膨胀材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及油气井防砂完井，具体涉及一种膨胀材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、油气井出砂是指油井或气井在生产过程中，由于地质条件、开采方式以及措施作业等各种综合因素造成井底附近地层的岩石结构变化，导致地层离散砂或脱落砂被地层产出流体携带进入井筒或地面，从而对油气井正常生产造成一系列不利影响的过程或现象。

2、解决油气井出砂问题的主要途径是采取防砂技术阻止地层产出砂进入井筒或人工加强附近地层岩石的固结程度从而达到控制地层出砂。现有的防砂技术主要分为机械防砂和化学防砂两大类。具体又能够分为筛管防砂技术、砾石充填防砂技术、压裂防砂技术、人工井壁防砂技术、化学固砂技术等。这些防砂技术适应不同的井下条件，各有优缺点。

3、为了更好地解决油井出砂的问题，近些年，出现了一些新型防砂技术。cn102224321a公开了一种用于井下防砂过滤装置的形状记忆聚氨酯泡沫。利用这种形状记忆聚氨酯泡沫加工成井下防砂过滤装置，能够在低于其玻璃化转变温度的条件下使其处于压缩状态，将该防砂过滤装置下入油井后，在被加热到高于其玻璃化转变温度时，使其从压缩状态膨胀到膨胀状态，并且顺应井眼结构，从而起到阻止地层出砂的目的。室内实验研究表明，形状记忆聚氨酯泡沫具有可膨胀性和多孔过滤性，是一种优良的防砂材料。利用这种材料加工成的防砂过滤装置，于2010年投入现场应用。但是，至今这种防砂过滤装置并没有在矿场上被大量推广应用，主要原因是其还存在着一些难以克服的不足之处。

4、该防砂过滤装置主要存在的问题为：(1)形状记忆聚氨酯泡沫用量大、防砂过滤装置加工工艺复杂，导致防砂过滤装置的成本非常高，远高于现有的防砂技术；(2)防砂过滤装置在下入井筒过程中，由于其与井壁的摩擦作用，容易造成防砂过滤装置外层的形状记忆聚氨酯泡沫包裹层损坏；(3)一旦防砂过滤装置失效，很难被打捞出；(4)对于射孔完井的油井，采用该防砂过滤装置，其形状记忆聚氨酯泡沫并不能膨胀至地层亏空带和射孔孔道中，不能对地层砂起到支撑作用，砂粒的运移造成防砂过滤装置堵塞和冲刷破坏。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述技术问题，提供一种膨胀材料及其制备方法与应用。该膨胀材料具有更高的渗透率，对油井产量影响极小；具备较高的抗压强度，对射孔孔道岩石壁面起到较好的支撑作用，防止岩石发生结构破坏以及岩石骨架砂运移。对膨胀材料的形状无特殊要求，对其膨胀方向性没有严格要求，采用破碎机或切割机将其加工成颗粒状，加工工艺简单，制作成本低。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种膨胀材料，其特征在于，沿中心到表面的方向上，所述膨胀材料依次包含膨胀内核、粘覆层和隔离层；

3、在高温条件下，所述膨胀内核转变为膨胀态内核。

4、本发明第二方面提供一种上述膨胀材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

5、(1)将膨胀原料进行粉碎、筛分，得到膨胀内核；

6、(2)将粘覆层组合物中各组分与溶剂进行混合，得到涂覆料；

7、(3)将所述涂覆料涂覆于所述膨胀内核的表面，得到半成料；

8、(4)将所述半成料用隔离料进行包覆，得到膨胀材料。

9、本发明第三方面提供一种上述膨胀材料在油气开采领域的应用。

10、通过上述技术方案，本发明提供的一种膨胀材料及其制备方法与应用获得以下有益的效果：

11、该膨胀材料具有更高的渗透率，对油井产量影响极小；具备较高的抗压强度，对射孔孔道岩石壁面起到较好的支撑作用，防止岩石发生结构破坏以及岩石骨架砂运移。对膨胀材料的形状无特殊要求，对其膨胀方向性没有严格要求，采用破碎机或切割机将其加工成颗粒状，加工工艺简单，制作成本低。

12、将本发明提供的膨胀材料应用于油气开采领域，无需下筛管，施工简单，无需填充树脂砂，无需复杂的施工车组，节省施工工序，节省防砂材料，可大幅降低防砂措施成本。施工完成后，井筒不留管柱，保持井筒全通径，便于生产测试及后期修井作业。防砂失效后，不需要进行特殊处理，可重复填充膨胀颗粒进行二次防砂作业。

技术特征：

1.一种膨胀材料，其特征在于，沿中心到表面的方向上，所述膨胀材料依次包含膨胀内核、粘覆层和隔离层；

2.根据权利要求1所述的膨胀材料，其中，所述膨胀内核选自温敏型形状记忆聚合物。

3.根据权利要求2所述的膨胀材料，其中，所述温敏型形状记忆聚合物选自温敏型聚氨酯、温敏型环氧树脂、温敏型聚碳酸酯、温敏型苯乙烯-丁二烯共聚物、温敏型苯乙烯-丙烯酸丁酯和温敏型乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种，优选为温敏型聚氨酯；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述膨胀内核的粒径为2-6mm，优选为3-5mm。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述高温条件为40-120℃，优选为60-80℃。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述膨胀态内核的孔径为0.05-0.35mm，优选为0.1-0.25mm。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述膨胀态内核的渗透率为1-200d，优选为10-100d。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的膨胀材料，其中，处于膨胀状态的膨胀材料的抗压强度为0.5-10mpa，优选为2-5mpa。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述粘覆层由包含树脂和固化剂的粘覆层组合物制得；

10.根据权利要求9所述的膨胀材料，其中，所述树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂和不饱和树脂中的至少一种，优选为环氧树脂。

11.根据权利要求9或10所述的膨胀材料，其中，所述树脂在25℃条件下的粘度为15-1500mpa·s。

12.根据权利要求9-11中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述固化剂选自低聚物聚酰胺650、三乙烯四胺、乙二胺、二乙胺基丙胺、三亚乙基四胺、酚醛胺和酚醛树脂nl固化剂中的至少一种，优选为低聚物聚酰胺650。

13.根据权利要求1-12中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述粘覆层的厚度为30-100μm，优选为50-80μm。

14.根据权利要求1-13中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述粘覆层的固化时间为t1，所述膨胀内核转变为所述膨胀态内核的时间为t2，其中t2<t1，优选t1-t2＝1-6h。

15.根据权利要求1-14中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述隔离层选自无机盐和/或水溶性聚合物；

16.根据权利要求1-15中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述隔离层的厚度为50-300μm，优选为100-200μm。

17.根据权利要求1-16中任意一项所述的膨胀材料，其中，所述隔离层的厚度与所述粘覆层的厚度比为1：0.2-1.2，优选为1：0.3-0.8。

18.一种权利要求1-17中任意一项所述膨胀材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

19.根据权利要求18所述的制备方法，其中，所述涂覆料的粘度为100-500mpa·s，优选为200-300mpa·s；

20.根据权利要求18或19所述的制备方法，其中，所述溶剂选自乙醇、乙二醇单丁醚、乙酸乙酯、四氢呋喃、氯仿和丙酮中的任意一种，优选为乙醇。

21.根据权利要求18-20中任意一项所述的制备方法，其中，所述涂覆的时间为1-30min，优选为5-10min。

22.根据权利要求18-21中任意一项所述的制备方法，其中，所述包覆的时间为1-30min，优选为5-10min。

23.权利要求1-17中任意一项所述的膨胀材料或权利要求18-22中任意一项所述方法制得的膨胀材料在油气开采领域的应用。

技术总结
本发明涉及油气井防砂完井技术领域，具体涉及一种膨胀材料及其制备方法与应用。本发明所述膨胀材料，其特征在于，沿中心到表面的方向上，所述膨胀材料依次包含膨胀内核、粘覆层和隔离层；在高温条件下，所述膨胀内核转变为膨胀态内核。该膨胀材料具有更高的渗透率，对油井产量影响极小；具备较高的抗压强度，对射孔孔道岩石壁面起到较好的支撑作用，防止岩石发生结构破坏以及岩石骨架砂运移。

技术研发人员：匡韶华,孙守国,安九泉,吕民,张建军,王宝权,佟姗姗,陈磊,严蕾,岳志强,韩宗正,柳燕丽
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：2024/1/16