環(huán)氧改性酚醛樹脂在油井固砂中的應(yīng)用研究.pdf

1、石油行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè)，為各行各業(yè)輸送著“工業(yè)血液”，經(jīng)濟(jì)學(xué)家稱石油為“黑色的金子”。然而在石油開采的過程中，油井出砂是石油行業(yè)中最嚴(yán)重的問題之一，油井出砂會造成石油產(chǎn)量降低，設(shè)備損壞，地層破壞，環(huán)境污染等一系列問題。固砂劑固砂是指將樹脂注入地層，在一定條件下，樹脂固化并將疏松的地層固結(jié)起來，達(dá)到固砂效果的一種化學(xué)固砂方法。
　　近些年來，國內(nèi)外科研人員對樹脂固砂劑進(jìn)行了大量的研究，研制出了性能優(yōu)良的固砂劑，并且取得了良

2、好的固砂效果。但是，這些固砂劑仍存在一些問題，比如適用期短，雙組份固化體系污染環(huán)境，固結(jié)巖心強(qiáng)度欠缺等，對于一些深度較深、高含水、地層溫度在中溫（80~110℃）的油井，不能滿足使用要求，針對上述問題，本文制備了一種新型的潛伏性固砂劑，取得了理想的固砂效果。
　　首先，合成了線型酚醛樹脂，并通過物理和化學(xué)兩種方式對酚醛樹脂進(jìn)行環(huán)氧改性，分別得到E-51/PF和EPN，通過對E-51/PF和EPN固化物力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能的對比，發(fā)

3、現(xiàn)EPN固化后的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別為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℃才出現(xiàn)，具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，故選擇EPN進(jìn)行下一步研究，在EPN中分別加入三乙烯四胺（TETA）和2-苯基咪唑（2PZ）兩種固化劑，發(fā)現(xiàn)EPN/2PZ的室溫存儲期達(dá)6d，且固化物的力學(xué)性能突出，當(dāng)2PZ含量為8％時(shí)，EP

4、N固化完全，故選用EPZ為基料、PZ為固化劑進(jìn)行下一步工作。
　　為了進(jìn)一步提升固化劑2PZ的潛伏性能，采用溶劑揮發(fā)法，以2PZ為芯材，聚苯乙烯（PS）為壁材制備了固化劑微膠囊（2PZ-PS），考察了乳化劑類型、機(jī)械攪拌速度對微膠囊制備的影響，通過紅外光譜儀、熱重分析儀、掃描電子顯微鏡、粒度分析儀對微膠囊進(jìn)行表征，結(jié)果表明：使用十二烷基苯磺酸鈉作為乳化劑，在750r/min的轉(zhuǎn)速下，能夠制備出理想的微膠囊，微膠囊中2PZ含量為35

5、％，微膠囊表面光滑，平均粒徑20μm，且分布窄。
　　接著，將經(jīng)過8％KH-550改性的EPN與2PZ-PS、碳酸鈣晶須、增塑劑等復(fù)配成新型固砂劑，并將其應(yīng)用于油井固砂中，結(jié)果表明，根據(jù)經(jīng)過優(yōu)化的配方所制備的巖心的抗壓強(qiáng)度達(dá)到9.5MPa，新型固砂劑的最佳配方為：M-EPN:2PZ-PS:DOP:CaCO3:KH-550=100:23:10:10:5。
　　采用非等溫差示掃描量熱（DSC）技術(shù)對M-EPN/2PZ-PS體系與

6、M-EPN/2PZ體系的固化反應(yīng)過程進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用Kissinger法、Ozawa法、Crane法和T-β外推法研究了固砂劑的理論固化工藝和固化動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明：M-EPN/2PZ-PS體系的理論固化工藝為凝膠化溫度約為54.40℃、固化溫度約為95.44℃和后處理溫度約為115.16℃，體系的固化動力學(xué)參數(shù)分別為E1=75.64kJ/mol，A1=9.37×109s-1，n1=0.936；M-EPN/2PZ體系表觀活化