一种高温树脂涂覆砂及其制备方法与流程

本申请涉及油气井防砂材料，尤其涉及一种高温树脂涂覆砂及其制备方法。

背景技术：

1、稠油热采井由于地层岩石胶结疏松以及蒸汽高温吞吐作用，在油井开采过程中普遍存在出砂问题，而针对该问题，一般采用树脂涂覆砂进行压裂和充填防砂或者人工井壁防砂。树脂涂覆砂是指采用不同的骨架颗粒，并在其外表面均匀涂覆可胶结的树脂涂层的一类材料，按照适应温度的不同，树脂涂覆砂一般可分为低温树脂涂覆砂(30℃～60℃)、常温树脂涂覆砂(60℃～120℃)和高温树脂涂覆砂(120-350℃)，由于稠油热采井井下温度一般可达到200℃～350℃，因此一般采用高温树脂涂覆砂；同时树脂涂覆砂是油气井化学防砂的重要技术产品，因此其性能直接关系到防砂的效果和有效期。

2、但是目前高温涂覆砂存在以下几方面的问题：

3、(1)耐温性能差，经过高温老化后，树脂涂覆砂的胶结强度大幅降低，现场应用中一般只能满足2-3个蒸汽吞吐周期，有效期短；

4、(2)加工工艺复杂，涉及到多种工序，产品品质难以保证，加工损耗量大；

5、(3)部分产品在存放过程中容易结块，不易保存；

6、(4)由于用于提高涂覆砂的流动性、防止涂覆砂结块的润滑剂不参与树脂的胶结反应，对涂覆砂的胶结强度有很大影响；

7、(5)产品成本高，市场上现有成熟的高温树脂涂覆砂成本相对较高，限制了该产品在油田的规模化应用。

8、其中，最主要的是由于现阶段的高温树脂涂覆砂的耐高温性能差，导致其胶结强度低且有效期短，因此如何提高高温树脂涂覆砂的长期高温的耐受性，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种高温树脂涂覆砂及其制备方法，以解决现有技术中高温树脂涂覆砂在长期高温条件下的耐受性差的技术问题。

2、第一方面，本申请提供了一种高温树脂涂覆砂，所述高温树脂涂覆砂为核壳结构，内核为骨架颗粒，外壳由内到外依次包括表面改性层、树脂内层和树脂外层；

3、其中，所述骨架颗粒包括多种粒径的石英砂混合物，所述骨架颗粒的平均粒径为0.3mm～1.8mm；

4、所述表面改性层的原料包括无机纳米颗粒和硅烷偶联剂；

5、所述树脂内层的原料包括热固性酚醛树脂和石棉，所述树脂外层的原料包括酚醛树脂和耐热助剂。

6、可选的，所述骨架颗粒、所述表面改性层、所述树脂内层和所述树脂外层的质量之比为100∶0.5～1.5∶2～6∶6～15。

7、可选的，所述硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅氧烷和丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

8、可选的，所述石英砂混合物包括第一粒径石英砂、第二粒径石英砂和第三粒径石英砂；

9、其中，所述第一粒径石英砂的粒径为30目～50目，所述第二粒径石英砂的粒径为20目～40目，所述第三粒径石英砂的粒径为16目～20目。

10、可选的，所述无机纳米颗粒和所述硅烷偶联剂的质量之比为1:0.2～1，其中，所述无机纳米颗粒为亲水型纳米二氧化硅，所述亲水型纳米二氧化硅的粒径为1nm～500nm。

11、可选的，所述酚醛树脂包括热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂。

12、可选的，当所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂时，所述树脂外层的原料还包括固化剂；

13、其中，所述固化剂和所述树脂外层的重量之比为0.05～0.2；

14、所述固化剂包括六次甲基四胺和/或多聚甲醛。

15、可选的，所述耐热助剂包括莫来石粉、氧化钛、碳纤维粉、沥青粉、石墨粉、白云石粉、焦炭粉、炭黑粉中的至少一种。

16、可选的，当所述耐热助剂包括莫来石粉、碳纤维粉和石墨粉时，所述莫来石粉、所述碳纤维粉和所述石墨粉的质量之比为1:0.2～0.5:0.2～0.5。

17、第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的高温树脂涂覆砂的方法，所述方法包括：

18、加热所述骨架颗粒至预设加热温度，并进行混合，后进行冷却和表面处理液喷涂，以使骨架颗粒表面形成表面改性层；

19、向形成了表面改性层的所述骨架颗粒中加入内层树脂溶液，并进行搅拌，以形成树脂内层；

20、向形成了树脂内层的所述骨架颗粒中加入外层树脂溶液，并进行搅拌，以形成树脂外层；

21、搅拌形成了树脂外层的所述骨架颗粒至分散均匀，得到高温树脂涂覆砂。

22、可选的，所述预设加热温度为200℃～300℃。

23、可选的，所述冷却的终点温度为100℃～150℃。

24、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

25、本申请实施例提供的一种高温树脂涂覆砂，通过在硅烷偶联剂中加入无机纳米颗粒和酸液，利用无机纳米颗粒在硅烷偶联剂的结合下牢固吸附在石英石表面的特性，同时限定骨架颗粒的平均粒径，使得石英砂的表面粗糙程度和比表面积增加，同时酸液可以进一步促使硅烷偶联剂水解，与石英砂表面形成更加牢固的共价键，从而形成表面改性层，利用表面改性层提高石英砂对树脂内层和树脂外层的粘附性，提高耐高温树脂的高温稳定性，再通过包括石棉的树脂内层和耐热助剂的树脂外层，利用石棉纤维提高树脂内层的隔热作用，再利用耐热助剂提高树脂外层的耐热性能，从而通过表面改性层粘附树脂内层和树脂外层，提高高温树脂涂覆砂的长期高温的耐受性。

技术特征：

1.一种高温树脂涂覆砂，其特征在于，所述高温树脂涂覆砂为核壳结构，内核为骨架颗粒，外壳由内到外依次包括表面改性层、树脂内层和树脂外层；

2.根据权利要求1所述的高温树脂涂覆砂，其特征在于，所述骨架颗粒、所述表面改性层、所述树脂内层和所述树脂外层的质量之比为100∶0.5～1.5∶2～6∶6～15。

3.根据权利要求1所述的高温树脂涂覆砂，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅氧烷和丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的高温树脂涂覆砂，其特征在于，所述石英砂混合物包括第一粒径石英砂、第二粒径石英砂和第三粒径石英砂；

5.根据权利要求1所述的高温树脂涂覆砂，其特征在于，所述无机纳米颗粒和所述硅烷偶联剂的质量之比为1:0.2～1，其中，所述无机纳米颗粒为亲水型纳米二氧化硅，所述亲水型纳米二氧化硅的粒径为1nm～500nm。

6.根据权利要求1所述的高温树脂涂覆砂，其特征在于，所述酚醛树脂包括热塑性酚醛树脂和/或热固性酚醛树脂。

7.根据权利要求6所述的高温树脂涂覆砂，其特征在于，当所述酚醛树脂为热塑性酚醛树脂时，所述树脂外层的原料还包括固化剂；

8.根据权利要求1所述的高温树脂涂覆砂，其特征在于，所述耐热助剂包括莫来石粉、氧化钛、碳纤维粉、沥青粉、石墨粉、白云石粉、焦炭粉、炭黑粉中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的高温树脂涂覆砂，其特征在于，当所述耐热助剂包括莫来石粉、碳纤维粉和石墨粉时，所述莫来石粉、所述碳纤维粉和所述石墨粉的质量之比为1:0.2～0.5:0.2～0.5。

10.一种制备如权利要求1-8任一项所述的高温树脂涂覆砂的方法，其特征在于，所述方法包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述预设加热温度为200℃～300℃。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述冷却的终点温度为100℃～150℃。

技术总结本申请涉及油气井防砂材料技术领域，尤其涉及一种高温树脂涂覆砂及其制备方法；所述高温树脂涂覆砂为核壳结构，内核为骨架颗粒，外壳由内到外依次包括表面改性层、树脂内层和树脂外层；其中，骨架颗粒包括多种粒径的石英砂混合物，骨架颗粒的平均粒径为0.3mm～1.8mm；表面改性层的原料包括无机纳米颗粒、硅烷偶联剂和酸液；树脂内层的原料包括热固性酚醛树脂和石棉，树脂外层的原料包括酚醛树脂和耐热助剂；通过在硅烷偶联剂中加入无机纳米颗粒和酸液，限定骨架颗粒的平均粒径，可以形成表面改性层，再通过包括石棉的树脂内层和耐热助剂的树脂外层，再利用耐热助剂提高树脂外层的隔热作用，提高高温树脂涂覆砂的长期高温的耐受性。技术研发人员：匡韶华,吕民,胡祎,鄢德华,袁帅,佟姗姗,尹冰,李林静,徐含冰,吴超,姬菱秀美,陈楠,严蕾,王磊受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2