一种温度触发型异氰酸酯固砂剂及其制备方法与应用与流程

本发明属于防砂，具体涉及一种温度触发型异氰酸酯固砂剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着油气田开发进入中后期，油气开采中最常见的问题就是油水井出砂，导致油井减产、停产，甚至造成油井的报废，需采取有效的措施控制出砂。目前，国内外普遍采用的防砂法有机械防砂和化学防砂。化学防砂是向地层挤入一定量的化学剂充填于地层孔隙中，以达到充填和固结地层，提高地层强度的目的，油田现在主要采用树脂固砂、人工井壁防砂等化学防砂工艺。但树脂固砂通常是把树脂液与固化剂同时注入地层，胶结砂砾，但二者接触时固化反应已经开始，可能会导致固结在井壁，或者到达地层时已经失效。

2、针对树脂防砂过程中存在的问题，开展了异氰酸酯固砂方面的研究。本发明中公开的温度触发异氰酸酯固砂剂，同时对异氰酸酯活性基团和胺基进行封端设计，使得封端后化合物在低温时不会发生反应，且增大其在水中的溶解性。固砂剂在注入油层的过程中，当温度升至50℃以上时，封端化异氰酸酯溶液的端基掉落，异氰酸酯活性基团暴露，碳酸化二胺类化合物分解释放出二氧化碳，胺基暴露。由于异氰酸酯活性基团和胺基的暴露，在地层中发生固化交联反应，同时对砂砾起到束缚作用，实现固砂的目的。

3、异氰酸酯类用作固砂剂，一般反应速度快，无法实现深部固砂稳砂，容易导致深部微粒运移，充填层堵塞，防砂有效期短

4、cn105175677a将聚合醇、稀释剂、水和催化剂反应获得预聚体，再使预聚体与异氰酸酯反应。该固砂剂广泛应用，反应速度快，固结强度高。但是该专利中无法有效控制固化反应的速度，在地层中反应迅速，无法实现固砂剂的深部运移。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种温度触发型异氰酸酯固砂剂及其制备方法与应用，该固砂剂将异氰酸酯活性基团和二胺封端处理，在注入地层过程中不会发生反应且流动性好，当地层温度达到50℃以上时，释放有效基团，呈现疏水性，自主附着于砂砾表面，实现固砂，减少油井出砂。

2、为了实现上述目的，一方面，本发明公开了一种温度触发型异氰酸酯固砂剂，所述固砂剂由以下重量份的原料制成：

3、封端化异氰酸酯溶液         10～20份；

4、碳酸化二胺类化合物         10～30份；

5、水                         50～80份。

6、所述封端化异氰酸酯的分子结构式如下：

7、

8、其中，所述m为-h或者-ch3，n为4～8。

9、所述碳酸化二胺类化合物的分子结构式如下：

10、

11、另一个方面，本发明公开了一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

12、(1)封端化异氰酸酯溶液的制备

13、在氮气保护下，在溶剂存在的条件下，异氰酸酯和封端剂发生反应得到封端化异氰酸酯溶液；

14、(2)碳酸化二胺类化合物的制备

15、向二胺的水溶液中通入co2发生反应得到碳酸化二胺类化合物；

16、(3)固砂剂的制备

17、将封端化异氰酸酯溶液、碳酸化二胺类化合物和水，搅拌均匀得到固砂剂。

18、第三个方面，本发明公开了上述固砂剂在地层或填充层中应用。

19、本发明的温度触发异氰酸酯固砂剂，其原理为：通过异氰酸酯与封端试剂的反应，一方面保护异氰酸酯基团，另一方面使其同时具有亲水基团和疏水基团，从而具有一定的乳化功能，增加了其在水中的分散性。以聚氧乙烯为封端剂的封端化异氰酸酯反应式如下：

20、

21、通过二胺碳酸化反应，一方面保护胺基，同时可增加其溶解性，使其更容易分散。间苯二胺的碳酸化二胺化合物反应式如下：

22、

23、当固砂剂注入至地层时，温度升高，异氰酸酯保护基团脱落，暴露异氰酸酯基团，达到破乳效果。同时二胺碳酸盐在高温下分解，胺基暴露。由于异氰酸酯基团和二胺水溶性差，偏向聚集，可自主识别砂砾，并附着其表面，发生交联作用(固结高分子分子量在6000-10000之间)，同时束缚周围砂砾，实现固砂。固砂机理如下所示：

24、

25、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

26、(1)将异氰酸酯和二胺封端惰性化处理，使其在输送过程中不会发生反应。到达地层后，利用地层高温触发反应，释放活性基团，实现固砂；

27、(2)破乳后，暴露的异氰酸酯基团和二胺基团在地层中，呈现疏水性，可自主附着于砂砾，使其具有主动识别胶结对象特征；

28、(3)异氰酸酯固砂剂在低温下稳定存在，流动性好，利于输送。

技术特征：

1.一种温度触发型异氰酸酯固砂剂，其特征在于，所述固砂剂由以下重量份的原料制成：

2.如权利要求1所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂，其特征在于，所述固砂剂由以下重量份的原料制成：

3.如权利要求2所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂，其特征在于，所述固砂剂由以下重量份的原料制成：

4.一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

5.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯及异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或二种以上的混合。

6.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，所述封端剂为聚氧乙烯或聚氧丙烯中的一种或二种以上的混合。

7.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯与封端剂摩尔比为1：1～3。

8.如权利要求7所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯与封端剂摩尔比为1：1～2。

9.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应温度为50℃～80℃，时间为3h～5h。

10.如权利要求9所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应温度为50℃～60℃，时间为3h～4h。

11.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为乙酸正丙酯、丙酸乙酯、n-甲基吡咯烷酮、二丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇二甲醚中的一种。

12.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，所述二胺为间苯二胺、间苯二甲胺中的一种或二种以上的混合。

13.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应温度为室温，时间为30min～120min。

14.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水的用量为二胺质量的5-10倍。

15.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述co2通气速率为10-20l/min。

16.如权利要求4所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌速度为300-500rpm，时间为30-60min。

17.根据权利要求1-3任一项所述一种温度触发型异氰酸酯固砂剂在地层或填充层中应用。

技术总结本发明属于防砂技术领域，具体涉及一种温度触发型异氰酸酯固砂剂及其制备方法与应用。所述制备方法包括以下步骤：封端化异氰酸酯溶液的制备，在氮气保护下，在溶剂存在的条件下，异氰酸酯和封端剂发生反应得到封端化异氰酸酯溶液；碳酸化二胺类化合物的制备，向二胺的水溶液中通入CO<subgt;2</subgt;发生反应得到碳酸化二胺类化合物；固砂剂的制备，将封端化异氰酸酯溶液、碳酸化二胺类化合物和水，搅拌均匀得到固砂剂。该固砂剂将异氰酸酯活性基团和二胺封端处理，在注入地层过程中不会发生反应且流动性好，当地层温度达到50℃以上时，释放有效基团，呈现疏水性，自主附着于砂砾表面，实现固砂，减少油井出砂。技术研发人员：王增林,赵益忠,陈雪,李鹏,姜静,贾维霞,王国强,王勇,赵小龙,高雪峰受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23