沸石在无机胶凝防砂材料中的应用

摘要：为解决现今油田普遍的出砂问题，本文采用了一种化学堵剂的方法，在无机胶凝防砂材料中加入沸石制成复合材料，为研究其固结特性，设置了多个实验组研究其渗透率和抗压强度。

目前，我国的大部分油田普遍存在出砂问题，其中以疏松砂岩油藏的出砂较为严重。化学防砂是应用广泛的一种工艺，即将可胶结的填充材料制成砂浆，对亏空地层进行积压充填，在套管外形成密实的充填层，砂浆固结后形成高强度、透气性好的挡砂屏障。如何提高防砂材料的性能是防砂材料的研究要点。

沸石是分布广泛的多种沉积岩矿物，其独特的吸附、离子交换和催化性能为沸石的利用提供广阔前景。它可以使水泥石的水化更加充分，提高密实度和强度。

本实验室用沸石添加到无机胶凝材料中，得到复合胶凝材料。由于两种材料密度接近，能混合均匀，无明显的重力分异性，能较准确测量其对胶凝时间、渗透率及抗压强度的影响。粗颗粒无机胶凝材料形成水泥石骨架，其孔道是由颗粒间的间隙形成的，主要用于大孔道堵塞、人工井壁防砂。

1 无机防砂材料固结特性实验研究

（1）固结体的制备。

（2）渗透率的测定。

（3）抗压强度的测定。

实验过程中设定3根实验玻璃管，分别为：

①纯粗胶凝材料；

②粗胶凝材料：沸石=1:1；

③粗胶凝材料：沸石=2:1。

将3根管在35℃-90℃条件下固结不同时间。

2 实验结果及分析

（1）温度对固结体强度的影响。将配好的3组固结体，在不同温度下水浴固结36小时后，将固结体置于红外干燥烘箱中烘干48小时，测其抗压强度。

表1 36h后不同温度固结体的抗压强度

由表中数据得出加入沸石后，除了35℃、40℃、45℃个别低温点，强度都比纯胶凝材料大一些，特别是配比为2:1的一组增加明显。沸石颗粒填充在胶凝材料颗粒的间隙，是使其密实性提高的缘故。

（2）时间和温度对固结体渗透率的影响。在样品制备放入水浴箱后分别经过12小时、24小时、36小时计算出固结体的渗透率。

表2 60℃下时间对固结体渗透率的影响

由表中可知，渗透率随时间的推移基本呈现下降的趋势，随温度的升高逐渐增加，但在高温时有反常情况出现。加入沸石后，初凝时间基本上没有影响，略有下降。同一温度和时间下，加入沸石的固结体渗透率比纯胶体材料低，下降的范围分别为40%~50%和23%~29%。由图可以看出，渗透率较高的为80℃下36h下纯粗粒径复合材料固结体198.814um²。渗透率较低的为40℃下36h下粗粒径复合材料与沸石为2：1的固结体为4.7um²。纯固结体曲线方程近似为P(y)=3.4e^0.52x,其中x=(T-30)/5，受温度的影响大。2号管的曲线方程是P(y)=3.24e^0.38x，3号管的曲线方程是P(y)=2.0e^0.38x。

3 结论

（1）据抗压强度实验得出同种条件下，胶凝材料：沸石=2:1时抗压强度高。

（2）由无机胶凝材料颗粒作为骨料配以相应沸石辅料制成的人造岩心具有良好的渗透性和一定的抗压强度，可以用作防砂材料。

（3）由此研制的防砂剂对温度具有良好适应性，从常温至80℃，均可固结为渗透性好又有一定强度的岩石固结体，因此作为防砂材料具有良好的适应性。