常规使用的水基压裂液，对 其生产厂家及型号并无特殊限制，比如该水基压裂液可以由SY/T5107-2005（水基压裂 液性能评价方法）中的压裂液试样制备方法所制备得到。

实施例1

本实施例提供一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒，其原料组成包括：支撑剂 石英砂、热固性酚醛树脂液以及单组份聚氨酯防水涂料；支撑剂石英砂、热固性酚醛树 脂液、单组份聚氨酯防水涂料的质量比为100：5.0：0.5。其中，所述石英砂的性能指标 达到SY/T5108-2006（压裂支撑剂性能指标及测试推荐做法）的相关规定要求，其粒径 为0.45mm-0.8mm。

本实施例的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒的制备方法包括以下步骤：

将石英砂在高温滚筒加热炉中加热至120℃；然后取出120℃的石英砂并装入混砂 机中；再加入热固性酚醛树脂液，混合90s；之后烘干，筛分；再加入单组份聚氨酯防 水涂料，混合180s；取出得到的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒粗产物，将其烘干， 或于常温下放置晒干、粉碎后，用10目的筛子筛分，装袋保存，得到所述的控水型低 温固化树脂覆膜砂防砂颗粒。

实施例2

本实施例提供一种控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒，其原料组成包括：低密度 陶粒支撑剂200kg、KH550硅烷偶联剂0.4kg、热固性酚醛树脂液8kg以及单组份聚氨 酯防水涂料1kg。其中，所述低密度陶粒支撑剂的性能指标达到SY/T5108-2006（压裂 支撑剂性能指标及测试推荐做法）的相关规定要求，其粒径为0.5mm-0.8mm。

本实施例的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒的制备方法包括以下步骤：

将低密度陶粒支撑剂在高温滚筒加热炉中加热至120℃；然后取出120℃的低密度 陶粒支撑剂并装入混砂机中；加入KH550硅烷偶联剂，再加入热固性酚醛树脂液，混 合90s；烘干，筛分之后加入单组份聚氨酯防水涂料，混合180s；取出得到的控水型低 温固化树脂覆膜砂防砂颗粒粗产物，将其烘干，或于常温下放置晒干、粉碎后，用10 目的筛子筛分，装袋保存，得到所述的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒。

采用本发明的上述实施例1-2所制得的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒既可作 为常规油、气、水井的防砂颗粒，也可作为高含水区块的亲油憎水性压裂支撑剂，应用 于油田出砂治理、石油开采。

实施例3

本实施例提供应用实施例1的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒进行防砂的方 法。施工井段深度为778.2m-800m，油层有效厚度为13.7m，共4层。

该防砂方法包括以下步骤：

通过地面泵车组向待处理地层注入前置液40m3以清洗和压开地层；

待压力平稳后加入实施例1的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒和携砂液混合液 15t，砂比为10%-30%，以及质量浓度3%的盐酸10-12t；

顶替出油管，然后关井、泄压48h，之后用热污水冲出或钻掉井筒内树脂砂塞，可 以投产。

实施例4

本实施例提供应用实施例2的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒进行防砂的方 法。本实施例对辽河油田欢喜岭采油厂，欢2-12-2309油井进行现场施工，施工井段深 度为1408.7m-1438.8m。施工前该井出砂严重，检泵周期短，渗透率下降，有水无油， 含水率达92%。

该压裂防砂方法包括以下步骤：

通过地面泵车组向待处理地层注入前置液40m³以清洗和压开地层；

待压力平稳后加入石英砂支撑剂12m³、实施例2的控水型低温固化树脂覆膜砂防 砂颗粒10m³、以及携砂液180m³；

顶替出油管，然后关井、泄压48h，之后用热污水冲出或钻掉井筒内树脂砂塞，可 以投产。

投产后，该井初期日产液20m³，日产油3.5t，含水率降至82%，原油含水率降低 10%。投产约两个月后，该井仍保持正常生产，两个月累计增油274t。

需说明的是，本实施例针对欢2-12-2309油井的具体情况，使用石英砂支撑剂，其 性能指标达到SY/T5108-2006（压裂支撑剂性能指标及测试推荐做法）的相关规定要求， 其粒径为0.45mm-0.8mm。该石英砂支撑剂起到支撑地层、提高地层导流能力的作用， 其并无本发明的控水型树脂覆膜砂所具有的防砂、控水效果。

以下通过性能试验说明本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒具有低温固 化、胶结，亲油憎水功能。

试验1：胶结、固化强度试验

取适量实施例2制得的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒，倒入烧杯中，加入适 量质量浓度3%的盐酸，搅拌1min后；捞出防砂颗粒并装入两端带铜网的不锈钢筒中， 用中央带孔的螺丝拧紧不锈钢筒；然后将带螺丝的钢筒一端深入质量浓度3%的盐酸 中，另一端用吸耳球把酸液吸入不锈钢筒中，密封后放到水浴中，在25℃以上固化48h， 制成岩心。其中，本领域技术人员可以根据所需岩心的大小及形状对实施例2的防砂颗 粒的量进行调整。

将所制得的岩心，放入高压釜中，慢慢向其加压，测得实施例2制得的控水型低温 固化树脂覆膜砂防砂颗粒在胶结固化后，其抗压强度≥4.0MPa。

试验2：亲油憎水试验

按照试验1中的岩心制备方法，采用实施例2的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗 粒制备成两块形状、大小、防砂颗粒用量完全相同的岩心。将这两块岩心放入岩心渗透 率测试仪中，其中一块持续通清水进行浸泡、冲洗，另一块持续通煤油进行浸泡、冲洗。 在进行浸泡、冲洗的第10天、第20天、第30天及第40天时，测定上述两块岩心的油 相渗透率和水相渗透率，结果如表1所示。其中，油相渗透率和水相渗透率的测定及计 算方法为本领域的常规技术。

表1

天数 10 20 30 40 油相渗透率μm²35 33 34 32 水相渗透率μm²20 17 20 18

由上述结果可知，本发明的控水型低温固化树脂覆膜砂防砂颗粒在低温固化48h后， 其抗压强度即可大于4.0MPa，油相渗透率在持续通煤油40天时仍大于32μm²，水相渗 透率在持续通清水40天时小于20μm²，具有良好的防砂效果。