纳米SiO2改性树脂涂敷防砂体的机理研究（创新训练计划申请书）

1、、基本情况项目编号项口 名祿纳米sio2改性树脂涂敷防砂体的机理研究所属学科油气田开发工程起止年月主持人 姓名性别民族出生年月学号联系 电话指导 教师联系 电话主持人曾经参与 科研的情况无。指导教师承担科 研课题情况在纤维复合防砂、化学防砂等方面有i定的研究工作经验并积累 了一定的研究成杲，主持并完成了 2010年中石化先导项目“纤维复 合滤砂管的研究与应用”（省部级）、2008年屮石化先导项目“水驱油 皿高含水期控水防砂一体化技术研究”（省部级）、2010年屮石化江苏 油出分公司试采一厂厂级项目“疏松砂岩油藏控水防砂技术研究与现 场应用”、2007年屮石化腔利油iii分公司现河采油厂厂级项目

2、“高强 度防砂技术的应用研究”。指导教师对本项目的支持情况（1）提供项目相关的实验条件及仪器设备；（2）定期检查并指导项口进展情况。项 目 组 主 要 成 员姓名学号所在学院专业班级联系电话邮箱马磊11021479石油工程学院石油工程11-1018353248049948805128李田靓11021451石油工程学院石油工程11-1013506428670shandonfjes siesohu.c om于清远11021477石油工程学院石油工程11-10183064896511099870936翟黎明10042130化学工程学院过程装备与 控制工程10-11826663063913754021

3、21 二、项目研究的目的和主要研究内容项目研究的目的苛刻井下条件的防砂要求树脂涂敷砂体具有更好的力学性能，树脂涂敷砂体的 力学性能与树脂基体的力学性能以及树脂与石英砂的黏结状况等因素密切相关。在 树脂屮加入纳米材料是一种可供探索的改性方法，纳米材料的表而非配对原子多， 与树脂发生物理或化学结合的可能性大，增强了纳米粒了与树脂基体的界面结合， 具有增强增韧的可能。通过优选纳米sio2在树脂中的加入分散方式，在纳米sio2改 性树脂涂敷防砂体性能评价的基础上，观察纳米sio2颗粒的团聚状态与分布特征以 及树脂银纹区的生长与分布状况，深入分析纳米sio2与树脂基体作用的微观机理， 为树脂涂敷砂防砂技

4、术在复杂井况屮的应用奠定理论基础。主要研究内容（1）纳米sio2改性树脂涂敷防砂体的制备%1 对比评价疏水型纳米sio2与硅烷偶联剂处理后的亲水型纳米sio2的界而性 能，筛选改性用纳米sio2的类型；%1 对比采用机械搅拌简易共混法、超声波分散溶液共混法、熔融共混法时，纳米 材料在树脂基体中的分散效果，进而优选出纳米sio2改性树脂涂敷防砂体的方法；（2）纳米sio2改性树脂涂敷防砂体的性能评价%1 纳米sio2改性树脂涂敷防砂体力学性能（抗压强度、抗折强度）的测定；%1 纳米sio?改性树脂涂敷防砂休渗透率的测定；（3）纳米sio2与树脂基体作用的微观机理研究%1 借助红外实验分析加入纳米

5、sio2前后树脂基体红外谱图的变化；%1 通过透射电子显微镜观察纳米sio2颗粒的团聚状态与分布特征，并利用动态 光散射粒径仪测试纳米sio2颗粒的粒径分布；%1 通过扫描电镜等实验手段，观察分析树脂银纹区（微裂纹）的生长与分布状况。三、国、内外研究现状和发展动态疏松砂岩汕藏在进入高含水开发后期，汕皿为了稳产，提液强度日趋增犬，地层 因出砂亏空严重，套变井逐年增多。树脂涂敷砂人工井壁防砂技术因其防砂后在井筒 不留管具，因此在套变井小具有较好的适用性。然而，提液强度的日趋增大对树脂涂 敷砂人工井壁防砂技术提出了更高的要求，如砂体的力学性能及其稳定性。树脂涂敷 砂体的力学性能与树脂基体的力学性能以

6、及树脂与石英砂的黏结状况等因素密切相 关。在树脂屮加入纳米材料是一种可供探索的改性方法，纳米材料的表面非配对原子 多，与树脂发生物理或化学结合的可能性大，增强了纳米粒了与树脂基体的界面结合, 因而可承担一定的载荷，具有增强增韧的可能。通过研究纳米级颗粒与第二相（树脂） 的相互作用，从而达到改善树脂涂敷防砂技术的口的。采用纳米粒子对复合材料进行 改性主要应用于化工、材料、制造等行业，这是首次将纳米材料用于油tn防砂的实验 研究。纳米材料由于比表而积大，表而活性高，粒子间极易集结成团，很难发挥其特冇 的性能，而液体树脂本身粘度较大，使纳米材料的分散成为一个难点。纳米材料分散 的均匀与否直接影响到树

7、脂防砂体强度的大小。汕皿防砂用树脂多为环氧树脂或酚醛树脂，属于热固性树脂，和固化剂发生交联 反应后即形成不溶不熔的三维体型聚合物，但是通常交联以后环氧树脂或酚醛树脂的 脆性较大，抗冲击和抗应力性能较差，因此需要对其进行增韧改性，这方面的研究已 成为树脂改性研究领域的一个热点。从国内外文献调研情况来看，学者普遍认可纳米材料的存在可以赋予树脂很高的 物理机械性能，其强度、刚度、韧性及耐热性都有很大提高，但纳米材料对于改善物 理机械性能的机理认识存在较大争议。在用纳米粒子处理树脂吋，树脂为连续相，纳米sio2粒子为分散相，纳米sio2 粒子以第二聚集态的形式均匀分散在树脂中。把纳米sio2粒子添加到

8、树脂中，在结 构上完全不同于粗晶sio?粒子添加的树脂粘接剂，粗晶sio2粒子一般作为补强剂加 入。它主要分布在高分子材料的链间中，而纳米sio2粒子出于表面严重的配位不足、 庞大的比表面积以及表面欠氧等特点，使它表现出极强的活性，很容易和酚醛树脂的 氧z间起键合作用，提高了分子间的键力。同时尚有一部分纳米si。？颗粒仍分布在 高分子链的空隙中，但与粗晶sio2颗粒相比较，表现出很高的流涟性，从而使纳米 sio2粒了添加的酚醛树脂强度得到大幅度提高。ui、项目的创新点和特色（1）木课题首次提出采用纳米材料改善树脂涂敷防砂体的力学性能，这是一项创 新性的工作。（2）通过多种实验分析手段，观察树脂

9、银纹区（微裂纹）的生长与分布状况，评 价微观塑性形变对树脂涂敷砂体性能以及防砂有效期的影响。（3）从物理机械填充与化学键合角度深入分析纳米sio2改善树脂基体的微观机 理。五、技术路线、拟解决的问题及预期成果、提交方式技术路线（1）对比评价疏水型纳米sio2与硅烷偶联剂处理后的亲水型纳米sio2的界面性 能差异，筛选出适合于改性用的纳米sio2；（2）通过测定砂体的力学性能，对比采用机械搅拌简易共混法、超声波分散溶液 共混法、熔融共混法时，纳米材料在树脂基体中的分散效果，进而优选出纳米材料改 善树脂涂敷防砂休的方法；（3）通过小型材料试验机测定不同实验温度下纳米sio2改性树脂涂敷防砂体的力

10、学性能（抗压强度、抗折强度）及热稳定性能，并采用气相渗透率测定仪测取纳米sio? 改性树脂涂敷防砂体的渗透率；（4）借助红外实验分析加入纳米sich前后树脂基体红外谱图的变化，确定纳米 sio2与树脂基体是否发生了键合反应；（5）通过透射电子显微镜观察纳米sio?颗粒的团聚状态与分布特征，并动态光散 射粒径仪测试粒径分布，通过扫描电镜等实验手段，观察分析树脂银纹区（微裂纹） 的生长与分布状况。拟解决的问题（1）纳米sio2在树脂中加入分散方式的优选；（2）纳米sio2与树脂基体作用的微观机理研究。预期成果、提交方式（1）完成纳米粒子改性复合材料应用的国内外调研，提交调研报告；（2）捉交纳米si

11、o2在树脂中加入分散方式的优选及性能评价报告；（3）提交纳米sio?与树脂基体作用的微观机理研究报告；（4）提交完整的项目报告及多媒体材料；（5）结题前投递出24篇学术论文，其屮在核心期刊发表学术论文至少2篇；（6）与指导教师联合申报发明专利1项。六、项目研究进度安排2012.072012.082012.09-2013.032013.042013.0920130-2014.052014.062014.07资料调研纳米sio2改性树脂涂敷防砂体的方法优选 纳米sio2改性树脂涂敷防砂体的性能评价 纳米sio2与树脂基体作用的微观机理研究 完成项目报告七、已有基础1、与本项ii冇关的研究积累和已取

12、得的成绩指导教师与本项目有关的研究积累和已取得的成绩：（1）主持并完成了 2004年中石化先导项目“纤维复合无筛管防砂技术”（省部级）、 2006年屮石化先导项目“稠油热采井纤维复合防砂技术”（省部级）等多项课题；（2）在纤维复合防砂、化学防砂等方而冇一定的研究工作经验并积累了一定的研 究成果，省部级鉴定2项（1项国际领先、1项国际先进），获得各级科技奖励9项， 其中省部级一等奖1项（排名第1）、三等奖5项，校级一等奖2项、二等奖1项；（3）在核心期刊和会议上公开发表研究论文7篇，以第一作者身份发表6篇，其 中有2篇被ei检索收录。（4）主编论著1部，参编论著1部。主编石油工业出版社出版的疏松砂岩油 气藏纤维复合防砂技术（2012年，已出版）。2、已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法本课题组依托相关实验室的实验设备与装置，目前实验设备有岩心驱替实验装置、 气相渗透率测定实验装置、红外、扫描电镜、等设备与装置。（1）已有一套岩心驱替实验装置，可进行必要的改造和完善可用于耐冲刷实验；（2）本课题诡缺少透射电子显微镜及超高分辨率扫描电镜，可在山东大学进行测 试，在经费申请部分