耐海水乳化环氧树脂，用于未固结砂岩油藏中的有效防砂

《PLOS One》：Seawater-resistant emulsified epoxy resin for effective sand control in unconsolidated sandstone oil reservoir

油井中砂生产是开发过程中的持续性挑战，化学固沙方法因操作简便和效果显著备受关注。本研究针对高盐度环境（稀释水盐度达3.8×10? mg/L）对传统环氧树脂乳液稳定性的影响，开发了新型非离子乳化固化剂体系（脂肪酸胺环氧乙醚），优化配方为16%环氧树脂、24%乳化固化剂、1%偶联剂和5.6%控制剂。实验表明，80℃固化12小时后，固结砂柱抗压强度超过3 MPa，渗透率保留率＞75%，且在酸、油、地层水中浸泡30天仍保持稳定结构。通过分子表征和微观分析证实了体系的高盐耐受性和固结机理。

　　在石油开发过程中，砂岩层中的砂粒产出一直是一个长期存在的挑战。这种现象不仅会对油井的产能造成直接影响，还可能降低生产过程的稳定性，增加设备维护成本。因此，开发有效的砂控制技术对于提高油井的长期生产效率和经济效益至关重要。化学砂控制技术，特别是基于树脂的砂固化方法，因其操作简便和固化效果显著，被认为是解决这一问题的有前景方案。然而，传统的乳化树脂在高盐度环境下表现较差，容易发生乳液不稳定，从而降低固化强度。为了解决这一问题，本研究开发了一种新型的乳化环氧树脂体系，采用非离子型乳化固化剂——脂肪胺聚（环氧乙烷）醚，显著提高了其对高盐度环境的耐受能力，能够支持高达3.8×10? mg/L的稀释水盐度。

通过单因素实验，研究团队确定了最优的配方比例：环氧树脂16%、乳化固化剂24%、偶联剂1%以及稳定剂5.6%。该配方在80°C下固化12小时后，获得的固化芯块表现出超过3 MPa的压缩强度和超过75%的渗透率保持率。此外，固化芯块在30天内浸入汽油、10%盐酸和地层水后，其机械性能和流动特性仍保持稳定，证明了其在复杂环境下的长期可靠性。这一研究填补了水基树脂乳液在高盐度应用中的技术空白，为在具有挑战性的油藏环境中实现有效的砂控制提供了坚实的技术基础。

砂控制技术主要分为机械和化学两种类型。机械砂控制方法包括使用筛管、缠绕筛网、水泥砂滤管等，虽然实施简便，但其有效性常受到细砂进入井筒后堵塞筛管孔隙的限制，且使用寿命相对较短。相比之下，化学砂控制技术通过向井筒周围注入特定化学剂和固体颗粒，如预装砾石，将松散砂粒固化为具有一定强度和渗透性的层，从而有效减少砂产出。环氧树脂固化剂因其出色的粘附性、机械性能和化学稳定性，成为化学砂控制中最常用的材料之一。

在传统环氧树脂固化体系中，乳化剂的选择对固化效果至关重要。然而，这些体系在高盐度环境中容易发生乳液破裂，导致固化性能下降。为克服这一缺陷，本研究引入了一种新型的非离子型乳化固化剂，其结构设计能够有效抵抗盐度引起的乳液不稳定问题。这种固化剂的引入使得环氧树脂能够在高盐度条件下保持良好的分散性和固化效果，从而提高了固化强度和渗透率保持率。

研究团队对固化体系的多个关键参数进行了系统评估，包括固化温度、时间、砂粒粒径以及稳定剂的用量。实验结果显示，固化温度和时间对最终的固化效果有显著影响。在80°C下固化12小时，能够实现最佳的固化强度和渗透率保持率。此外，砂粒粒径对固化效果也有影响，选择合适的粒径有助于提高固化材料的均匀性和整体强度。通过调整稳定剂的用量，研究团队进一步优化了固化体系的稳定性，使其在高盐度环境下仍能保持良好的性能。

固化体系的性能评估不仅包括其物理特性，还涉及化学稳定性。通过热重分析（TGA），研究团队发现固化后的环氧树脂材料在250°C以下表现出良好的稳定性，而在250°C至450°C之间则开始分解，导致显著的质量损失。然而，即使在高温条件下，固化材料的性能依然保持较高水平，这表明其具有较强的热稳定性。同时，通过扫描电子显微镜（SEM）和金属显微镜的观察，研究团队确认了固化后的芯块具有良好的多孔结构和高强度的粘结效果，这有助于维持较高的渗透率和抗压能力。

为了进一步验证固化体系在复杂环境下的适用性，研究团队对其在不同介质中的长期性能进行了测试。固化芯块在30天内浸入地层水、盐酸和汽油后，其压缩强度、渗透率和砂产出率均未发生明显变化，说明该体系在实际应用中具有良好的耐腐蚀性和耐化学性。这些特性对于在海上油田或高盐度地层中应用尤为重要，因为这些环境对传统固化体系的稳定性和性能提出了更高的要求。

此外，研究团队还评估了固化体系的粘度变化，以确保其在注入过程中的可操作性。实验结果表明，该体系在不同温度下的粘度变化较为可控，能够在注入过程中保持良好的流动性，同时在固化过程中迅速增加粘度，形成稳定的固化结构。这种粘度变化特性对于实际应用中的施工操作具有重要意义，因为它确保了固化剂能够均匀分布于砂粒之间，从而实现高效的固化效果。

本研究的成果不仅在实验室条件下得到了验证，还具有潜在的实际应用价值。通过系统优化配方和实验条件，研究团队开发出一种能够在高盐度环境中稳定工作的新型环氧树脂固化体系。该体系的高压缩强度和良好的渗透率保持率，使其成为应对高盐度油藏砂控制问题的有效解决方案。此外，其良好的化学稳定性和热稳定性，也为其在复杂地质条件下的长期应用提供了保障。

总的来说，本研究通过创新的乳化剂设计和系统的实验验证，成功解决了传统环氧树脂固化体系在高盐度环境中的性能问题。该体系的开发不仅提高了化学砂控制技术在极端环境下的适用性，也为未来在高盐度油藏中实现高效、稳定的砂控制提供了新的思路和技术支持。随着对高盐度油藏开发需求的增加，这种新型固化体系的应用前景广阔，有望成为解决砂产出问题的重要技术手段。