本發(fā)明屬于固砂防砂領(lǐng)域，具體為一種固結(jié)砂體系及其制備方法與其使用方法。
背景技術(shù)：
：流體礦的開采過程中，由于礦體自身的性質(zhì)極容易出現(xiàn)礦體出砂，輕微的礦體出砂會影響礦體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，而若礦體大量出砂則會造成塌陷，因此，為了避免礦體出砂對體結(jié)構(gòu)性能以及采礦人員的安全性能的影響，通常采用化學(xué)防砂固砂的方式來堅固礦體。通常的化學(xué)防砂固砂石將疏松的砂巖、砂粒膠結(jié)起來穩(wěn)定底地層結(jié)構(gòu)。操作方法為：在基體中加入樹脂、表面活性劑、固化劑等進行攪拌混合?，F(xiàn)有技術(shù)中主要采用的樹脂為：酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚氨酯樹脂和環(huán)氧樹脂，但這些樹脂仍存在著強度差、需要在特定的條件固化、耐腐蝕性差等缺點，并且每種防砂固砂劑及其使用方式只能適用于某一種或者某一類流體礦，適用性窄。目前大部分油田開采進入三采階段，需要進行三元聚合物驅(qū)來提高采收率，三元聚合物為堿性體系，一般的固結(jié)砂體系在堿性條件下不可固結(jié)或者達不到所要求的強度，即使一部分可以固結(jié)，固結(jié)后耐堿性差，無法使用，因此需要開發(fā)一種新型耐堿固結(jié)砂。技術(shù)實現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種固結(jié)砂體系，其具有良好的耐酸堿性、能在各類環(huán)境下固化、并且具有高強度，同時方便施工。為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為，一種固砂體系，包括支撐劑顆粒，所述支撐劑顆粒包括骨料以及附于骨料外表面的固結(jié)膜，所述固結(jié)膜包括依次包覆于骨料外表面的增強層、功能層以及分散層；所述增強層包括如下物質(zhì)：改性酚醛樹脂以及烏洛托品水溶液；所述功能層包括如下物質(zhì)：環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、芳香族胺固化劑以及烏洛托品水溶液；所述分散基層物料包括水溶性陰離子表面活性劑溶液。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，增強層中改性酚醛樹脂與骨料的質(zhì)量比為(0.5-5)：100，改性酚醛樹脂與烏洛托品的質(zhì)量比為10-20％；其中，改性酚醛樹脂為環(huán)氧改性酚醛樹脂、有機硅改性酚醛樹脂、三聚氰胺改性酚醛樹脂、硼改性酚醛樹脂、鉬磷改性酚醛樹脂、馬來酰亞胺系聚合物改性酚醛樹脂或者酚三嗪改性酚醛樹脂，所述烏洛托品為水溶液，質(zhì)量濃度25-40％。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，功能層的質(zhì)量為骨料質(zhì)量的為3.4-3.9％；并且功能層中環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂、芳香族胺固化劑以及烏洛托品的質(zhì)量比為100：100：(5-20)：(10-20)；其中，改性酚醛樹脂為環(huán)氧改性酚醛樹脂或者二甲苯甲醛改性酚醛樹脂，芳香族胺類固化劑為二氨基二苯甲烷或者間苯二胺，所述烏洛托品為水溶液，質(zhì)量濃度25-40％。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，分散層的含量為每一千克骨料下加入分散層的量為1.5-2.5ml；并且分散層中水溶性陰離子表面活性劑溶液的質(zhì)量分數(shù)為0.1-5％。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，所述環(huán)氧樹脂的軟化點為60-150℃。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，所述改性酚醛樹脂軟化點為80-120℃。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，還包括增強劑，所述增強劑包括環(huán)氧樹脂固化劑、溶劑以及水，其中環(huán)氧樹脂固化劑、溶劑以及水的質(zhì)量比為(2-20)：(0.1-10)：100；所述溶劑為醇類、酯類或者醇類與酯類的任意質(zhì)量比混合物。作為本發(fā)明改進的技術(shù)方案，所述環(huán)氧樹脂固化劑為水溶性脂肪胺類固化劑、咪唑類固化劑中的一種或任意質(zhì)量比的兩種。本發(fā)明的另一目的在于提供一種固砂體系的使用方法，在地層溫度不小于60℃時，直接將支撐劑顆粒注入需要固砂的位置；在地層溫度小于60℃時，先加入帶有支撐劑顆粒注入至需要固砂的位置，然后將增強劑以頂替液的形式注入需要固砂的位置，其中增強劑與支撐劑的質(zhì)量比為(1-50)：100。本發(fā)明的第三個目的為提供一種固砂體系的制備方法，包括如下步驟：S1、加熱骨料直至骨料溫度為250-350℃；然后將骨料攪拌冷卻180-230℃，加入骨料質(zhì)量0.5-5％的改性酚醛樹脂，攪拌10-60s；S2、加入改性酚醛樹脂質(zhì)量10-20％的烏洛托品，并攪拌15-120s，在骨料表面形成增強層，所述烏洛托品為水溶液，質(zhì)量濃度25-40％。S3、將功能層的各物質(zhì)：環(huán)氧樹脂、改性酚醛樹脂以及芳香族胺固化劑按比例混合攪拌10-60s，加入酚醛樹脂質(zhì)量的10-20％的烏洛托品，并攪拌15-120s，在增強層表面形成功能層，所述烏洛托品水溶液的質(zhì)量濃度25-40％；S4、加入水溶性陰離子表面活性劑溶液，攪拌直至物料完全分散，在功能層表面形成分散層；S5、對帶有分散層的骨料進行冷卻、破碎然后過篩。有益效果通過將增強層、功能層以及分散層依次粘附于骨料外表面形成固結(jié)砂體系，使得固結(jié)砂體系具有高的抗壓強度且具有好的粘結(jié)性能，同時能夠在各類溫度環(huán)境下能固化；在應(yīng)用于防砂固砂過程中，固結(jié)砂體系的固化條件簡單，操作方便；固化后的固結(jié)砂體系在酸堿浸泡后具有高的抗壓強；該制作過程操作簡單，并可提高固結(jié)砂的強度、粘結(jié)性以及耐酸堿性。綜上所述，本申請的固結(jié)砂體系能夠廣泛的應(yīng)用于各類流體礦。具體實施方式為使本發(fā)明實施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例1選取粒徑為850-425μm的石英砂為骨料，將2kg的石英砂加熱到350℃后，將石英砂放混料機中攪拌冷卻，待石英砂溫度降至230℃時加入環(huán)氧改性酚醛樹脂10g攪拌30s，此時環(huán)氧改性酚醛樹脂會在骨料外表面形成增強層；然后加入10g的質(zhì)量濃度為10％的烏洛托品水溶液，繼續(xù)攪拌120秒，使得帶有增強層的骨料重新分散均勻；再加入30g雙酚a環(huán)氧樹脂、30g環(huán)氧改性酚醛樹脂以及6g二氨基二苯甲烷的混合物攪拌10秒，使得增強層的外表面能夠形成功能層，加入6g質(zhì)量濃度為16％烏洛托品水溶液攪拌30秒使骨料再次分散，然后加入5ml質(zhì)量濃度為0.5％十二烷基苯磺酸鈉繼續(xù)攪拌直至物料完全分散，將物料冷卻、破碎、過篩，既得到分散的支撐劑顆粒。實施例2選取粒徑為850-425μm的石英砂為骨料，將2kg的石英砂加熱到250℃后，將石英砂放混料機中攪拌冷卻，待石英砂溫度降至180℃時加入環(huán)氧改性酚醛樹脂45g攪拌10s，此時環(huán)氧改性酚醛樹脂會在骨料外表面形成增強層；然后加入30g的質(zhì)量濃度為15％的烏洛托品水溶液，繼續(xù)攪拌15秒，使得帶有增強層的骨料重新分散均勻；再加入12.5g雙酚a環(huán)氧樹脂、12.5g環(huán)氧改性酚醛樹脂以及10g二氨基二苯甲烷的混合物攪拌60秒，使得增強層的外表面能夠形成功能層，加入30g質(zhì)量濃度為20％烏洛托品水溶液攪拌15秒使骨料再次分散，然后加入4ml質(zhì)量濃度為1％十二烷基苯磺酸鈉繼續(xù)攪拌直至物料完全分散，將物料冷卻、破碎、過篩，既得到分散的支撐劑顆粒。實施例3：選取粒徑為850-425μm的石英砂為骨料，將2kg的石英砂加熱到300℃后，將石英砂放混料機中攪拌冷卻，待石英砂溫度降至205℃時加入環(huán)氧改性酚醛樹脂100g攪拌60s，此時環(huán)氧改性酚醛樹脂會在骨料外表面形成增強層；然后加入50g的質(zhì)量濃度為20％的烏洛托品水溶液，繼續(xù)攪拌30秒，使得帶有增強層的骨料重新分散均勻；再加入36g雙酚a環(huán)氧樹脂、36g環(huán)氧改性酚醛樹脂以及1.8g二氨基二苯甲烷的混合物攪拌30秒，使得增強層的外表面能夠形成功能層，加入3.6g質(zhì)量濃度為10％烏洛托品水溶液攪拌120秒使骨料再次分散，然后加入3ml質(zhì)量濃度為5％十二烷基苯磺酸鈉繼續(xù)攪拌直至物料完全分散，將物料冷卻、破碎、過篩，既得到分散的支撐劑顆粒。實施例4與實施例1的區(qū)別在于，在使用過程中加入增強劑，增強劑包括二亞乙基三胺、丁醇以及水，其中二亞乙基三胺、丁醇以及水的質(zhì)量比為2：10：100；，增強劑的質(zhì)量為實施例1得到支撐劑總質(zhì)量的(1-50)：100。實施例5與實施例2的區(qū)別在于，在使用過程中加入增強劑，增強劑包括二亞乙基三胺、丁醇、乙酸丁酯以及水，其中二亞乙基三胺、丁醇、乙酸丁酯以及水的質(zhì)量比為10：1：4：100；增強劑的質(zhì)量為實施例1得到支撐劑總質(zhì)量的(1-50)：100。實施例6與實施例4的區(qū)別在于，在使用過程中加入增強劑，增強劑包括咪唑類固化劑、二亞乙基三胺、乙醇以及水，其中咪唑類固化劑、二亞乙基三胺、乙醇以及水的質(zhì)量比為1：1：1：10；，增強劑的質(zhì)量為實施例1得到支撐劑總質(zhì)量的(1-50)：100。實施例7(對比例)加熱粒徑為850-425μm石英砂到280℃，2kg石英砂放入混料機中攪拌冷卻到220℃時加入酚醛樹脂80g攪拌30秒，降溫到110℃時加入30％的烏洛托品水溶液40g繼續(xù)攪拌結(jié)塊時加入3g硬脂酸鈣，繼續(xù)攪拌直至物料完全分散，將物料冷卻、破碎、過篩。其中，實施例1-3與實施例7性能測試結(jié)果見表1。表1實施例1-3與實施例7性能測試結(jié)果支撐劑52MPa破碎率，實施例11.56實施例21.03實施例32.05實施例73.69性能測試：一、將25g實施例1中的固結(jié)砂加入人工巖心模具中，加入10ml實施例4中的增強劑攪拌均勻25℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，80℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，250℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。二、將25g實施例2中的砂子加入人工巖心模具中，加入12.5ml實施例4中的增強劑攪拌均勻25℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例2中的砂子加入人工巖心模具中，80℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例2中的砂子加入人工巖心模具中，250℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。三、將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，加入4ml實施例5中的增強劑攪拌均勻25℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，80℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中(前期申請的實用新型)，250℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。四、將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，加入10ml實施例6中的增強劑攪拌均勻25℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，80℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，250℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。五、將25g實施例3中的砂子加入人工巖心模具中(前期申請的實用新型)，加入10ml實施例6中的增強劑攪拌均勻25℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，80℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例1中的砂子加入人工巖心模具中，250℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。六、將25g實施例7中的砂子加入人工巖心模具中，加25℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱25℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例7中的砂子加入人工巖心模具中，80℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱80℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。將25g實施例7中的砂子加入人工巖心模具中，250℃預(yù)熱10min，然后施加50N·m的扭矩，放入烘箱250℃養(yǎng)護24h，脫模測試無側(cè)限抗壓強度。性能測試結(jié)果將脫模后固結(jié)砂樣塊放入1％NaOH溶液中或1％H2SO4中浸泡24h測試抗壓強度。得到性能測試一-六的耐酸堿性能。表2性能測試一至六的耐酸堿性能具體應(yīng)用：本實施例主要用于蒸汽吞吐開采，蒸汽吞吐開采是目前稠油開采中的主要手段，但是在壓裂后裂縫閉合過程中溫度比較低，就需要防砂支撐劑的低溫固化性能，支撐劑固化后，進行蒸汽吞吐開采，這個過程溫度較高，需要固結(jié)后具有相當(dāng)?shù)哪蜏匦阅埽景l(fā)明功能層中的高溫體系起到作用，不僅能耐溫，而且可以在高溫條件下增加固結(jié)強度。在具體應(yīng)用過程中，增強層：增加支撐劑自身的抗壓強度，達到在一定閉合壓力下使用，保持支撐劑導(dǎo)流能力，達到增產(chǎn)目的；功能層：實現(xiàn)各種條件固化，增加支撐劑之間的粘結(jié)，實現(xiàn)固結(jié)，并且可以達到相當(dāng)?shù)墓探Y(jié)強度，從而達到防砂的目的；分散層：在制作過程中功能層加入后由于溫度較高，支撐劑顆粒之間相互黏連，避免黏連加入分散層進行分散，同時加入表面活性劑可以實現(xiàn)親水，從而增加與壓裂液的配伍性，同時可以增加增強劑的配伍性，從而能增加固結(jié)強度。以上僅為本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3