阅读说明：本技术 木焦油化学防砂剂、其制备方法及应用 (Chemical sand prevention agent for wood tar, preparation method and application thereof ) 是由 黄娟 王征 罗咏涛 李伟 王秀 于 2019-04-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种木焦油化学防砂剂及其制备方法和应用。所述木焦油化学防砂剂的制备方法包括：使木焦油、醛在碱性水溶液中接触并进行反应,得到木焦油化学防砂剂。本发明所制备的化学防砂剂原料成本低廉,制备工艺简单,该防砂剂与砂粒在高温下胶结成有蜂窝状的固结体,有很好的抗压性、渗透性和耐温性,适用于稠油热采防砂。(The invention discloses a wood tar chemical sand prevention agent and a preparation method and application thereof. The preparation method of the wood tar chemical sand control agent comprises the following steps: the wood tar and aldehyde are contacted and reacted in an alkaline aqueous solution to obtain the wood tar chemical sand prevention agent. The chemical sand control agent prepared by the invention has low raw material cost and simple preparation process, is cemented with sand grains at high temperature into a honeycomb-shaped consolidated body, has good pressure resistance, permeability and temperature resistance, and is suitable for thick oil thermal recovery sand control.)

木焦油化学防砂剂、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种化学防砂剂及其制备方法，主要涉及油田化学领域。

背景技术

我国疏松砂岩油藏分布范围大，储量大，产量占有重要的地位。但在一般开采条件下，油井出砂危害极大，主要表现在：使地面和井下设备严重磨蚀，甚至造成砂卡；冲砂检泵、地面清釜等维修工作量剧增；砂埋油层或井筒砂堵会造成油井停产；出砂严重时还会引起井壁甚至油层坍塌而损坏套管甚至造成油井报废。这些危害既提高了原油的生产成本，又加大了油田的开采难度。因此，为了防止油井出砂，一方面要针对油层及油井条件，正确选择固井、完井方式，制定合理的开采措施，加强出砂层油井的管理；另一方面，根据油层和开采工艺要求，采用相应的防砂工艺技术，确保油井的正常生产。目前，国内防砂工艺包括绕丝筛管砾石充填防砂、滤砂管防砂等机械防砂、化学防砂剂化学防砂、水力压裂—砾石充填复合防砂、预涂层砾石与砾石充填复合防砂、预涂层砾石与各类滤砂管复合防砂等复合防砂工艺。其中，化学防砂技术适用于薄层短井段，对粉细砂岩地层的防砂效果好，施工后井筒内不留下任何机械装置，便于后期处理，尤其对于稠油热采井，施工较为方便，效果也比较良好。目前，化学防砂主要分为人工胶结地层和人工井壁两种方法。人工胶结地层是向地层注入树脂或其它化学固砂剂，直接将地层砂固结。人工井壁是将树脂砂浆液、预涂层砾石、水带干灰砂、水泥砂浆、乳化水泥等挤入井筒周围地层中，固结后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁。可见，研制性能优越的化学防砂剂是该技术的关键。

CN102311727B公布了一种耐温酚醛树脂防砂剂及其制备方法与应用，该方法使煤焦油与醛类物质在酸性催化剂的作用下反应，然后再将反应产物与酚醛树脂混合，即得所述的耐温酚醛树脂防砂剂。所述防砂剂可用于改善人工井壁在注蒸汽过程中对高温蒸汽的耐冲刷、耐溶蚀性能，提高对蒸汽吞吐油井的防砂有效期。

CN103305201B公布了一种稠油热采水平井树脂防砂剂，适合于稠油热采水平井生产条件。所述防砂剂的配方组成包括：酚醛树脂40％～50％；呋喃树脂20％～30％；有机硅树脂5％～15％；耐热助剂10％～20％；调和剂5％～10％。

CN104650840B公布了一种高强高渗化学防砂剂及其制备方法和应用。该防砂剂由一定比例的支撑剂、胶结剂、促进剂、固化剂、偶联剂组成，对酸、水、盐和油有较好的耐受性，在高温、高湿环境中有较高的稳定性，主要应用于化学防砂井提液生产、严重套变井防砂，无法采用机械防砂的井以及油层温度较低的油水井防砂，达到提高油井产液量、延长油井防砂有效期，增加产油量，降低生产成本的目的。以上所述防砂剂虽有很好的防砂效果，但使用范围受限，且制备工艺复杂，原料成本高，抗压性、渗透性和耐温性有待改善。

发明内容

针对以上技术缺陷，本发明提供了一种木焦油化学防砂剂及其制备方法。

本发明还提供上述木焦油化学防砂剂的应用方法。

本发明还提供一种木焦油的改性方法及所得到的改性木焦油制品。

本发明还提供上述改性木焦油的应用方法。

本发明提供的木焦油化学防砂剂的制备方法包括：使木焦油、醛在碱性水溶液中接触并进行反应，得到木焦油化学防砂剂。

所述的木焦油的密度为0.97～1.20g/cm³(20℃)，氧含量为35～60％，粘度为5000mPa·s以下(50℃)。

所述的醛选自甲醛、多聚甲醛、三聚甲醛中的一种或多种。醛与木焦油的质量比为1:3～15，优选为1:3～10。所述的醛优选配制成水溶液，醛在水溶液中的质量浓度为20～40％。

所述碱性水溶液中含有碱性物质，所述碱性物质选自无机碱、碱性盐，例如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠等中的一种或两种，优选氢氧化钠和氢氧化钾。碱性物质与木焦油的质量比为1：5～25，优选为1：5～10。碱性水溶液的质量浓度为10～20％。

所述反应温度为20～60℃，优选30～50℃。

所述反应压力为常压。

所述反应时间为20～60min，优选30～60min。

根据本发明的优选实施方式，该防砂剂可以按以下方式制备：⑴配置一定质量碱性水溶液，并将碱性水溶液与木焦油按比例混合均匀；⑵于混合液中加入醛类物质进行反应，得到相应的反应产物。

根据本发明的一种优选实施方式，还可在上述反应产物中加入适量水以控制防砂剂产物在适宜的浓度范围，以得到更好的流动性。所述水为普通水质，如自来水、井水、蒸馏水，水的加量应控制木焦油防砂剂(以木焦油原料质量计)在整个反应体系中的质量分数为20～40％。

根据本发明的一种优选实施方式，还可在上述木焦油化学防砂剂中加入质量浓度为5～30％，优选10～20％苯酚溶液(所用溶剂为5～30％，优选10～20％的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液)，混合均匀。所述苯酚与木焦油化学防砂剂的质量比为1:10～25，优选为1:15～20。

本发明还提供上述方法制备得到的木焦油化学防砂剂。

本发明提供的一种上述木焦油化学防砂剂的应用方法，包括：将上述木焦油化学防砂剂通过不动管柱注入地层，高温作用后木焦油防砂剂与砂粒胶结形成固结体，起到固砂作用。

本发明提供的一种木焦油的改性方法，包括：使木焦油、醛在碱性水溶液中接触并进行反应，得到改性木焦油。

本发明提供根据上述方法得到的改性木焦油制品。

本发明提供的一种上述改性木焦油的应用方法，包括：将上述改性木焦油通过不动管柱注入地层，高温作用后改性木焦油与砂粒胶结形成固结体，起到固砂作用。

木焦油是利用植物在450-500℃条件下裂解产生的一种含酚类、烃类、酸类的有机化合物，为棕黑色粘稠液体，是一种生物制剂，有杀菌、防腐、发泡作用，绿色环保。

本发明通过对木焦油进行改性，制得化学防砂剂，产物具有良好的流动性能，通过不动管柱注入地层，该防砂剂与砂粒在高温下可胶结成蜂窝状的固结体，有很好的抗压性、渗透性和耐温性，适用于稠油热采防砂。

普通酚醛树脂在高温下容易被氧化，因此耐温性较差，无法在地层形成连续孔隙结构，无法适应热采油井的化学防砂。而木焦油是一种富含酚类、烃类、酸类的有机化合物，所含烃类化合物具有较大的平面结构，可以屏蔽酚醛树脂产物结构中的亚甲基和酚羟基，抑制其高温氧化，从而强化改性木焦油的耐温性能；所含酚类化合物可以替代苯酚与醛类化合物在碱性催化剂作用下生成网状体型的耐高温酚醛树脂；木焦油本身具有一定的发泡性能，在高温作用下，发泡性能得到优化，使其在地层形成连续孔隙结构，有利于地层原油的流动。

综上所述，本发明的主要优势在于：利用低廉的木焦油为原料制备化学防砂剂，制备工艺简单；所制备的化学防砂剂有很好的耐温性，可在230～400℃的高温下与砂粒胶结成蜂窝状的固化体，抗压性可达8MPa以上，气体渗透率可达6μm²以上，适用于稠油热采防砂。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

各实施例中所用木焦油的具体指标为：20℃密度为1.07g/cm³，氧含量为38.1％，50℃粘度为1980mPa·s。

固结体的制备方法如下:按一定的质量比称取石英砂和木焦油化学防砂剂，混合均匀后，转入至直径为2.5cm、长度为7cm的玻璃管中，压实至砂面恒平，放入装有适量水的高压釜中，再将高压釜置于一定温度下的加热炉中，固化一定时间，取出后冷却至室温，打开高压釜，敲碎玻璃管，即得固结体。然后用岩心切割机将固结体切割成直径为2.5±0.1cm、长度为2.5±0.1cm的固结体样品，供测量其抗压强度和渗透率使用。所述木焦油化学防砂剂与砂粒的质量比为1:4～9，优选为1:4～6，所述加热炉温度为230～400℃，优选为260～350℃，所述固结时间为2～6h，优选为4～6h。

实施例1

配置质量浓度为20％的氢氧化钠溶液和30％的甲醛溶液，称取10g木焦油于200mL烧杯中，将5g氢氧化钠溶液缓慢加入至烧杯中，同时搅拌，直至混合均匀，再于混合液中缓慢加入3.3g质量浓度为30％的甲醛溶液进行反应，同时搅拌，得到相应的反应产物；最后在上述反应产物中加入15g自来水，搅拌均匀，即得木焦油化学防砂剂A₁。整个过程控制在50℃的恒温水浴中进行。

实施例2

配置质量浓度为20％的氢氧化钾溶液和30％的三聚甲醛溶液，称取10g木焦油于200mL烧杯中，将10g氢氧化钾溶液缓慢加入至烧杯中，同时搅拌，直至混合均匀，再于混合液中缓慢加入6.7g质量浓度为30％的三聚甲醛溶液进行反应，同时搅拌，得到相应的反应产物；最后在上述反应产物中加入23.3g自来水，搅拌均匀，即得木焦油化学防砂剂A₂。整个过程控制在30℃的恒温水浴中进行。

实施例3

配置质量浓度为20％的氢氧化钾溶液和30％的多聚甲醛溶液，称取10g木焦油于200mL烧杯中，将7.0g氢氧化钠溶液缓慢加入至烧杯中，同时搅拌，直至混合均匀，再于混合液中缓慢加入11g质量浓度为30％的多聚甲醛溶液进行反应，同时搅拌均匀，即得木焦油化学防砂剂A₃。整个过程控制在40℃的恒温水浴中进行。

实施例4

配置质量浓度为20％的氢氧化钠溶液、30％的甲醛溶液和质量浓度为20％的苯酚溶液(溶剂为10％的氢氧化钠水溶液)，称取10g木焦油于200mL烧杯中，将5g氢氧化钠溶液缓慢加入至烧杯中，同时搅拌，直至混合均匀，再于混合液中缓慢加入3.3g质量浓度为30％的甲醛溶液进行反应，同时搅拌，得到相应的反应产物；再在上述反应产物中加入15g自来水，搅拌均匀，最后加入3.3g所配置的苯酚的氢氧化钠水溶液，搅拌均匀，即得木焦油化学防砂剂A₄。整个过程控制在50℃的恒温水浴中进行。

实施例5固结体的制备

称取4份120目的石英砂40g，分别加入10g上述木焦油化学防砂剂A₁～A₄，混合均匀后，转入至直径为2.5cm、长度为7cm的玻璃管中，压实至砂面恒平，放入装有适量水的高压釜中，再将高压釜置于300℃的加热炉中，固化4h，取出后冷却至室温，打开高压釜，敲碎玻璃管，即得固结体B₁～B₄。然后用岩心切割机将固结体切割成直径为2.5±0.1cm、长度为2.5±0.1cm的固结体样品，供测量其抗压强度和渗透率使用。

实施例6固结体的制备

称取2份120目的石英砂40g，分别加入10g上述木焦油化学防砂剂A₁，混合均匀后，转入至直径为2.5cm、长度为7cm的玻璃管中，压实至砂面恒平，放入装有适量水的高压釜中，再将高压釜分别置于260℃和350℃的加热炉中，固化4h，取出后冷却至室温，打开高压釜，敲碎玻璃管，即得固结体B₅、B₆。然后用岩心切割机将固结体切割成直径为2.5±0.1cm、长度为2.5±0.1cm的固结体样品，供测量其抗压强度和渗透率使用。

实施例7固结体的制备

称取1份120目的石英砂42.9g，加入7.1g上述木焦油化学防砂剂A₁，混合均匀后，转入至直径为2.5cm、长度为7cm的玻璃管中，压实至砂面恒平，放入装有适量水的高压釜中，再将高压釜分别置于300℃的加热炉中，固化4h，取出后冷却至室温，打开高压釜，敲碎玻璃管，即得固结体B₇。然后用岩心切割机将固结体切割成直径为2.5±0.1cm、长度为2.5±0.1cm的固结体样品，供测量其抗压强度和渗透率使用。

实施例8固结体的制备

称取1份120目的石英砂40g，加入10g上述木焦油化学防砂剂A₁，混合均匀后，转入至直径为2.5cm、长度为7cm的玻璃管中，压实至砂面恒平，放入装有适量水的高压釜中，再将高压釜置于300℃的加热炉中，固化6h，取出后冷却至室温，打开高压釜，敲碎玻璃管，即得固结体B₈。然后用岩心切割机将固结体切割成直径为2.5±0.1cm、长度为2.5±0.1cm的固结体样品，供测量其抗压强度和渗透率使用。

对比例1

称取1份120目的石英砂40g，加入10g专利201310184669.6实施例1所制备的树脂组合防砂剂C1，混合均匀后，转入至直径为2.5cm、长度为7cm的玻璃管中，压实至砂面恒平，放入装有适量水的高压釜中，再将高压釜置于300℃的加热炉中，固化4h，取出后冷却至室温，打开高压釜，敲碎玻璃管，即得固结体D1。然后用岩心切割机将固结体切割成直径为2.5±0.1cm、长度为2.5±0.1cm的固结体样品，供测量其抗压强度和渗透率使用。

对比例2

称取1份120目的石英砂40g，加入10g油田防砂领域所用的普通酚醛树脂防砂剂C2(2123酚醛树脂，无锡欣叶豪化工有限公司)，混合均匀后，转入至直径为2.5cm、长度为7cm的玻璃管中，压实至砂面恒平，放入装有适量水的高压釜中，再将高压釜置于300℃的加热炉中，固化4h，取出后冷却至室温，打开高压釜，敲碎玻璃管，即得固结体D2。然后用岩心切割机将固结体切割成直径为2.5±0.1cm、长度为2.5±0.1cm的固结体样品，供测量其抗压强度和渗透率使用。

对比例3

按照实施例1的方法制备防砂剂，不同的是把木焦油换成同等质量的苯酚。

配置质量浓度为20％的氢氧化钠溶液和30％的甲醛溶液，称取10g苯酚于200mL烧杯中，将5g氢氧化钠溶液缓慢加入至烧杯中，同时搅拌，直至混合均匀，再于混合液中缓慢加入3.3g质量浓度为30％的甲醛溶液进行反应，同时搅拌，得到相应的反应产物；最后在上述反应产物中加入15g自来水，搅拌均匀，即得酚醛树脂化学防砂剂C3。按照实施例5的方法制备固结体D3，然后用岩心切割机将固结体切割成直径为2.5±0.1cm、长度为2.5±0.1cm的固结体样品，供测量其抗压强度和渗透率使用。

实施例9固结体样品的性能测试

固结体样品的抗压强度和渗透率按照中国石油天然气行业标准SY/T 5276-2000《化学防砂人工岩心抗折强度、抗压强度及气体渗透率的测定》执行。结果见表1。

从表1可以看出，本发明所制备的化学防砂剂有很好的耐温性，可在230～400℃的高温下与砂粒胶结成蜂窝状的固化体，抗压性可达8MPa以上，气体渗透率可达6μm2以上，适用于稠油热采防砂。

表1