恩平稠油油藏完井液用乳化降黏剂研究

苗海龙，周书胜，李怀科，狄明利，陈缘博，王超群*

(1.中海油服油田化学事业部油化研究院，河北 三河 065200；2.荆州嘉华科技有限公司，湖北 荆州 434000；3.中海油服油田化学事业部深圳作业公司，广东 深圳 518000)

隐形酸完井液是一种水溶性盐溶液，既能在完井作业过程中使用，又能有效地疏通储层孔道，具有良好的保护油气层效果[1]。对于稠油储层，在作业过程中，完井液在压差作用下进入储层与稠油混合后易形成W/O型乳状液[2]，导致原油黏度增大[3-5]，流动性能变差。此外，毛管力及贾敏效应的作用会导致稠油在储层孔喉结构中流动阻力增大，致使开采难度增加[6-7]。基于上述问题，笔者针对恩平某油田的稠油进行了乳化降黏研究，通过外加表面活性剂改变乳状液类型[8]，实现降低稠油流动阻力的目的。以往研究中通常采用非离子型表面活性剂作为降黏剂，但是该类表面活性剂具有起泡性[9]，溶于完井液后存在一定的井控风险。本工作通过引入环氧丙烷改性制得一种新型非离子表面活性剂SE-1，该表面活性剂具良好的抑泡效果和润湿性，与磺酸盐阴离子表面活性剂复配后得到一种耐温、耐盐[10]的稠油降黏剂SE-2。以此降黏剂与隐形酸完井液构建了一种适合南海稠油油藏的稠油降黏完井液体系，评价了该完井液体系的效果。

1 实 验

1.1 主要试剂及仪器

烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、氢氧化钠、石油醚、异丙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；环氧丙烷，分析纯，上海化学试剂公司。

Nicolet750型傅里叶变换红外光谱仪，美国PE公司；AVANCE Ⅲ型核磁共振波谱仪，德国Bruker公司；DV-T2型数字黏度计，上海尼润智能科技有限公司；TX500C旋转滴界面张力仪、JC2000C1型接触角测量仪，上海中晨数字技术设备有限公司；Olympas BX-51显微镜，日本Olympus公司。

1.2 SE-1的合成

在反应釜中加入一定量的烷基酚聚氧乙烯醚和少量催化剂NaOH，在搅拌条件下通氮气(纯度≥99.9%)。空气被置换完时，关闭氮气，通入环氧丙烷至釜内压力为0.25 MPa。将反应釜温度升高至140 ℃进行反应3 h，得到非离子表面活性剂SE-1粗产物。将粗产物加入异丙醇水溶液中(异丙醇和水的质量比为2∶1)，采用石油醚萃取3次后，减压蒸馏、真空干燥得到SE-1精品。

1.3 SE-1结构表征

对提纯后的SE-1进行红外光谱和1H NMR谱测定。

2 结果与讨论

2.1 SE-1表征

SE-1红外光谱见图1。图1中，在 3 351 cm-1处出现末端OH的伸缩振动峰；690 cm-1处出现苯环上C—H的变形振动吸收峰；1 619 cm-1处出现苯环上C=C的伸缩振动吸收峰；1 100 cm-1处出现脂肪族醚C—O—C不对称吸收峰；1 250 cm-1处出现芳香醚的吸收峰；2 970 cm-1处出现甲基C—H伸缩振动峰。分析可知合成产物为目标产物。

图1 SE-1的红外光谱

SE-1的1H NMR谱见图2。由图2可知，化学位移0.85～0.95处为环氧丙烷链节中甲基的质子峰，化学位移4.1～4.3处为聚醚分子中亚甲基和次甲基的质子峰，化学位移7.3处为苯环上的质子峰，化学位移1.3处为长碳链中亚甲基的质子峰。分析可知合成产物为目标产物。

图2 SE-1的1H NMR谱

2.2 完井液侵入量对稠油黏度的影响

先将恩平某油田稠油用脱水仪密闭脱水至含水率(质量分数)小于1.0%，再与完井液(隐形酸完井液配方：模拟海水+1.0%隐形酸HTA+2.0%黏土稳定剂HTW+2.0%缓蚀剂CA101+KCl(加重至1.10 g/cm3)，处理剂以质量浓度加入)按不同质量分数混合充分搅拌制得混合油样，用NDJ-1型旋转黏度计在75 ℃(储层温度)下测其黏度，结果见图3。

图3 完井液与恩平某油田稠油不同比例状态下的黏度

由图3可知，当完井液侵入量为0～20%时，完井液液滴间隔较大,其相互作用只能借助稠油速度场的相互作用而表现出来，因此混合油相黏度上涨缓慢。当完井液侵入量为30%～60%时，完井液水相增大促使W/O型乳状液浓度随之增大，使得相间表面积以及相间表面能增大，易发生液滴间的碰撞和相对滑动，因此混合油相黏度呈线性关系上涨；完井液侵入量大于60%时，混合油相黏度下降显著，并且随完井液侵入量增大时，搅拌均匀后的油相析出水液随之逐渐增大，这表明稠油中的天然乳化剂使混合油相乳化形成W/O型乳状液能力有限，游离态水黏度小，导致混合油相的黏度降低。

2.3 乳化降黏剂SE-2性能评价

将不同质量比的非离子表面活性剂SE-1和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)混合均匀，复配出乳化降黏剂SE-2。将含1% SE-2的上述完井液与稠油按不同质量比混合，测试其黏度(见图4)，筛选乳化降黏剂SE-2配方。从图4可知，将SE-1、SDBS质量比定为4∶1作为乳化降黏剂SE-2配方为宜。

图4 不同SE-1含量对SE-2性能的影响

2.4 乳化降黏剂的起泡性能评价

分别将2 g乳化降黏剂SE-2、LP-38(市售、直链烷基酚聚氧乙烯醚)、EF-77(市售、烷基醇聚氧乙烯醚磺酸盐)加入在200 mL完井液中，将其倒入混调器中[11]，在一定转速下混调30 s，测量初始的起泡高度H0和5 min后的泡沫高度H1，结果见表1。

表1 乳化降黏剂的起泡性能评价

由表1可知，乳化降黏剂EF-77在完井液中的起泡率最大，LP-38次之，SE-2最小。这表明非离子表面活性剂起泡率低于离子型表面活性剂，环氧丙烷改性可抑制乳化降黏剂的起泡率。

2.5 乳化降黏剂的筛选

为了降低稠油-完井液界面张力以及乳化后稠油黏度，分别对乳化降黏剂SE-2、EF-77、LP-38进行筛选，测试加入质量分数为1%乳化降黏剂的完井液与稠油混合后黏度，结果见图5。

图5 含1%乳化降黏剂的完井液与稠油不同质量分数的黏度

由图5可知，75 ℃下含1%非离子表面活性剂LP-38的完井液与稠油混合，对比空白而言，混合油相黏度反而增大。由于LP-38抗温性能差，储层温度高于其相转变温度，混合油相易转变为W/O型乳液；含SE-2的完井液搅拌下未见明显起泡现象，与稠油混合后，混合油相黏度显著下降。这表明乳化降黏剂SE-2使混合油相转为O/W型乳液，降低了稠油-水界面张力并阻止乳状液聚集，提高O/W型乳液的稳定性，非离子表面活性剂中的氧原子与完井液中的氢离子结合增强了非/阴2种表面活性剂协同降黏效果。含EF-77的完井液与稠油混合后，混合油相黏度下降明显，但起泡现象较为严重，不利于井控。

2.6 乳化降黏剂的浊点测试

按照GB/T 5559—93分别测试乳化降黏剂(LP-38、SE-1、SE-2)在蒸馏水中的浊点。测试结果见表2。

表2 乳化降黏剂的浊点评价

由表2可知，乳化降黏剂LP-38浊点只有68 ℃，75 ℃下对乳化后稠油黏度的降黏率低，SE-1的浊点为74 ℃，SE-2的浊点大于90 ℃，这表明磺酸盐阴离子表面活性剂提高了非离子表面活性剂的浊点。

2.7 乳化降黏剂对稠油-水界面张力的影响

稠油-水界面张力大小直接影响稠油在孔喉的毛细管力。克服毛细管力、提高稠油流动，则需降低稠油-水界面张力，界面张力越小，稠油更易变形[12]，采用界面张力仪Model TX500C评价含不同浓度的乳化降黏剂SE-2的完井液与稠油的界面张力，结果见图6、表3。

图6 含不同质量分数SE-2的完井液与稠油的界面张力

表3 含不同质量分数SE-2的完井液与稠油的界面张力

稠油油滴在含有一定浓度SE-2的完井液中，在试样管高速旋转，油滴由圆球形被拉伸为长条后趋于稳定(图6)。油滴越“扁”，这表示油滴直径越小，则油水界面张力随之降低[13]。由图6可知，随着SE-2浓度增大，SE-2中的表面活性剂分子更加紧密排列在油水界面上，非离子表面活性剂使阴离子表面活性剂的离子头斥力减弱[14]。非离子表面活性剂亲水基团的氧原子通过氢键与H3O+结合，使其带正电，与阴离子表面活性剂的互相作用增强，使SE-2具有很高的活性，更好地降低其界面张力。油滴直径越小，表明SE-2加入显著地降低了完井液与稠油的界面张力，这与表3结论一致。

2.8 稠油降黏完井液的润湿性

稠油降黏完井液配方：模拟海水+1.0%隐形酸HTA+2.0%黏土稳定剂HTW+2.0%缓蚀剂CA101+1%SE-2(乳化降黏剂)+KCl(加重至1.10 g/cm3)

采用接触角测量仪(上海中晨数字技术设备有限公司出品)评价完井液、稠油降黏完井液对恩平某油田岩心的润湿性能。恩平某油田岩心在稠油降黏完井液中浸泡2 h，75 ℃烘干，分别测试稠油、蒸馏水与处理后的岩心的接触角，测试结果见图7和表4。

图7 稠油降黏完井液对岩心的润湿性能评价

表4 稠油降黏完井液对岩心的润湿性能评价

稠油在储层孔喉中流动阻力与岩石的润湿性密切相关。亲油岩石会增大稠油在储层孔喉中流动阻力，增大SE-2提高岩石的亲水性，使稠油与岩石的润湿接触角增加，降低稠油对岩石表面的黏附力。从图7和表4可知，对于完井液而言，稠油降黏完井液提高了恩平某油田岩心亲水性。这表明乳化降黏剂SE-2具有优异的润湿性，能改变岩石原有的性质，有利于将原油与岩石进行分离，提高洗油效率和采收率。

2.9 乳状液结构特征

用Olympas BX-51显微镜分析完井液、稠油降黏完井液与稠油按4∶6(质量比)混合乳化后的微观结构，稠油乳状液中油水分布状态见图8。

图8 乳状液显微镜成像

由图8可以看出，加入SE-2之前，稠油与完井液混合后可以形成 W/O型乳状液，其黏度较大。加入质量分数为1% SE-2之后，稠油与稠油降黏完井液混合后可以形成O/W型乳状液，乳状液外相为水时，稠油黏度会显著下降，大大改善稠油在孔喉中的流动性。

2.10 稠油降黏完井液与储层的配伍性

2.10.1 与储层岩石的配伍性

室内评价稠油降黏完井液对恩平某油田储层岩心粉末的防膨率，其防膨率高达90%。表明稠油降黏完井液与恩平某油田储层岩心有良好的配伍性。

2.10.2 与地层水的配伍性

将稠油降黏完井液与恩平某油田地层水按不同比例混合，在温度为75 ℃的烘箱中静置1 d，用SZD-1型散射光台式浑浊计(上海市自来水公司节水设备总厂)测试浊度值。实验发现，75 ℃下不同比例的稠油降黏完井液与地层水静置1 d后，溶液澄清、无沉淀，浊度值均很小，表明稠油降黏完井液与地层水的配伍性良好。

2.10.3 稠油降黏完井液的腐蚀性能

参照SY 5273—91中静态挂片失重法，腐蚀对象为N80钢，其腐蚀速率仅为0.072 mm/a，且为均匀腐蚀，符合工程要求。

2.10.4 储层保护性能

恩平某油田储层岩心渗透率恢复值评价方法参考SY/T 6540—2002进行，实验测得岩心渗透率恢复值为99.1%，可见稠油降黏完井液具有良好储层保护性能。

3 结 论

a.非离子表面活性剂中引入环氧丙烷，再与一定量的磺酸盐阴离子表面活性剂进行复配制得乳化降黏剂SE-2。该乳化降黏剂具有表面活性高、浊点高、耐盐性能强、起泡率低的特点，克服了非离子表面活性剂浊点低、阴离子表面活性剂抗盐性能差的缺点。

b.稠油降黏完井液使混合油相转为稳定的O/W型乳液，使混合油相的黏度显著降低，并降低了稠油-水界面张力致使稠油在储层孔喉中流动阻力减小以及提高岩石的亲水性，降低稠油对岩石表面的黏附力，有利于将原油与岩石进行分离。

c.稠油降黏完井液与储层岩石、地层水具有良好的配伍性，储层保护性能优异，对N80钢腐蚀为均匀腐蚀，腐蚀速率小，可满足工程要求。