论文部分内容阅读
石油行业作为国民经济的支柱型产业，为各行各业输送着“工业血液”，经济学家称石油为“黑色的金子”。然而在石油开采的过程中，油井出砂是石油行业中最严重的问题之一，油井出砂会造成石油产量降低，设备损坏，地层破坏，环境污染等一系列问题。固砂剂固砂是指将树脂注入地层，在一定条件下，树脂固化并将疏松的地层固结起来，达到固砂效果的一种化学固砂方法。 近些年来，国内外科研人员对树脂固砂剂进行了大量的研究，研制出了性能优良的固砂剂，并且取得了良好的固砂效果。但是，这些固砂剂仍存在一些问题，比如适用期短，双组份固化体系污染环境，固结岩心强度欠缺等，对于一些深度较深、高含水、地层温度在中温（80~110℃）的油井，不能满足使用要求，针对上述问题，本文制备了一种新型的潜伏性固砂剂，取得了理想的固砂效果。 首先，合成了线型酚醛树脂，并通过物理和化学两种方式对酚醛树脂进行环氧改性，分别得到E-51/PF和EPN，通过对E-51/PF和EPN固化物力学性能和热稳定性能的对比，发现EPN固化后的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为42.6MPa、100.2MPa和6.1kJ·m-2，普遍高于E-51/PF固化物的38.1MPa、97.7MPa和5.5kJ·m-2，且EPN固化物最大失重率在433℃才出现，具有较强的热稳定性，故选择EPN进行下一步研究，在EPN中分别加入三乙烯四胺（TETA）和2-苯基咪唑（2PZ）两种固化剂，发现EPN/2PZ的室温存储期达6d，且固化物的力学性能突出，当2PZ含量为8％时，EPN固化完全，故选用EPZ为基料、PZ为固化剂进行下一步工作。 为了进一步提升固化剂2PZ的潜伏性能，采用溶剂挥发法，以2PZ为芯材，聚苯乙烯（PS）为壁材制备了固化剂微胶囊（2PZ-PS），考察了乳化剂类型、机械搅拌速度对微胶囊制备的影响，通过红外光谱仪、热重分析仪、扫描电子显微镜、粒度分析仪对微胶囊进行表征，结果表明：使用十二烷基苯磺酸钠作为乳化剂，在750r/min的转速下，能够制备出理想的微胶囊，微胶囊中2PZ含量为35％，微胶囊表面光滑，平均粒径20μm，且分布窄。 接着，将经过8％KH-550改性的EPN与2PZ-PS、碳酸钙晶须、增塑剂等复配成新型固砂剂，并将其应用于油井固砂中，结果表明，根据经过优化的配方所制备的岩心的抗压强度达到9.5MPa，新型固砂剂的最佳配方为：M-EPN:2PZ-PS:DOP:CaCO3:KH-550=100:23:10:10:5。 采用非等温差示扫描量热（DSC）技术对M-EPN/2PZ-PS体系与M-EPN/2PZ体系的固化反应过程进行了分析，在此基础上运用Kissinger法、Ozawa法、Crane法和T-β外推法研究了固砂剂的理论固化工艺和固化动力学参数。结果表明：M-EPN/2PZ-PS体系的理论固化工艺为凝胶化温度约为54.40℃、固化温度约为95.44℃和后处理温度约为115.16℃，体系的固化动力学参数分别为E1=75.64kJ/mol，A1=9.37×109s-1，n1=0.936；M-EPN/2PZ体系表观活化能E2=72.08kJ/mol，A2=9.34×109s-1，n2=0.934。潜伏性固砂剂M-EPN/2PZ-PS相比M-EPN/2PZ体系表观活化能高3.56kJ/mol，这也从理论上说明其具有优异的潜伏性能，在中温条件下具有较高的反应活性，适合地层温度在中温范围内的油井固砂作业。