納米SiO2改性樹脂涂敷防砂體的機理研究（創(chuàng)新訓練計劃申請書）

1、、基本情況項目編號項口 名祿納米sio2改性樹脂涂敷防砂體的機理研究所屬學科油氣田開發(fā)工程起止年月主持人 姓名性別民族出生年月學號聯(lián)系 電話指導 教師聯(lián)系 電話主持人曾經(jīng)參與 科研的情況無。指導教師承擔科 研課題情況在纖維復合防砂、化學防砂等方面有i定的研究工作經(jīng)驗并積累 了一定的研究成杲，主持并完成了 2010年中石化先導項目“纖維復 合濾砂管的研究與應用”（省部級）、2008年屮石化先導項目“水驅油 皿高含水期控水防砂一體化技術研究”（省部級）、2010年屮石化江蘇 油出分公司試采一廠廠級項目“疏松砂巖油藏控水防砂技術研究與現(xiàn) 場應用”、2007年屮石化腔利油iii分公司現(xiàn)河采油廠廠級項目

2、“高強 度防砂技術的應用研究”。指導教師對本項目的支持情況（1）提供項目相關的實驗條件及儀器設備；（2）定期檢查并指導項口進展情況。項 目 組 主 要 成 員姓名學號所在學院專業(yè)班級聯(lián)系電話郵箱馬磊11021479石油工程學院石油工程11-1018353248049948805128李田靚11021451石油工程學院石油工程11-1013506428670shandonfjes siesohu.c om于清遠11021477石油工程學院石油工程11-10183064896511099870936翟黎明10042130化學工程學院過程裝備與 控制工程10-11826663063913754021

3、21 二、項目研究的目的和主要研究內容項目研究的目的苛刻井下條件的防砂要求樹脂涂敷砂體具有更好的力學性能，樹脂涂敷砂體的 力學性能與樹脂基體的力學性能以及樹脂與石英砂的黏結狀況等因素密切相關。在 樹脂屮加入納米材料是一種可供探索的改性方法，納米材料的表而非配對原子多， 與樹脂發(fā)生物理或化學結合的可能性大，增強了納米粒了與樹脂基體的界面結合， 具有增強增韌的可能。通過優(yōu)選納米sio2在樹脂中的加入分散方式，在納米sio2改 性樹脂涂敷防砂體性能評價的基礎上，觀察納米sio2顆粒的團聚狀態(tài)與分布特征以 及樹脂銀紋區(qū)的生長與分布狀況，深入分析納米sio2與樹脂基體作用的微觀機理， 為樹脂涂敷砂防砂技

4、術在復雜井況屮的應用奠定理論基礎。主要研究內容（1）納米sio2改性樹脂涂敷防砂體的制備%1 對比評價疏水型納米sio2與硅烷偶聯(lián)劑處理后的親水型納米sio2的界而性 能，篩選改性用納米sio2的類型；%1 對比采用機械攪拌簡易共混法、超聲波分散溶液共混法、熔融共混法時，納米 材料在樹脂基體中的分散效果，進而優(yōu)選出納米sio2改性樹脂涂敷防砂體的方法；（2）納米sio2改性樹脂涂敷防砂體的性能評價%1 納米sio2改性樹脂涂敷防砂體力學性能（抗壓強度、抗折強度）的測定；%1 納米sio?改性樹脂涂敷防砂休滲透率的測定；（3）納米sio2與樹脂基體作用的微觀機理研究%1 借助紅外實驗分析加入納米

5、sio2前后樹脂基體紅外譜圖的變化；%1 通過透射電子顯微鏡觀察納米sio2顆粒的團聚狀態(tài)與分布特征，并利用動態(tài) 光散射粒徑儀測試納米sio2顆粒的粒徑分布；%1 通過掃描電鏡等實驗手段，觀察分析樹脂銀紋區(qū)（微裂紋）的生長與分布狀況。三、國、內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)疏松砂巖汕藏在進入高含水開發(fā)后期，汕皿為了穩(wěn)產，提液強度日趨增犬，地層 因出砂虧空嚴重，套變井逐年增多。樹脂涂敷砂人工井壁防砂技術因其防砂后在井筒 不留管具，因此在套變井小具有較好的適用性。然而，提液強度的日趨增大對樹脂涂 敷砂人工井壁防砂技術提出了更高的要求，如砂體的力學性能及其穩(wěn)定性。樹脂涂敷 砂體的力學性能與樹脂基體的力學性能以

6、及樹脂與石英砂的黏結狀況等因素密切相 關。在樹脂屮加入納米材料是一種可供探索的改性方法，納米材料的表面非配對原子 多，與樹脂發(fā)生物理或化學結合的可能性大，增強了納米粒了與樹脂基體的界面結合, 因而可承擔一定的載荷，具有增強增韌的可能。通過研究納米級顆粒與第二相（樹脂） 的相互作用，從而達到改善樹脂涂敷防砂技術的口的。采用納米粒子對復合材料進行 改性主要應用于化工、材料、制造等行業(yè)，這是首次將納米材料用于油tn防砂的實驗 研究。納米材料由于比表而積大，表而活性高，粒子間極易集結成團，很難發(fā)揮其特冇 的性能，而液體樹脂本身粘度較大，使納米材料的分散成為一個難點。納米材料分散 的均勻與否直接影響到樹

7、脂防砂體強度的大小。汕皿防砂用樹脂多為環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，屬于熱固性樹脂，和固化劑發(fā)生交聯(lián) 反應后即形成不溶不熔的三維體型聚合物，但是通常交聯(lián)以后環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂的 脆性較大，抗沖擊和抗應力性能較差，因此需要對其進行增韌改性，這方面的研究已 成為樹脂改性研究領域的一個熱點。從國內外文獻調研情況來看，學者普遍認可納米材料的存在可以賦予樹脂很高的 物理機械性能，其強度、剛度、韌性及耐熱性都有很大提高，但納米材料對于改善物 理機械性能的機理認識存在較大爭議。在用納米粒子處理樹脂吋，樹脂為連續(xù)相，納米sio2粒子為分散相，納米sio2 粒子以第二聚集態(tài)的形式均勻分散在樹脂中。把納米sio2粒子添加到

8、樹脂中，在結 構上完全不同于粗晶sio?粒子添加的樹脂粘接劑，粗晶sio2粒子一般作為補強劑加 入。它主要分布在高分子材料的鏈間中，而納米sio2粒子出于表面嚴重的配位不足、 龐大的比表面積以及表面欠氧等特點，使它表現(xiàn)出極強的活性，很容易和酚醛樹脂的 氧z間起鍵合作用，提高了分子間的鍵力。同時尚有一部分納米si。？顆粒仍分布在 高分子鏈的空隙中，但與粗晶sio2顆粒相比較，表現(xiàn)出很高的流漣性，從而使納米 sio2粒了添加的酚醛樹脂強度得到大幅度提高。ui、項目的創(chuàng)新點和特色（1）木課題首次提出采用納米材料改善樹脂涂敷防砂體的力學性能，這是一項創(chuàng) 新性的工作。（2）通過多種實驗分析手段，觀察樹脂

9、銀紋區(qū)（微裂紋）的生長與分布狀況，評 價微觀塑性形變對樹脂涂敷砂體性能以及防砂有效期的影響。（3）從物理機械填充與化學鍵合角度深入分析納米sio2改善樹脂基體的微觀機 理。五、技術路線、擬解決的問題及預期成果、提交方式技術路線（1）對比評價疏水型納米sio2與硅烷偶聯(lián)劑處理后的親水型納米sio2的界面性 能差異，篩選出適合于改性用的納米sio2；（2）通過測定砂體的力學性能，對比采用機械攪拌簡易共混法、超聲波分散溶液 共混法、熔融共混法時，納米材料在樹脂基體中的分散效果，進而優(yōu)選出納米材料改 善樹脂涂敷防砂休的方法；（3）通過小型材料試驗機測定不同實驗溫度下納米sio2改性樹脂涂敷防砂體的力

10、學性能（抗壓強度、抗折強度）及熱穩(wěn)定性能，并采用氣相滲透率測定儀測取納米sio? 改性樹脂涂敷防砂體的滲透率；（4）借助紅外實驗分析加入納米sich前后樹脂基體紅外譜圖的變化，確定納米 sio2與樹脂基體是否發(fā)生了鍵合反應；（5）通過透射電子顯微鏡觀察納米sio?顆粒的團聚狀態(tài)與分布特征，并動態(tài)光散 射粒徑儀測試粒徑分布，通過掃描電鏡等實驗手段，觀察分析樹脂銀紋區(qū)（微裂紋） 的生長與分布狀況。擬解決的問題（1）納米sio2在樹脂中加入分散方式的優(yōu)選；（2）納米sio2與樹脂基體作用的微觀機理研究。預期成果、提交方式（1）完成納米粒子改性復合材料應用的國內外調研，提交調研報告；（2）捉交納米si

11、o2在樹脂中加入分散方式的優(yōu)選及性能評價報告；（3）提交納米sio?與樹脂基體作用的微觀機理研究報告；（4）提交完整的項目報告及多媒體材料；（5）結題前投遞出24篇學術論文，其屮在核心期刊發(fā)表學術論文至少2篇；（6）與指導教師聯(lián)合申報發(fā)明專利1項。六、項目研究進度安排2012.072012.082012.09-2013.032013.042013.0920130-2014.052014.062014.07資料調研納米sio2改性樹脂涂敷防砂體的方法優(yōu)選 納米sio2改性樹脂涂敷防砂體的性能評價 納米sio2與樹脂基體作用的微觀機理研究 完成項目報告七、已有基礎1、與本項ii冇關的研究積累和已取

12、得的成績指導教師與本項目有關的研究積累和已取得的成績：（1）主持并完成了 2004年中石化先導項目“纖維復合無篩管防砂技術”（省部級）、 2006年屮石化先導項目“稠油熱采井纖維復合防砂技術”（省部級）等多項課題；（2）在纖維復合防砂、化學防砂等方而冇一定的研究工作經(jīng)驗并積累了一定的研 究成果，省部級鑒定2項（1項國際領先、1項國際先進），獲得各級科技獎勵9項， 其中省部級一等獎1項（排名第1）、三等獎5項，校級一等獎2項、二等獎1項；（3）在核心期刊和會議上公開發(fā)表研究論文7篇，以第一作者身份發(fā)表6篇，其 中有2篇被ei檢索收錄。（4）主編論著1部，參編論著1部。主編石油工業(yè)出版社出版的疏松砂巖油 氣藏纖維復合防砂技術（2012年，已出版）。2、已具備的條件，尚缺少的條件及解決方法本課題組依托相關實驗室的實驗設備與裝置，目前實驗設備有巖心驅替實驗裝置、 氣相滲透率測定實驗裝置、紅外、掃描電鏡、等設備與裝置。（1）已有一套巖心驅替實驗裝置，可進行必要的改造和完善可用于耐沖刷實驗；（2）本課題詭缺少透射電子顯微鏡及超高分辨率掃描電鏡，可在山東大學進行測 試，在經(jīng)費申請部分