环氧树脂乳液泡沫制备及固砂性能研究.pdf

2012年11
西安石油大学学报(自然科学版)
Nov.2012
第27卷第6期
Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition)
Vol 27 No 6
文章编号:1673-064X(2012)06-007905
环氧树脂乳液泡沫制备及固砂性能研究
李海涛,起修太2,陈明铭,孙芝
(1.中石化胜利油田地质科学研究院,山东东营257015;2.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛26655
摘要;为了克服化学防砂中存在的缺陷,改善其应用效果,开展了环氧树脂乳液泡沫固砂性能的研
究.以环氧树脂、自制乳化剂为原料,采用相反转法,合成了具有較低黏度的环氧树脂水乳液.将合
成的乳液稀释与起泡剂、稳泡剂混合搅拌可得到稳定性良好的泡沫,实验表明,在室温下质量分数
50%乳液中,当起泡剂与稳定剂用量分别为乳液质量的0.4%、3.0%时,起泡体积倍数大于4,半衰
期可达到29h以上,通过室内模拟固砂实验发现,采用环氧树脂乳化泡沫固砂,所固结岩心强度
高,渗透性好,抗压强度可达5MPa,可以为非均质油藏或水平井的防砂提供一种有效的手段
关键词:环氧树脂乳液泡沫;固砂;抗压强度;渗透率
中图分类号:T"E358文献标识码:A
砂岩油彍胶结疏松,随着油田进入中后期开发,为工业品;十二烷基苯磺酸钠(ABS)、十二烷基硫酸
油水井出砂越来越严重.目前,防砂工艺主要有机械钠(SDS)、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯(吐温
防砂与化学防砂两大类'.机械防砂应用较多,效80)、聚氧乙烯失水山梨醇硬脂酸酯(吐温60)、聚氧
果也较好,但工艺较为复杂,容易发生复杂事故,不乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20),均为化学
能解决地层出砂的问题,化学防砂主要使用各类树纯;乳化剂SE,为实验室合成的非离子型乳化剂
脂固砂,将地层松散的砂子固结从而抑制出砂,由于1.2实验仪器
树脂分子量大,黏度高,使得其流动性较差,容易堵
etaslzer3000电位一粒度仪、NDJ-1B旋转黏
塞地层“.针对化学防砂过程中存在的问题,开展度计、JHR岩心流动实验装置、XSP-8CE生物显微
了树脂乳化的研究,将流动性差、黏稠的环氧树脂乳镜、万能材料实验机、电热恒温水浴锅、循环水式多
化成分散性好、黏度低的水乳液,此类乳液已广泛应用真空泵、高速搅拌机、多功能搅拌器、玻璃填砂
用于建筑涂料等领域?同时,为了提高非均质地管等
层或水平井的固砂效果,在乳液研究的基础上,进一1.3实验方法
步将乳液转化为低密度、悬浮性好、适应性强的泡1.3.1乳液的合成环氧树脂的乳化采用相反转
沫,从而克服传统化学固砂剂在注入地层后产生的法,相反转法所制得的环氧树脂乳液的性能相对普
窜流与重力沉降问题
通乳化方法更为优良67?,乳液胶粒粒径小,稳定性
1室内实验
好.将树脂与乳化剂按一定的质量比加人到带搅拌
裝置的三口烧瓶中,乳化温度为70℃,搅拌速度
1.1实验药品
600r/min,以1mL/min的速度边搅拌边滴加蒸馏
环氧树脂E-44、α-烯烃磺酸钠(AOS)、氟碳水,直到乳状液体系的连续相由油相转变为水相
表面活性剂(FS)、固化剂HT,偶联剂KH-550,均即可
收稿日期:2012-08-20
基金项目:中国石油大学(华东)自主创新科研计划项目(编号:27R1202006A)
作者简介;李海涛(1984-),男,硕士,助理工程师,主要从事三次采油与油田化学研究.E-mail:haitao841219@126.com
西安石油大学学报(自然科学版
1.3.2乳液泡沫固砂性能评价在玻璃填砂管分子包覆水滴形成保护性界面膜,于是水滴会在剪
(重25x150mm)中装入一定目数(40~60目)的石切作用下相互碰撞形成具有较大尺寸的水滴,当发
英砂,两端用带孔的胶塞封口.用真空泵抽真空饱和生相反转时较小的水滴来不及融合为连续相就被固
模拟地层水,然后注人1PV的乳液泡沫,随后注入定于环氧树脂分散相中,形成W/O/W型乳液,称之
1PV一定浓度的固化剂,封口后放入60℃恒温水为不完全反相,这样制得的乳液分散相微粒尺寸较
浴.固化48h后,将填砂管从恒温水浴中取出,冷却大,稳定性也较差.当乳化剂用量较高时,随着水
至室温,轻轻将玻璃管敲碎,取出固结好的岩心.测含量的增加,有足够多的乳化剂分子及时扩散到新
量固结好的岩心的抗压强度与渗透率
形成的水滴表面,将细小的水滴包覆,并形成具有
定张力的界面膜,此时水滴间的排斥力大于水滴间
2乳液与乳液泡沫的制备
的吸引力,保证水滴具有恒定的尺寸大小.当满足这
2.1乳液的制备
一条件进一步增加水含量将使得水滴的间距变小,
2.1.1乳化剂的筛选选择乳化剂常用的方法是吸引力快速增加,当水含量达到某一临界值时,水滴
HLB法,即要求乳化体系的HB值与乳化剂的间的吸引力稍大于水滴间的排斥力,这时体系的表
HLB值尽可能一致.要形成/W型乳状液,体系面张力很低,连续相由环氧树脂溶液相转变为水相,
的HLB值应在8~18之间,因此要求乳化剂的HIB发生完全相反转,形成0/W型乳液,这样得到的乳
值也在此范围内.初步选定了几种环氧树脂乳化剂:液稳定性很好,分散相微粒较小,粒度分布较窄
吐温80、吐温60、吐温20、ABS、自制乳化剂SE.
所以乳化剂SE的用量确定为树脂质量的15%
取环氧树脂10g,乳化剂均为树脂质量的2.1.3乳液物性
15%,去离子水20mL,采用相反转法制备乳液,考
(1)乳液类型判断
察不同乳化剂对环氧树脂的乳化效果,将合成的乳
采用染色法判断其类型,将少量亚甲基蓝加人入
液静置24h观察现象,见表1
乳液中,乳液呈均匀的蓝色,而亚甲基蓝为水溶的,
表1不同种类乳化剂对环氧树脂的乳化效果
说明乳液是水包油型.
Tab 1 Emulsifying effect of dififerent kinds of
(2)乳液粒径分布
emulsifier on epoxy resin
在生物显微镜下观察乳液粒子形态并通过电
乳化剂吐温80吐温60吐温20 ABS SE
位一粒度仪测定乳液中粒子的直径分布.从微观图
15.0
14.5
16.7
10.6
17.1
分层
分层
分层
分层
像(图1)中可以观察到,乳液分散均匀,粒子呈规则
现象
少量沉淀较多沉淀少量沉淀较多沉淀未分层
的球状,且粒径较为均一,具有较小的几何尺寸(粒
注:HB估算值依 Griffin90公式,即HLB=亲水基质量八(亲径在300m左右,分布较窄,如图2),从而具有较
油基质量+亲水基质量
通过实验可以看出,以乳化剂SE制得的乳液高的乳液稳定性
稳定性最好,静置24h后未出现分层现象.所以将环
(3)乳液稀释特性
氧树脂乳化剂确定为自制乳化剂SE
将合成的乳液按一定比例进行稀释,采用
2.1.2乳化剂SE用量的确定考察了乳化剂 SE NDJ-1B旋转黏度计(21转子,60r/min)在室温
的用量对乳液稳定性的影响,将合成的乳液静置24(20℃)下测其黏度,结果如图3
h观察现象,见表2
从图3中可以看出,合成的乳液本身就具有较