鉆井液用稠油降黏劑的研制與性能評價

韓銀府，周書勝，魏世旺

（荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000）

稠油油藏鉆井過程中，鉆井液濾液在正壓差和毛細管作用下進入儲層，與稠油混合后，由于稠油中含有膠質、瀝青質等，可作為天然乳化劑，使稠油與濾液易形成W/O型乳狀液[1-4]。稠油本身具有黏度大、流動性低的特點，且W/O型乳狀液的相間表面積以及相間表面能較大，提高了碰撞和相對滑動的概率，進一步增大了稠油流動阻力[5-6]。另外，稠油在儲層孔喉結構中存在賈敏效應，不利于稠油開采。儲層鉆開過程中，儲層稠油乳化增黏現象對后續開采效率影響甚大。因此，鉆井液用稠油降黏劑相關研究工作應得到高度重視[7]。目前，稠油降黏劑種類眾多，大多數用于完井液中，表面活性劑稠油降黏劑具有良好的降黏效果，但其缺點為高速攪拌下易起泡，不利于井控[8-9]；聚合物類稠油降黏劑用于水基鉆井液，由于其相對分子質量較大，無法有效隨著濾液進入儲層，使稠油降黏效果較差[10]。基于此，本文以苯二酚、環氧乙烷、環氧丙烷、氯磺酸為原料制備一種水基鉆井液用稠油降黏劑JN-A，通過環氧丙烷提高稠油降黏劑的抑泡效果和潤濕性，引入磺酸基團提高稠油降黏劑的抗鹽性能，應用于水基鉆井液中，評價鉆井液濾液的降黏效果。

1 實驗方法

1.1 材料與儀器

主要材料：苯二酚、氯磺酸、無水乙醇、正丁醇、氯仿、NaOH、KOH、Na2CO3，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；環氧乙烷、環氧丙烷，分析純，上海聯勝化工有限公司；改性黃原膠VIS-H、改性淀粉STARFLO、聚合物流型調節劑HPAM、聚胺抑制劑UHIB、改性植物油潤滑劑LUBE-1，工業級，荊州嘉華科技有限公司；KCl，工業級，天津市大茂化學試劑廠；現場稠油，恩平某油田。

主要儀器：Nicolet750型傅里葉變換紅外光譜儀，美國Nicolet公司；RVDV-1型數字黏度計，上海越平科學儀器有限公司；GS-0.25型高壓反應釜，威海鼎達化工機械有限公司；XDC-200型接觸角測量儀，廣州晟鼎精密儀器有限公司；DSA30S界面張力儀，德國KRUSS公司；ZNN-D6六速旋轉黏度計、SD6型六聯中壓濾失儀，青島創夢儀器有限公司；GW300-PLC變頻高溫滾子加熱爐，青島同春石油儀器有限公司。

1.2 稠油降黏劑JN-A的制備與表征

1）稱取100 g 苯二酚和0.1 g KOH（催化劑）加入反應釜中，將釜體溫度加熱至60 ℃，通過氮氣置換空氣10 min后，將環氧乙烷與環氧丙烷按比例1∶1通入反應釜中，使釜內壓力升至0.2 MPa，反應3 h后得到混合物；

2）在裝有溫度計和攪拌器的三口圓底燒瓶中加入上述混合物和300 mL氯仿，置于冰鹽冷卻體系使反應溶液溫度為-10 ℃，通入氮氣10 min后，緩慢滴加100 g 氯磺酸，攪拌條件下反應0.5 h，反應完后通過減壓蒸餾除去溶劑，并采用正丁醇萃取3次，再減壓蒸餾除去正丁醇，最終得到產品即稠油降黏劑JN-A；

3）通過紅外光譜儀對稠油降黏劑JN-A分子進行結構表征。

1.3 稠油降黏劑性能評價

水基鉆井液配方：海水+0.25% NaOH+0.2%Na2CO3+3% STARFLO+0.5% VIS-H+2% HPAM+1%UHIB+2%LUBE-1+JN-A+10% KCl（密度1.1 g·cm-3），在水基鉆井液中加入不同用量的稠油降黏劑JN-A，通過中壓濾失儀獲得鉆井液濾液，將濾液與稠油按3∶7混合，并采用數字黏度計在溫度為50 ℃下測試該乳狀液黏度。采用界面張力儀評價上述水基鉆井液濾液與稠油的界面張力，通過界面張力來分析稠油在儲層巖石孔喉流動時需要克服的毛細管力。另外，采用接觸角測量儀測試稠油在現場巖心表面的接觸角，進而分析鉆井液濾液對儲層巖石孔喉潤濕性。

1.4 降黏劑對鉆井液配伍性評價

將上述水基鉆井液中加入不同量的稠油降黏劑JN-A，置于溫度為100 ℃的滾子加熱爐熱滾16 h，參考《石油天然氣工業 鉆井液現場測試 第1部分：水基鉆井液》（GB/T16783.1—2014）規定的測試程序，對熱滾后的鉆井液流變性和濾失量進行測定。

2 結果與討論

2.1 稠油降黏劑JN-A結構表征

稠油降黏劑JN-A結構表征見圖1。

圖1 稠油降黏劑JN-A紅外光譜圖

由圖1可知，3 330 cm-1左右出現—OH的振動吸收峰；1 080、1 230 cm-1左右分別出現脂肪族醚和芳香醚的特征吸收峰；3 000、700、1 480 cm-1左右分別出現芳環上C—H伸縮振動峰和彎曲振動吸收峰、芳環上骨架碳碳雙鍵特性吸附峰；1 170 cm-1左右出現磺酸基的特征吸收峰。根據以上分析可知，合成產物即為目標產物。

2.2 稠油降黏劑JN-A對稠油黏度的影響

在水基鉆井液中加入不同用量的稠油降黏劑JN-A，通過該鉆井液濾液與稠油混合，評價稠油降黏劑JN-A對稠油黏度的影響，結果見圖2。由圖2可知，未含稠油降黏劑JN-A水基鉆井液的濾液與稠油形成的乳狀液的黏度為983.4 mPa·s，而稠油原始黏度為431.5 mPa·s，表明乳化后的稠油黏度出現明顯的上漲，這是由于稠油中含有的膠質、瀝青質等作為天然乳化劑，使稠油與濾液形成W/O型乳狀液，提高了乳狀液的黏度；隨著稠油降黏劑JN-A加量增加，使濾液與稠油所形成乳狀液的黏度顯著降低，由于稠油降黏劑JN-A特性使W/O型乳狀液轉為O/W型乳狀液，由于水相黏度低、滑動阻力小，稠油的黏度顯著降低[11]。當稠油降黏劑JN-A加量為3%時，此時稠油黏度僅為75.1 mPa·s，其降黏率高達91.97%，表明稠油降黏劑JN-A具有優異的降黏效果。

圖2 稠油降黏劑JN-A對稠油黏度的影響

2.3 稠油降黏劑對濾液-稠油界面張力的影響

先制備未含或含有3%稠油降黏劑JN-A的水基鉆井液，獲得鉆井液濾液，將濾液分別裝入界面張力儀的樣品管中，滴入稠油原樣，測試濾液-稠油界面張力，結果見圖3。

圖3 濾液-稠油界面張力圖

油滴越“扁”，則油滴直徑（D）越小，這表明濾液-稠油界面張力變小[12]。由圖3可知，加入3%稠油降黏劑JN-A后，油滴直徑（D）變小，濾液-稠油界面張力顯著降低。界面張力儀測出2組實驗中濾液-稠油界面張力分別為5.53 mN·m-1和0.51 mN·m-1，說明稠油降黏劑JN-A的加入可使稠油在儲層孔喉流動阻力顯著降低。

2.4 稠油降黏劑JN-A對巖心潤濕性能的影響

先制備未含或含有3%稠油降黏劑JN-A的水基鉆井液，獲得鉆井液濾液，將巖心浸泡在濾液中3 h，置于溫度為70 ℃的烘箱中烘干，測試稠油與處理后的巖心的接觸角，結果見圖4。由圖4可知，含有稠油降黏劑JN-A的濾液明顯提高了巖石的親水性能，稠油降黏劑JN-A使稠油在巖心的接觸角增大，說明稠油降黏劑JN-A能降低儲層巖心孔喉對稠油的黏附性，有利于稠油油藏的開采。

圖4 巖心潤濕性能評價

2.5 稠油降黏劑JN-A對水基鉆井液性能的影響

在水基鉆井液中分別加入稠油降黏劑JN-A，熱滾后測試其流變性和濾失量，結果見表1。

表1 稠油降黏劑JN-A與水基鉆井液的配伍性

由表1可知，稠油降黏劑JN-A加入對水基鉆井液流變性和濾失性能影響較小，且無起泡現象，表明稠油降黏劑JN-A與水基鉆井液具有良好的配伍性。

3 結 論

1）稠油原始黏度為431.5 mPa·s，水基鉆井液的濾液與稠油形成W/O型乳狀液，使稠油的黏度上升至983.4 mPa·s，增大了稠油開采難點。本文以苯二酚、環氧乙烷、環氧丙烷、氯磺酸為原料制備一種水基鉆井液用稠油降黏劑JN-A，應用于水基鉆井液中，稠油降黏劑JN-A使W/O型乳狀液轉為O/W型乳狀液，由于水相黏度低、滑動阻力小，使稠油黏度顯著降低，稠油降黏劑JN-A表現出優異的降黏效果。

2）稠油降黏劑JN-A使濾液-稠油界面張力顯著降低，可使稠油在儲層孔喉中的流動阻力顯著降低；稠油降黏劑JN-A使稠油在巖心的接觸角增大，表明稠油降黏劑JN-A能降低儲層巖心孔喉對稠油的黏附性，有利于稠油油藏的開采。