影響樹脂涂敷砂抗壓強度檢測準確性的因素分析

張貴玲

中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院 （山東 東營 257000）

影響樹脂涂敷砂抗壓強度檢測準確性的因素分析

張貴玲

中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院 （山東 東營 257000）

防砂是油田開發的一項重要生產措施，合格的樹脂涂敷砂是保障防砂施工成功的關鍵因素之一。通過樣品檢測判定樹脂涂敷砂是否合格，抗壓強度是實驗室評價樹脂涂敷砂一個關鍵指標，樹脂涂敷砂抗壓強度檢測過程復雜，影響因素較多。根據實驗流程，選取不同影響因素進行分析，通過分析試樣不同壓實時間及壓實方法、不同磨平程度、不同壓縮速度對其抗壓強度的影響，找出樹脂涂敷砂有效檢測措施，提高樹脂涂敷砂檢測準確性。

樹脂涂敷砂；抗壓強度；影響因素

在油田開發生產過程中，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，因而得到了廣泛應用[2]。合格的樹脂涂敷砂是保障防砂施工成功的關鍵因素之一。目前樹脂涂敷砂使用的是常規檢測方法。根據行業標準SY/T 5274—2016《樹脂涂敷砂技術要求》[3]中規定，檢測項目主要包括圓度、球度、濁度、抗壓強度、抗折強度、樹脂涂敷率、顆粒分散率等7項指標。抗壓強度[4]是實驗室評價樹脂涂敷砂一個關鍵指標，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]進行檢測，制作砂棒過程復雜，影響因素較多。為此根據實驗流程，選取不同影響因素進行分析，通過分析試樣不同壓實時間及壓實方法、不同磨平程度、不同壓縮速度對其抗壓強度的影響，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確性。

1 實驗流程

1.1 實驗準備

內徑25 mm、長度100 mm的玻璃管，150 μm鋼網封口，恒溫水浴鍋，壓力試驗機，磨石，砂輪磨平機，振篩機，振動桶等。

1.2 實驗方法

抗壓強度檢測準確性主要取決于所制作的試樣及試驗機壓縮速度的合理設置。實驗主要按照行業標準相關操作要求進行，制作試樣過程復雜，主要包括選取內徑25 mm、長度100 mm的玻璃管，底端用150 μm鋼網封口。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，置于50℃恒溫水浴72 h，破管取砂棒進行研磨。破管取砂棒實驗操作過程復雜、自動化程度較低、影響因素較多，從而造成實驗數據準確性差。主要針對影響抗壓強度的4個因素壓實時間、壓實方法、磨平程度、壓縮速度來開展實驗研究。

2 實驗結果及分析

影響試樣制作主要包括二個方面：一是試樣壓實時間和壓實方法；二是試樣的磨平程度。選取了不同廠家的3類樣品進行了相關實驗。

2.1 壓實時間對抗壓強度的影響

實驗測試在不同壓實時間下樹脂涂敷砂的抗壓強度，結果如表1所示。

表1 試樣在不同壓實時間下的抗壓強度

從表1可以看出：

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

2）壓實時間超過6 min以后，抗壓強度增幅放緩，當壓實時間在10 min和12 min之間時，抗壓強度數據無變化，這說明試樣基本壓緊。

2.2 壓實方法對抗壓強度的影響

由于標準沒有給出壓實的方法，現在樹脂涂敷砂檢測主要有二種壓實方法：一是人工垂直振動壓實，一般壓實至砂面穩定；二是振篩機旋轉振動壓實，一般設置振動壓實時間為10 min。通過實驗比較2種壓實方法對實驗結果的影響。

從表2中可以看出，當壓實方法為振篩機旋轉振動壓實時，其檢測數據要高于人工振動壓實，也就是人工壓實方法不能準確獲得其抗壓強度，以后標準應推薦振篩機旋轉振動壓實。

表2 不同壓實方法下的抗壓強度 /MPa

2.3 試樣磨平程度對抗壓強度的影響

玻璃管振動壓實后,需置于50℃恒溫水浴72 h,水浴后需要人工敲碎玻璃管。標準要求截取長度為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據平行性差，從而造成實驗失敗。

為了改善這種狀況，設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。砂棒兩端與尾堵內側端之間加設至少一個墊塊，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，均采用不銹鋼材質。墊塊為實心不銹鋼圓柱體，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。提高了實驗過程的自動化程度和實驗效率。采用脫模筒體及壓棒，使取出砂棒過程更加方便快捷，提高實驗效率，為此申請了實用新型專利。

圖1 模具裝置與實用新型專利證書

通過對人工磨平和模具裝置磨平砂樣進行抗壓強度數據檢測對比，檢測數據見表3，分析磨平程度對抗壓強度的影響。

表3 不同磨平方法下的抗壓強度 /MPa

從表3中可以看出，人工磨平方法對檢測數據影響較大。對于樣品A和C來說，由于人工磨平方法的影響，其檢測結果為邊緣數據，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，提高了數據檢測的準確性。

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 壓縮速度對抗壓強度的影響

檢測抗壓強度的主要儀器為材料壓力試驗機，在測試抗壓強度時，需要設定試驗機一個合理的壓縮速度。行業標準及儀器設備說明書中都沒有給出合理的壓縮速度。選擇3個樣品進行實驗，分別設定壓縮速度 1、2、3、4、5、6、7、8 mm/min，進行抗壓強度檢測實驗，檢測數據見表4。

表4 壓縮速度對抗壓強度的影響

從表4數據可以看出：壓縮速度設定太大，砂棒較早破裂，檢測點未出現，導致實驗失敗；壓縮速度設定太小，導致實驗時間太長，降低了勞動效率，并且壓縮速度還會影響抗壓強度的大小。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，當壓縮速度在4~6 mm/min時，均可以檢測出抗壓強度數據，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確，又選取其他試驗樣品進行臨界值測試實驗。當取壓縮速度為5 mm/min，可以快速高效地檢測其抗壓強度，驗證了臨界速度范圍的準確性。

3 結論

1）通過實驗確定了樹脂涂敷砂制作試樣的壓實時間為10 min,可以保證樹脂涂敷砂完全壓緊，其抗壓強度檢測數據比較穩定。

2）通過實驗確定了樹脂涂敷砂制作試樣的壓實方法，而行業標準SY/T 5274—2016沒有給出試樣制作時的壓實方法。通過多次實驗發現利用振篩機旋轉振動壓實的方法，樣品抗壓強度檢測數據比較穩定。

3）使用已獲得實用新型專利實驗室自行設計的模具裝置，可減少人工制作試樣所帶來的誤差，抗壓強度檢測成功率及準確性大大提高。

4）通過多次實驗及自身經驗，確定了試驗壓力機合理的壓縮速度為5 mm/min。

另外，樣品本身的質量、檢測人員等，都會對檢測結果產生影響。樹脂涂敷砂抗壓強度測定受多方面因素影響，為了保證實驗結果的公正，研究工作者很有必要對影響因素做進一步的深入剖析。

[1]張 琪.采油工程原理與設計[M].北京:石油大學出版社,2000.

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

[3]采油采氣專業標準化委員會.樹脂涂敷砂:SY/T 5274—2016[S].北京：石油工業出版社，2017.

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

[5]朱 杰,黃齊茂,潘志權,等.高溫蒸汽吞吐油井用復合樹脂防砂的制備及性能研究[J].油田化學,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，現主要從事油氣增產及檢測方面的工作和研究。

左學敏

2017-10-26