一种耐高温树脂胶粘剂制备及在蒸汽吞吐油井中的应用效果

李佳阳

摘 要：为了有效地提高防砂剂的耐高温性和胶接强度，使用耐高温树脂胶粘剂，提出一套行之有效的耐高温涂层砂涂制方法。在介绍耐高温树脂胶粘剂的基础上，从试验材料、涂制工艺以及材料与设备等方面入手，完成对耐高温树脂涂层砂和模拟固砂体的制备。研究了固化剂加量、树脂加量、浸泡介质等参数对固砂体强度的影响，探讨了固砂体在蒸汽吞吐油井中使用效果。结果表明：通过使用耐高温树脂胶粘剂所制备的固砂体，可以最大限度地提高油井防砂效果，满足高温蒸汽吞吐法使用需求，为技术人员提供有效的借鉴和参考。

关键词：蒸汽吞吐油井；耐高温树脂；胶粘剂；研制

中图分类号：TQ433.4

文献标志码：A

文章编号：1001-5922（2023）07-0045-05

The preparation and application effect of high temperature resistant resin adhesive in steam huff and puff oil well

LI Jiayang

（Xinglongtai Oil Production Plant，Liaohe Oilfield，Branch Petrochina，Panjin 124009，Liaoning China

）

Abstract： In order to effectively improve the high temperature resistance and bonding strength of sand control agent，a set of effective sand coating method for preparing high temperature resistant coating is proposed by using high temperature resistant resin adhesive.First of all，based on the introduction of high temperature resistant resin adhesive，the preparation of high temperature resistant resin coated sand and simulated sand consolidation body was completed from the aspects of test materials，coating process，materials and equipment.Secondly，the effects of curing agent dosage，resin dosage and soaking medium on the strength of sand consolidation body were studied.Finally，the application effect of sand consolidation body in steam huff and puff oil wells was discussed.The results show that the sand consolidation body prepared by using high temperature resistant resin adhesive can maximize the sand control effect of oil wells and fully meet the requirements of high temperature steam huff and puff method.It is hoped that this study can provide effective reference for technicians.

Key words：steam huff and puff oil well;high temperature resistant resin;adhesive;development

對于油井而言，当其开发到一定程度时，需要加强对稠油油藏方式的运用。现阶段，稠油油藏比较先进开采方法是高温蒸汽吞吐法。蒸汽吞吐法在实际运用中，通常会表现出较高的油层温度、地层冲刷力。因此，通过使用耐高温树脂胶粘剂所制备的防砂剂必须具有较高的耐高温性和胶结强度，只有这样，才能保证固砂体在蒸汽吞吐油井中使用效果。

1 耐高温树脂胶粘剂概述

1.1 耐高温树脂胶粘剂概述

耐高温树脂胶粘剂作为一种重要的酚醛树脂类胶粘剂，该胶粘剂在实际合成期间，硼化合物先与酚进行进行化学反应，然后，再与甲醛进行化学反应，从而获得相应的树脂分子，该树脂分子借助酚醛树脂，对C—C键连接苯环进行转换，使其直接转换为B—O键连接苯环［1］，所以树脂分子表现出较高的键能。所以，其耐热性能相对较高，远远超过普通酚醛树脂的耐热性能；树脂技术指标如表1所示。

耐高温树脂胶粘剂具有以下性能：（1）具有较高的热化学性能，这就增加了热变形温度和热失重温度。（2）在所设置好的工作条件下，将耐高温树脂胶粘剂长时间放置于高温场合中，可以表现出较高的原有性能［2］。（3）在所设置好的温度周期变化情况下，耐高温树脂胶粘剂表现出较高的耐热性，同时，在短时间内可以承受更高的温度考验。耐高温树脂胶粘剂主要包含以下两类。

1.1.1 无机胶粘剂的发展概况

无机胶粘剂在实际制备中，所用到的无机化合物主要包含：无机盐、无机碱、氢氧化物等，这些无机化合物具有以下优点：（1）耐高温性高，无机胶粘剂一般耐温达800～1 100 ℃，最高耐温达到1 600 ℃，瞬时耐温达3 000 ℃。（2）在进行套接期间，无机胶粘剂表现出较高的胶接强度［3］。（3）原料价格低廉，且容易采购。（4）无机胶粘剂所对应的热膨胀系数相对较小。（5）无机胶粘剂表现出良好的耐久性和抗老化性。（6）无机胶粘剂的使用，并不会对外界环境造成污染［4］，同时，还增加了加工的方便性。

目前，比较常用的无机胶粘剂主要包含：一种是磷酸盐类；另一种是硅酸盐类。其中，磷酸盐类胶粘剂主要是由偏磷酸盐、酸式磷酸盐等多种基料组成，或者直接借助卤化物、硅酸盐和氢氧化物、硼酸盐等基料［5］。与硅酸盐类胶粘剂相比，磷酸盐类胶粘剂通常表现良好的耐水性和高温强度，但是，其固化收缩率相对较低，与金属、玻璃之间可以产生较高的粘接力。硅酸盐类胶粘剂所用到的基料主要是以碱金属为主［6］，通过将其与固化剂、填料进行有效地配制，可以完成对硅酸盐类胶粘剂的制备，硅酸盐类胶粘剂最低耐热温度为1 500 ℃，最高耐热温度为1 700 ℃。

无机胶粘剂尽管表现出较高耐超高温性能，但还存在耐酸碱性差、耐冲击性差、凝聚强度低、粘附性等缺点［7］，这在某种程度上严重影响了无机胶粘剂的使用效果和使用范围。

1.1.2 有机胶粘剂的发展概况

有机胶粘剂在实际制备中，所用到的基料是有机化合物，该胶粘剂主要包含2类：一类是天然高分子胶粘剂，另一类是合成分子胶粘剂［8］。其中，合成分子胶粘剂在粘接工艺、装配效果等领域表现出较高的应用优势。现阶段，以合成高分子材料为主要基料的胶粘剂占比达到了80 %。对于有机高温胶粘剂而言，所对应的基料主要包含酚醛树脂、杂环聚合物、环氧树脂等部分组成［9］。

1.2 耐高温树脂有机胶粘剂的未来发展趋势

对于耐高温树脂胶粘剂而言，在未来发展中，主要沿着高强度、高耐久性、高韧性等方面进行发展。该胶粘剂整体发展优势主要体现在：（1）通过利用新树脂单体，完成对有机耐高温胶粘剂的研制［10］。（2）确保所研发的新型固化剂完全符合耐高温树脂使用需求。（3）新型先进的改性技术，完成对现有耐高温树脂的改性处理。（4）通过使用先进功能填料、晶须等材料，完成对高性能复合胶粘剂的制备［11］。

2 耐高温树脂涂层砂制备

2.1 试验材料

本次试验中，所用到的试验材料主要包含：（1）石英砂。石英砂的最小直径为0.4 mm，最大直径为0.8 mm，由福建莆田砂厂生产［12］。（2）耐高温树脂。由蚌埠市耐高温树脂厂生产的。（3）固化剂。固化剂作为一种常用的自制产品，其内部含有大量的胺类［13］。（4）偶联剂KH550。由济宁第二化工厂生产。

2.2 涂制工艺

在设计涂制工艺期间，要使用工业酒精，严格按照所设置好的1∶1比例，对耐高温树脂进行溶解处理，以起到后期备用作用［14］。另外，将一定的比例的石英砂和偶联剂KH550放置到某一容器中，并使用搅拌器，对其进行充分搅拌；同时，还要将一定比例的树脂加入到容器中，并对其进行充分搅拌。当搅拌20 min后，将固化剂A加入到容器中，对其进行再次充分搅拌，同时，将砂子倒出至场地上，对其晾晒处理。当砂子干燥处理后［15］，使用碾子将涂层砂进行压碎、筛选处理，获得一袋砂子并对其进行密封处理。

3 模拟固砂体的制备

3.1 材料与设备

在制备耐高温涂层砂期间，所用到的玻璃管直径和高度分别为25、300 mm，并确保水浴温度达到恒定状态；另外，所用到的设备主要包含：（1）液压万能强度测试仪，该测试仪型号为SWY，由青岛鼎辉铸造机械有限公司生产的。（2）SS-DYY-6G岩心气体渗透率测定仪。由南通仪创实验仪器有限公司生产。（3）Nicolet6700傅里叶红外光谱仪。该光谱仪型号由美国ThermoFisher科技公司生产。（4）DSC8500热重分析仪。由美国PerkinElmer股份有限公司生产。（5）SEM-JSM-5510LVA扫描电镜。由东菀市台准电子科技有限公司生产［16］。

3.2 模拟固砂体的制备

将带孔胶塞塞入到玻璃管某一端，还要将薄棉铺在胶塞表面，并将所制备好的耐高温涂层砂装入到玻璃管内，然后，对玻璃管进行摇匀处理［17］。同时，将玻璃管插入到抽滤瓶上，对真空泵进行启动处理，并将500 cm3自来水注入到真空泵中，取下水柱上端多出的3 cm高度砂子，使用玻璃管，塞上胶塞，然后，将其放置于80 ℃水浴中，采用低温固化的方式，对其进行固化处理，固化时间必须控制在72 h以上，之后，将其依次放置到120、140、180、320 ℃的马沸炉内进行固化处理，其固化时间分别为3、5、2、4 h，最后，将取出的玻璃管设置为模拟固砂体，以备后期测量固砂体强度［18］。

3.3 固砂体性能测定

3.3.1 固砂体抗压强度测定

严格按照高温固结砂相关标准和要求，将岩心放置到所选用的高压釜中，并加入一定量的水，然后，将其放置到260 ℃恒温环境下，然后，使用液压万能强度测试仪，对其抗压强度进行精确化测量；同时，还要将人工岩心浸泡到盐酸溶液、强碱溶液、氯化钠溶液、柴油等溶液中，浸泡时间控制为7 d，最后，對其抗压强度进行精确化测定。

3.3.2 固砂体渗透率测定

在测定固砂体渗透率期间，需要严格按照人工岩心渗透率测定相关标准和要求，使用岩心气体渗透率测定仪，对其渗透率进行精确化测定。

3.4 固化机理

通过将岩心与复合树脂进行充分结合，可以有效地提高固砂体抗压强度，同时，还能保留环氧基团结构，该结构式中含有2种氮原子：一种氮原子是仲胺；另一种氮原子是叔胺。通过将仲胺基与环氧基进行化学反应，形成相应的加成物，并将其与环氧基进行化学反应，形成相应的离子络合物。然后，采用连锁的方式，对聚合固化环氧树脂进行开环处理。

4 结果与分析

4.1 固化剂加量对固砂体强度的影响

耐高温树脂胶粘剂与石英砂质量比为1∶100，硅烷偶联剂（KH550）与石英砂之间的质量比为1∶500，研究不同加量固化剂对固砂体强度所产生的影响，结果如表2所示。

从表2可知，当固化剂加量不断增加时，固砂体先表现较高的抗折抗压强度，后表现出较低的抗折抗压强度。当固化剂的加量达到0.9 %时，固砂体所对应的抗折抗压强度达到最大值。为了最大限度地提高固砂体的抗折抗压强度，需要将固化剂的加量控制为0.9%～1.0 %。

4.2 树脂加量对固砂体强度的影响

当固化剂、偶联剂加量分别为0.9%、0.2 %，以石英砂质量设置为计算标准，获得如表3所示的树脂加量对固砂体强度影响结果。

由表3可知，当树脂用量不断增加时，固砂体强度会呈现出不断增加的趋势，当树脂用量低于9%时，固砂体强度表现出较高的上升幅度；当树脂加量超过10%时，固砂体强度上升幅度逐渐变低。在标准采油强度情况下，需要将固砂体强度必须在3.5 MPa以上，当固砂体压缩强度远远超过6.0 MPa，在综合考虑成本的基础上，将耐高温树脂加量设置为10%，固砂体抗折抗压强度和压缩强度有所上升，分别达到3.8、9.7 MPa，均超过了所设置的标准技术指标值。

4.3 偶联剂用量的确定

在整个试验中，所用到的偶联剂主要以KH500偶联剂为主，所获得的偶联剂加量对强度的影响结果如表4所示。由表4可知，当偶联剂最小用量达到0.15%，最大用量为0.20%。

4.4 固砂体耐高温性能考察

将石英砂、树脂、固化剂、偶联剂分别设置为100、10、0.8、0.3 g，从而完成对涂层砂的制备，同时，还要将固砂体进行低温固化处理，确保处理好的固砂体放入到玻璃管中，并同时将该固砂体放置到175～300 ℃放到马沸炉中，并对其老化24 h，然后，全面地观察和分析固砂体强度所对应的实际变化情况，温度对固砂体强度的影响如表5所示。由表5可知，当固砂体耐高温度超过220 ℃，其强度会呈现出不断降低趋势，其降低幅度也呈现出不断变慢的趋势。当温度超过300 ℃时，固砂体所对应的抗折强度和压缩强度分别达到4.2、9.8 MPa，符合现场使用相关标准和要求。

4.5 不同浸泡介质对固砂体强度的影响

将不同介质放置到高温固化处理后的固砂体中，对固砂体强度变化情况进行全面观察，获得如表6所示的浸泡介质对固砂体强度的结果。由表6可知，将固砂体浸泡到5% HCl溶液和5%NaOH溶液中，发现固砂体所对应的抗压强度出现大幅度下降趋势，其降低幅度分别达到了33.7%、54.3%。这表明强酸强碱溶液会对固砂体内部防砂层产生一定的弱化作用，所以，在实际施工期间，技术人员要尽可能地避免以上不良问题的出现。另外，通过将固砂体浸泡到饱和NaCl溶液中，发现固砂体抗压强度出现明显下降趋势，其下降幅度达到35.6%，发现固砂体的抗压强度远远超过3.6 MPa，这表明复合树脂防砂剂表现出良好的介质性能，符合疏松砂岩油井开采相关标准和要求。

4.6 固砂体的性能

4.6.1 耐温性

结合复合树脂固砂体热重分析数据，发现固砂体在0～90 ℃，其固化物损失量达到了0.1 mg，出现这一现象的根本原因是整个溶剂内部乙醇出现大量挥发现象；当固砂体温度达到90～265 ℃时，其固化物损失量达到了0.4 mg，出现这一现象的根本原因是三维热固性树脂内部所含有的芳基基团出现少量分解现象。固砂体所对应的固化物质量损失率达到了6.876%，这表明复合树脂固砂体表现出良好的耐温性能，符合高温蒸汽吞吐开采温度控制相关标准和要求。通过将固砂体放置到密闭容器中，放置1～7 d，密闭容器内温度为260 ℃，当老化时间不断延长时，固砂体则会表现出较低的抗压强度。当密闭容器内部环境温度达到260 ℃时，固砂体经过7 d老化处理后，其抗压强度达到12.04 MPa，符合蒸汽吞吐油井开采强度相关标准和要求。

4.6.2 渗透性

对于固砂体而言，其单颗粒砂表现出良好的包覆效果，使得不同颗粒之间保持良好的包裹連接效果，符合固砂体高强度相关标准和要求［19］。另外，不同颗粒之间存在相应的空隙结构，确保整个固砂体表现出良好的渗透性。在岩心气体渗透率测定仪器的应用背景下，对固砂体渗透率进行全面测量，发现其渗透率达到了70.22 μm2，这表明固砂体表现出良好的渗透性［20］。

5 固砂体在蒸汽吞吐油井中应用效果

通过采用现场试验的方式，对使用耐高温树脂胶粘剂所制备的固砂体使用效果进行检验，从而有效地提高蒸汽吞吐油井开采效率和效果。在进行施工期间，通过选用大型压裂车，向出砂地层导入相应的耐高温树脂涂层砂，迄今为止，已累计试验10口油井，整个油井注汽温度、平均注汽强度、平均采液强度、平均防砂有效期分别达到了300 ℃、2 t/m·h、6 t/m·h、240 d，产油累计量达到了120 000 t，所获得的经济效益达到1 900万元。现场试验表明，使用耐高温树脂胶粘剂所涂制的涂层砂不仅可以更好地满足高温注汽相关标准和要求，使得固结强度得以大幅度提高，并延长防砂有效期，从而获得较高社会效益和经济效益。

6 结语

（1）使用耐高温树脂胶粘剂所制备的耐高温树脂涂层砂具有较高的耐高温性和固结强度，这表明该涂层砂完全符合蒸汽吞吐开采需求;

（2）通过将耐高温树脂涂层砂很好地浸泡到卤水、原油、盐酸等溶液中，表现出较高的耐腐蚀性，但是，一旦浸泡在强碱中，很容易遭到破坏;

（3）通过使用耐高温树脂胶粘剂完成对涂层砂的制备，可以提高油井使用效果，同时，还能获得较高的社会效益和经济效益。

【参考文献】

［1］ 刘鹏，罗纪明，朱建跃.HT-160环氧胶粘剂的性能及在耐高温陶瓷粘接中的应用［J］.粘接，2002，23（6）：23-24.

［2］ 查尚文，李福志，管蓉.室温固化耐高温环氧树脂胶粘剂的研究进展［J］.粘接，2011（10）：76-79.

［3］ 夏季红，毛璞，崔剑川.改性有机耐高温树脂胶粘剂［J］.化工新型材料，2009，37（3）：30-33.

［4］ 严锦根，张国荣，尚祥毅，等.FB耐高温树脂胶粘剂在蒸汽吞吐油井中的应用［J］.中国胶粘剂，2002，11（3）：38-40.

［5］ 杨永红，冯剑.环氧树脂液体胶粘剂耐高温性能分析［J］.化学与粘合，2022，44（2）：142-146.

［6］ 周茗萱，潘恒，宋子强，等.耐高温环氧树脂胶粘剂的研究进展［J］.粘接，2016，37（10）：57-60.

［7］ 王珂，虞鑫海，徐永芬.耐高温环氧树脂胶粘剂的研究进展［J］.粘接，2013，34（2）：63-65.

［8］ 王丁，程斌，刘峰，等.有机硅改性酚醛环氧树脂耐高温胶粘剂的研制［J］.中国胶粘剂，2007，16（3）：23-27.

［9］ 张绪刚，张斌，王超，等.室温固化耐高温环氧树脂胶粘剂的研究［J］.中国胶粘剂，2003，12（2）：19-22.

［10］ 陈德萍.耐高温环氧树脂胶粘剂研究进展［J］.热固性树脂，2000，15（4）：16-20.

［11］ 庞金兴，黄可知，李曦，等.常温固化耐高温酚醛树脂胶粘剂的研制［J］.武汉工业大学学报，2000，22（3）：6-8.

［12］ 张斌，孙明明，张绪刚，等.聚硼硅氧烷改性酚醛树脂耐高温胶粘剂的制备及性能［J］.高分子材料科学与工程，2008，24（6）：152-155.

［13］ 赵兴，李玲.耐高温热固性树脂胶粘剂的研究动态［J］.中国胶粘剂，2007，16（12）：46-51.

［14］ 严鹏飞，徐鹤，王树浩，等.耐高温酚醛树脂胶粘剂研究进展［J］.中国胶粘剂，2018，27（9）：57-61.

［15］ 王超，王博，曲彪，等.聚硫醚改性环氧树脂室溫固化耐高温结构胶粘剂［J］.中国胶粘剂，2007，16（1）：1-5.

［16］ 郑典模，温爱鹏，徐建国，等.邻甲酚甲醛环氧树脂/线性酚醛树脂/改性纳米SiO2耐高温胶粘剂的研制［J］.化工新型材料，2016，44（12）：109-111.

［17］ 武杨，巫辉，原晔.耐高温环氧树脂胶粘剂的研究进展［J］.中国胶粘剂，2014，23（10）：55-58.

［18］ 李星星，李宇峙，邵腊庚，等.耐高温环氧树脂胶粘剂在钢桥面粘结层中的应用试验研究［J］.公路，2007（1）：161-164.

［19］ 王华志，徐勇，刘莺，等.用于柔性覆铜板的耐高温改性环氧树脂胶粘剂的研究［J］.化工新型材料，2008，36（10）：101-104.

［20］ 李洪峰，曲春艳，顾继友，等.航空航天用耐高温苯并噁嗪树脂胶粘剂［J］.粘接，2017，38（8）：31-36.