一种自生成泡沫-树脂复合砂固结系统的开发与评估，用于海上石油储层

《PLOS One》：Development and evaluation of a self-generated foam–resin composite sand consolidation system for offshore oil reservoirs

　　泡沫-树脂复合材料在海上重油开发中的沙控制应用研究。通过可控气体生成与MF树脂固化的协同作用，解决了传统方法在细颗粒、高盐分地层适应性差的问题。实验室优化配方显示，系统抗压强度>7MPa，渗透率~4μm2，90℃高温下仍保持稳定，动态水力冲刷下砂产率<0.1%。

　　
中国近海重质原油开发面临日益严峻的砂体运移问题。随着注水开发年限延长，渤海湾油田含水率已突破80%临界值，导致储层砂粒流动加剧。传统机械堵砂技术存在适用性差、施工复杂等缺陷，而化学堵砂材料在高温高盐环境下易发生降解。本研究通过创新性融合自主发泡技术与 MF 环氧树脂体系，成功构建出具备多重技术优势的复合堵砂系统。

研究团队采用分阶段实验策略，首先建立自主发泡体系。通过调控亚硝酸钠与氯化铵的摩尔比（1.0:1.1）、催化剂浓度（2.5wt%）等关键参数，实现了可控气体生成。温度敏感性测试表明，体系在60℃以上反应速率提升3倍，气产量增加40%。特别开发的20204型表面活性剂，在5000mg/L浓度下展现出超低界面张力（<10mN/m），泡沫半衰期达442秒，较传统泡沫材料提升5倍以上稳定性。

树脂体系筛选方面，通过对比环氧、酚醛、脲醛及 MF 树脂性能，发现MF树脂在7MPa以上抗压强度时仍保持4μm2级渗透率。优化后的25% MF树脂配方，配合1%的专用固化剂，在60-90℃温度区间内形成致密三维网络结构。创新性引入KH-550硅烷偶联剂，通过建立Si-O-Si键桥（接触面积提升60%），实现树脂与石英砂的分子级结合，使界面剪切强度提高至3.2MPa。

复合系统验证显示，在90℃高温、3.5% NaCl高矿化度环境（模拟 Persian Gulf 储层条件）下，堵砂管柱持续运行120天未出现砂粒流失。动态水力冲击试验表明，经过处理的砂体在0.5MPa压差下仍保持98%完整性，抗压强度达7.8MPa，较传统水泥基材料提升30%。选择性粘附特性使管柱表面保持清洁，而井壁砂体形成连续致密保护层。

技术突破体现在三个方面：一是自主发泡系统突破传统外源供气限制，发泡效率达85%；二是开发双功能固化剂，既加速树脂交联又抑制副反应；三是创新界面强化机制，通过纳米级硅烷键桥实现树脂-砂体分子级结合。该技术成功解决了高含水率（>80%）环境下堵砂材料易失效、管柱易磨损的技术瓶颈。

经济性分析显示，单井年维护成本降低42%，作业周期延长3倍。环保评估表明，材料降解产物中重金属含量低于GB5085.3标准限值50倍。现场应用数据表明，在胜利油田某区块应用后，油井产量稳定提升18%，检泵周期从800天延长至3200天，累计节约作业成本2800万元。

该技术体系开创了智能堵砂新范式：通过自主发泡实现剂液精准控制（定位误差<2cm），微胶囊缓释技术使树脂寿命延长至6个月以上，纳米改性使材料具备自修复功能（裂纹宽度<50μm时自愈合率>80%）。未来将拓展至CO2驱油体系，研究表明在8MPa压力下仍保持有效封堵性能，为非常规油气开发提供新解决方案。