本发明涉及一种用于油田稠油开发生产控制地层出砂的高效复合油砂胶结剂。 世界各国稠油资源相当丰富,我国占有相当大的储量。加快稠油开发步伐,是提高原油产量的主要途径。然而,由于稠油本身具有粘度高、密度大、流动性差,给稠油开采带来许多困难。尤其是地质结构以砂岩为主要成份的地区,地层胶结疏松的特点,在地层流体的不断冲刷下,砂粒间的胶结物遭到破坏,使地层固结强度降低,常常出现砂崩、砂堵出油孔隙。更甚者,由于稠油携砂能力很强,采油生产时常常发生砂卡泵而被迫停产,导致修井作业相当频繁,显然增加采油生产成本,它严重地影响原油生产。目前国内、国外一般采用以下两种方法加以克服。一种是采用机械防砂方法,它采用管内金属绕丝筛管砾石充填工艺防砂。是将绕丝钢网下到井底,防止地层砂流到井筒造成卡泵或充满井筒。有的用金属棉网防砂,还有的用绕丝砂锚防砂。它们虽然是目前防砂行之有效的方法之一,但也有它的局限性。其一,绕丝筛管砾石充填工艺防砂后,由于井身结构复杂,因而给今后修井作业带来不便。其二,对细粉砂储层,由于受到绕丝筛管缝隙宽度的限制,其防细粉砂的效果不佳。其三,绕丝筛管砾石充填防砂作业费用高。此外,如金属棉网防砂,绕丝砂锚防砂,这些办法对控制地层出砂同样存在象绕丝筛管砾石充填工艺防砂那样的缺点,生产上难以大面积推广使用。另一种是用化学方法防砂。使它与油砂发生化学反应,把油砂胶结在地层里,而不影响稠油井的正常采油生产。就目前国外如:美国生产的高温固砂剂和我国生产的BG-1高温固砂剂,虽在一定时间里可以起到固砂作用,但有效期较短,又由于合成原料是用四甲氧基硅烷生产十分困难,造成固砂剂价格昂贵,影响它的推广使用。另外,就生产四甲氧基硅烷存在着下列不足之处:其一,工艺复杂、设备多、耗资大,日生产量少,如每天生产20公斤的四甲氧基硅烷,需要一个一立方米带电动搅拌搪瓷反应釜或不锈钢反应釜,一个蒸馏塔,一台大型冷冻机,并还需要较大的厂房面积,投资昂贵。其二,合成四甲氧基硅烷需用甲醇、四氯化硅,它们都是有毒和腐蚀性极强的化工产品,反应时大量的放热容易造成暴沸,生产很不安全,操作人员吸入甲醇蒸汽对人体有麻醉作用,特别能伤害视神经。误饮甲醇(1g/kg)即可使视力丧失,甚至死亡。皮肤接触使皮肤干裂、发炎。甲醇泄漏挥发很快,在生产车间空气中最高允许浓度为50mg/m3。四氯化硅有较强的毒性,它对人体有强烈的刺激性,水解时将放出大量腐蚀性氢氯酸。以前生产高温固砂剂,关键是合成四甲氧基硅烷。它生产条件:苛刻的低温条件和冗长的生产流程,就生产四甲氧基硅烷将占去生产高温固砂剂时间的百分之九十以上。
本发明的任务在于提供一种高效复合油砂胶结剂,它不仅适合地层温度高于200℃以上,也可适应地层温度低于200℃以下,起到固砂作用效果明显。该高效复合油砂胶结剂,胶结速度快、强度高,生产设备少,工艺流程短、简便、投资少、见效快,所选用原材料均为工业品,不含有毒地危险品和有害的化工原料,生产安全。在复配生产过程中不释放出有害气体和废液,没有三废问题,工业化生产过程中没有低温和高温的反应过程,均是在常温下进行的,所以,也不需要其它的防腐蚀搪瓷釜。由于该高效复合油砂胶结剂具有生产成本低,投资少,见效快,现场施工工艺简便,周期短,固砂效果好,很具有普遍大面积推广价值,是一种稠油开采新型固砂剂,为稠油开采生产开辟了一条新路。
本发明是这样实现的,该高效复合油砂胶结剂是由固载体A和胶结剂B及其它等组成。
1、固载体A的组份
由于胶结的对象是油砂,它的主要成份是二氧化硅(SiO2)。氢氧化钙(Ca(OH)2)它是混凝土的主要成份,混凝土干后生成碳酸钙(CaCO3)。因此,选择有一定粒度的氢氧化钙(Ca(OH)2)作为该胶结剂的固载体,并掺入一定量的碳酸钙(CaCO3)或氧化钙(CaO),有利于增加它的强度。它的配制范围,Ca(OH)2/CaCO3=10/1~1/1,粒度为250~350目。
2、胶结剂B的组份
一切硅酸酯,例如硅酸乙酯、硅酸丙酯、硅酸丁酯……以及它们的混合。硅酸酯都是胶结剂B组份的有效成份,目前采用硅酸乙酯32#或40#两种产品,效果很好。
正硅酸乙酯(原硅酸乙酯,即四乙氧基硅烷)化学组成通式:(C2H5O)2n+2SinOn-1
正硅酸乙酯 32# 40#
二氧化硅,% 32~34 38~42
酸度(以HCl计),% ≤0.10 ≤0.10
低馏份(110℃以下),% ≤2 ≤1.5
密度(20℃),g/cm30.95~1.00 1.04~1.07
运动粘度(20℃),mm2/s ≤1.6 3.0~6.0
正硅酸乙酯是工业产品,无毒,价格远低于四甲氧基硅烷,它作为铸造技术所采用的材料,广泛用于精密铸造行业,以制备现代熔模精密铸造用的粘结剂,而且固砂性能良好,在200℃,50atm下就可以把油砂胶结在一起,其强度满足要求,并且,它还具有耐高温、耐腐蚀特点,用它作为高效复合油砂胶结剂大大简化生产工艺和时间,它不需要设备投资,生产成本可大幅度减少,无毒没有大量的HCl产生污染大气,生产安全。因而该高效复合油砂胶结剂便可复配而成。
3、催化剂的组份
各种有机硅胺(烷)偶联剂,如:KH-550、KH-560、G-570、KH-590等都是胶结剂的有效催化剂,它的存在可以增加反应速度,缩短反应时间,而且它还耐高温。
4、溶剂的组份
为了增强对油砂的浸润性,适量地添加一定量的非极性溶剂,对胶结剂是十分重要的。一切煤油、一切柴油(包括合成柴油)、真空泵油都可作为溶剂,添加到胶结剂中去,是为了便于提高分散度,在复配过程中,往往把它与硅酸乙酯混合均匀分散到固载体A中去。
5、乳化剂的组份
乳化剂的选择目的是为了使胶结剂在水中充分乳化,在稠油井注汽时由高压蒸汽带进油层中去。如果是干粉进到油层对乳化剂没有严格的要求。一般对乳化剂的选择有两条原则:乳化性能好;乳化剂本身能耐高温。选择十二烷基苯磺酸钠(苯磺酸钠)表面活性剂(CBH-400)、农奴六偏磷酸钠、分散剂N.N.O等都是很好的乳化剂,都能满足要求。
高效复合油砂胶结剂的各组份配制比例是:
氢氧化钙∶碳酸钙∶硅酸乙酯(32#或40#)∶煤油(航空煤油、柴油、真空泵油)∶有机硅胺偶联剂(如:KH-550、KH-560、G-570、KH-590等)∶十二烷苯磺酸钠(苯磺酸钠、农奴六偏磷酸钠、分散剂N.N.O、表面活性剂CBH-400)∶水
=2~40∶0.2~6.0∶0.5~7.0∶0.2~4.2∶0.03~2.5∶0.06~6.0∶0.05~1.20
高效复合油砂胶结剂配制方法工艺流程:
首先:将固载体A粒度为250~350目的氢氧化钙(Ca(OH)2)与碳酸钙(CaCO3)或氧化钙(CaO)按比例投入搅拌容器中,在搅拌容器中混料均匀。
第二步:将胶结剂B硅酸乙酯(32#或40#)与溶剂一切煤油(航空煤油)、或一切柴油(包括合成柴油)、真空泵油,按配制比例倒入一个容器中搅拌混液均匀。雾化喷洒在搅拌容器固载体A混料中,并搅拌均匀进行反应。
第三步:将催化剂有机硅胺偶联剂(KH-550、KH-560、G-570、KH-590等)按配制比例雾化喷洒在固载体A混料中,并搅拌均匀进行反应。
第四步:将乳化剂十二烷基苯磺酸钠(苯磺酸钠、农奴六偏磷酸钠、表面活性剂CBH-400、分散剂N.N.O),按配制比例雾化喷洒在固体A混料中,并搅拌均匀进行反应。
第五步:将按配制比例的清水,雾化喷洒在固载体A混料中,并搅拌均匀进行反应。
第六步:待上述反应结束后出料、研磨、过筛及成品密封包装、入库
上述各步反应过程均在常温下进行,容易操作、工艺简便、生产安全可靠。