張貴玲

中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院 （山東 東營 257000）

影響樹脂涂敷砂抗壓強(qiáng)度檢測準(zhǔn)確性的因素分析

張貴玲

中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院 （山東 東營 257000）

防砂是油田開發(fā)的一項(xiàng)重要生產(chǎn)措施，合格的樹脂涂敷砂是保障防砂施工成功的關(guān)鍵因素之一。通過樣品檢測判定樹脂涂敷砂是否合格，抗壓強(qiáng)度是實(shí)驗(yàn)室評價樹脂涂敷砂一個關(guān)鍵指標(biāo)，樹脂涂敷砂抗壓強(qiáng)度檢測過程復(fù)雜，影響因素較多。根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程，選取不同影響因素進(jìn)行分析，通過分析試樣不同壓實(shí)時間及壓實(shí)方法、不同磨平程度、不同壓縮速度對其抗壓強(qiáng)度的影響，找出樹脂涂敷砂有效檢測措施，提高樹脂涂敷砂檢測準(zhǔn)確性。

樹脂涂敷砂；抗壓強(qiáng)度；影響因素

在油田開發(fā)生產(chǎn)過程中，防砂是一種重要的工藝措施[1]，由于使用樹脂涂敷砂的防砂施工過程簡單、適用范圍廣、有效期長，因而得到了廣泛應(yīng)用[2]。合格的樹脂涂敷砂是保障防砂施工成功的關(guān)鍵因素之一。目前樹脂涂敷砂使用的是常規(guī)檢測方法。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5274—2016《樹脂涂敷砂技術(shù)要求》[3]中規(guī)定，檢測項(xiàng)目主要包括圓度、球度、濁度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、樹脂涂敷率、顆粒分散率等7項(xiàng)指標(biāo)?？箟簭?qiáng)度[4]是實(shí)驗(yàn)室評價樹脂涂敷砂一個關(guān)鍵指標(biāo)，是指材料在斷裂前能承受的最大壓縮荷載，需要人工制作的砂棒[5]進(jìn)行檢測，制作砂棒過程復(fù)雜，影響因素較多。為此根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程，選取不同影響因素進(jìn)行分析，通過分析試樣不同壓實(shí)時間及壓實(shí)方法、不同磨平程度、不同壓縮速度對其抗壓強(qiáng)度的影響，找出樹脂涂敷砂有效檢測措施，提高樹脂涂敷砂檢測效率及準(zhǔn)確性。

1 實(shí)驗(yàn)流程

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

內(nèi)徑25 mm、長度100 mm的玻璃管，150 μm鋼網(wǎng)封口，恒溫水浴鍋，壓力試驗(yàn)機(jī)，磨石，砂輪磨平機(jī)，振篩機(jī)，振動桶等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度檢測準(zhǔn)確性主要取決于所制作的試樣及試驗(yàn)機(jī)壓縮速度的合理設(shè)置。實(shí)驗(yàn)主要按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)操作要求進(jìn)行，制作試樣過程復(fù)雜，主要包括選取內(nèi)徑25 mm、長度100 mm的玻璃管，底端用150 μm鋼網(wǎng)封口。取50~100 g樹脂涂敷砂加入到玻璃管中，抽真空用水飽和，振動后壓實(shí)，置于50℃恒溫水浴72 h，破管取砂棒進(jìn)行研磨。破管取砂棒實(shí)驗(yàn)操作過程復(fù)雜、自動化程度較低、影響因素較多，從而造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差。主要針對影響抗壓強(qiáng)度的4個因素壓實(shí)時間、壓實(shí)方法、磨平程度、壓縮速度來開展實(shí)驗(yàn)研究。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

影響試樣制作主要包括二個方面：一是試樣壓實(shí)時間和壓實(shí)方法；二是試樣的磨平程度。選取了不同廠家的3類樣品進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

2.1 壓實(shí)時間對抗壓強(qiáng)度的影響

實(shí)驗(yàn)測試在不同壓實(shí)時間下樹脂涂敷砂的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表1所示。

表1 試樣在不同壓實(shí)時間下的抗壓強(qiáng)度

從表1可以看出：

1）壓實(shí)過程的前6 min，隨著壓實(shí)時間的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸增大，這說明了試樣壓實(shí)程度也在增加。

2）壓實(shí)時間超過6 min以后，抗壓強(qiáng)度增幅放緩，當(dāng)壓實(shí)時間在10 min和12 min之間時，抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)無變化，這說明試樣基本壓緊。

2.2 壓實(shí)方法對抗壓強(qiáng)度的影響

由于標(biāo)準(zhǔn)沒有給出壓實(shí)的方法，現(xiàn)在樹脂涂敷砂檢測主要有二種壓實(shí)方法：一是人工垂直振動壓實(shí)，一般壓實(shí)至砂面穩(wěn)定；二是振篩機(jī)旋轉(zhuǎn)振動壓實(shí)，一般設(shè)置振動壓實(shí)時間為10 min。通過實(shí)驗(yàn)比較2種壓實(shí)方法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

從表2中可以看出，當(dāng)壓實(shí)方法為振篩機(jī)旋轉(zhuǎn)振動壓實(shí)時，其檢測數(shù)據(jù)要高于人工振動壓實(shí)，也就是人工壓實(shí)方法不能準(zhǔn)確獲得其抗壓強(qiáng)度，以后標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)推薦振篩機(jī)旋轉(zhuǎn)振動壓實(shí)。

表2 不同壓實(shí)方法下的抗壓強(qiáng)度 /MPa

2.3 試樣磨平程度對抗壓強(qiáng)度的影響

玻璃管振動壓實(shí)后,需置于50℃恒溫水浴72 h,水浴后需要人工敲碎玻璃管。標(biāo)準(zhǔn)要求截取長度為2.50 cm±0.10 cm，兩端面研磨平整并保持平行，不應(yīng)有任何缺損或裂紋。人工磨平會使砂棒長度、垂直度、平行度控制不精確，這些都會造成檢測數(shù)據(jù)平行性差，從而造成實(shí)驗(yàn)失敗。

為了改善這種狀況，設(shè)計加工了一種用于制作砂棒的模具裝置（圖1）。主要包括模具筒體、墊塊、脫模筒體、尾堵、膠圈、壓棒。砂棒兩端與尾堵內(nèi)側(cè)端之間加設(shè)至少一個墊塊，脫模筒體直徑等于模具筒體中心腔直徑。壓棒與脫模筒體直徑相當(dāng)，均采用不銹鋼材質(zhì)。墊塊為實(shí)心不銹鋼圓柱體，主要控制砂棒的長度及垂度，可以避免人工操作研磨精度低的問題，使操作方便快捷。提高了實(shí)驗(yàn)過程的自動化程度和實(shí)驗(yàn)效率。采用脫模筒體及壓棒，使取出砂棒過程更加方便快捷，提高實(shí)驗(yàn)效率，為此申請了實(shí)用新型專利。

圖1 模具裝置與實(shí)用新型專利證書

通過對人工磨平和模具裝置磨平砂樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)檢測對比，檢測數(shù)據(jù)見表3，分析磨平程度對抗壓強(qiáng)度的影響。

表3 不同磨平方法下的抗壓強(qiáng)度 /MPa

從表3中可以看出，人工磨平方法對檢測數(shù)據(jù)影響較大。對于樣品A和C來說，由于人工磨平方法的影響，其檢測結(jié)果為邊緣數(shù)據(jù)，這對檢測判定影響較大。而使用模具裝置磨平，減少了人為操作誤差，提高了數(shù)據(jù)檢測的準(zhǔn)確性。

從圖2中可以看出，模具裝置所制作的試樣平行度、垂度均較好，而人工磨平試樣A端面比較粗糙。

圖2 不同磨平方法下的試樣

2.4 壓縮速度對抗壓強(qiáng)度的影響

檢測抗壓強(qiáng)度的主要儀器為材料壓力試驗(yàn)機(jī)，在測試抗壓強(qiáng)度時，需要設(shè)定試驗(yàn)機(jī)一個合理的壓縮速度。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及儀器設(shè)備說明書中都沒有給出合理的壓縮速度。選擇3個樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別設(shè)定壓縮速度 1、2、3、4、5、6、7、8 mm/min，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測實(shí)驗(yàn)，檢測數(shù)據(jù)見表4。

表4 壓縮速度對抗壓強(qiáng)度的影響

從表4數(shù)據(jù)可以看出：壓縮速度設(shè)定太大，砂棒較早破裂，檢測點(diǎn)未出現(xiàn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失??；壓縮速度設(shè)定太小，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時間太長，降低了勞動效率，并且壓縮速度還會影響抗壓強(qiáng)度的大小。針對壓縮速度難以確定的問題，提出了臨界壓縮速度的定義。從表4可以看出，當(dāng)壓縮速度在4~6 mm/min時，均可以檢測出抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)，為了提高勞動效率，確定臨界壓縮速度所在的范圍為4~6 mm/min。

為保證壓縮速度臨界范圍的準(zhǔn)確，又選取其他試驗(yàn)樣品進(jìn)行臨界值測試實(shí)驗(yàn)。當(dāng)取壓縮速度為5 mm/min，可以快速高效地檢測其抗壓強(qiáng)度，驗(yàn)證了臨界速度范圍的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

1）通過實(shí)驗(yàn)確定了樹脂涂敷砂制作試樣的壓實(shí)時間為10 min,可以保證樹脂涂敷砂完全壓緊，其抗壓強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。

2）通過實(shí)驗(yàn)確定了樹脂涂敷砂制作試樣的壓實(shí)方法，而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5274—2016沒有給出試樣制作時的壓實(shí)方法。通過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)利用振篩機(jī)旋轉(zhuǎn)振動壓實(shí)的方法，樣品抗壓強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。

3）使用已獲得實(shí)用新型專利實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計的模具裝置，可減少人工制作試樣所帶來的誤差，抗壓強(qiáng)度檢測成功率及準(zhǔn)確性大大提高。

4）通過多次實(shí)驗(yàn)及自身經(jīng)驗(yàn)，確定了試驗(yàn)壓力機(jī)合理的壓縮速度為5 mm/min。

另外，樣品本身的質(zhì)量、檢測人員等，都會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。樹脂涂敷砂抗壓強(qiáng)度測定受多方面因素影響，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的公正，研究工作者很有必要對影響因素做進(jìn)一步的深入剖析。

[1]張 琪.采油工程原理與設(shè)計[M].北京:石油大學(xué)出版社,2000.

[2]陳應(yīng)淋,林 愷.低溫油層涂敷砂防砂工藝研究與應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報,2001,23（3）:42-43.

[3]采油采氣專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會.樹脂涂敷砂:SY/T 5274—2016[S].北京：石油工業(yè)出版社，2017.

[4]顧軼卓,張佐光,李 敏,等.新型環(huán)氧-酚醛樹脂體系的固砂原理與技術(shù)[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報,2005,31(12):1303-1307.

[5]朱 杰,黃齊茂,潘志權(quán),等.高溫蒸汽吞吐油井用復(fù)合樹脂防砂的制備及性能研究[J].油田化學(xué),2016（4）：653-657.

Sand control is an important production measure in oilfield development,and qualified resin coated sand is one of the key factors to ensure successful sand control construction.Compressive strength is a key index for evaluating resin coated sand samples in laboratory.The testing process of compressive strength of resin coated sand is complex and there are many influencing factors in the testing process.The influences of compaction time and compaction method,smoothing degree of samples and compression speed on the compressive strength of the samples were studied by experiments.The effective testing measures of the compressive strength of resin coated sand were found out,and the testing accuracy of the compressive strength of resin coated sand detection was improved.

resino coated sand;compression strength;influence factor

張貴玲(1983-)，女，工程師，現(xiàn)主要從事油氣增產(chǎn)及檢測方面的工作和研究。

左學(xué)敏

2017-10-26