恩平稠油油藏完井液用乳化降黏劑研究

苗海龍，周書(shū)勝，李懷科，狄明利，陳緣博，王超群*

(1.中海油服油田化學(xué)事業(yè)部油化研究院，河北 三河 065200；2.荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000；3.中海油服油田化學(xué)事業(yè)部深圳作業(yè)公司，廣東 深圳 518000)

隱形酸完井液是一種水溶性鹽溶液，既能在完井作業(yè)過(guò)程中使用，又能有效地疏通儲(chǔ)層孔道，具有良好的保護(hù)油氣層效果[1]。對(duì)于稠油儲(chǔ)層，在作業(yè)過(guò)程中，完井液在壓差作用下進(jìn)入儲(chǔ)層與稠油混合后易形成W/O型乳狀液[2]，導(dǎo)致原油黏度增大[3-5]，流動(dòng)性能變差。此外，毛管力及賈敏效應(yīng)的作用會(huì)導(dǎo)致稠油在儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)中流動(dòng)阻力增大，致使開(kāi)采難度增加[6-7]?；谏鲜鰡?wèn)題，筆者針對(duì)恩平某油田的稠油進(jìn)行了乳化降黏研究，通過(guò)外加表面活性劑改變?nèi)闋钜侯愋蚚8]，實(shí)現(xiàn)降低稠油流動(dòng)阻力的目的。以往研究中通常采用非離子型表面活性劑作為降黏劑，但是該類表面活性劑具有起泡性[9]，溶于完井液后存在一定的井控風(fēng)險(xiǎn)。本工作通過(guò)引入環(huán)氧丙烷改性制得一種新型非離子表面活性劑SE-1，該表面活性劑具良好的抑泡效果和潤(rùn)濕性，與磺酸鹽陰離子表面活性劑復(fù)配后得到一種耐溫、耐鹽[10]的稠油降黏劑SE-2。以此降黏劑與隱形酸完井液構(gòu)建了一種適合南海稠油油藏的稠油降黏完井液體系，評(píng)價(jià)了該完井液體系的效果。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要試劑及儀器

烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鈉、氫氧化鈉、石油醚、異丙醇，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；環(huán)氧丙烷，分析純，上海化學(xué)試劑公司。

Nicolet750型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)PE公司；AVANCE Ⅲ型核磁共振波譜儀，德國(guó)Bruker公司；DV-T2型數(shù)字黏度計(jì)，上海尼潤(rùn)智能科技有限公司；TX500C旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀、JC2000C1型接觸角測(cè)量?jī)x，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司；Olympas BX-51顯微鏡，日本Olympus公司。

1.2 SE-1的合成

在反應(yīng)釜中加入一定量的烷基酚聚氧乙烯醚和少量催化劑NaOH，在攪拌條件下通氮?dú)?純度≥99.9%)?？諝獗恢脫Q完時(shí)，關(guān)閉氮?dú)?，通入環(huán)氧丙烷至釜內(nèi)壓力為0.25 MPa。將反應(yīng)釜溫度升高至140 ℃進(jìn)行反應(yīng)3 h，得到非離子表面活性劑SE-1粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物加入異丙醇水溶液中(異丙醇和水的質(zhì)量比為2∶1)，采用石油醚萃取3次后，減壓蒸餾、真空干燥得到SE-1精品。

1.3 SE-1結(jié)構(gòu)表征

對(duì)提純后的SE-1進(jìn)行紅外光譜和1H NMR譜測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 SE-1表征

SE-1紅外光譜見(jiàn)圖1。圖1中，在 3 351 cm-1處出現(xiàn)末端OH的伸縮振動(dòng)峰；690 cm-1處出現(xiàn)苯環(huán)上C—H的變形振動(dòng)吸收峰；1 619 cm-1處出現(xiàn)苯環(huán)上C=C的伸縮振動(dòng)吸收峰；1 100 cm-1處出現(xiàn)脂肪族醚C—O—C不對(duì)稱吸收峰；1 250 cm-1處出現(xiàn)芳香醚的吸收峰；2 970 cm-1處出現(xiàn)甲基C—H伸縮振動(dòng)峰。分析可知合成產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物。

圖1 SE-1的紅外光譜

SE-1的1H NMR譜見(jiàn)圖2。由圖2可知，化學(xué)位移0.85～0.95處為環(huán)氧丙烷鏈節(jié)中甲基的質(zhì)子峰，化學(xué)位移4.1～4.3處為聚醚分子中亞甲基和次甲基的質(zhì)子峰，化學(xué)位移7.3處為苯環(huán)上的質(zhì)子峰，化學(xué)位移1.3處為長(zhǎng)碳鏈中亞甲基的質(zhì)子峰。分析可知合成產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物。

圖2 SE-1的1H NMR譜

2.2 完井液侵入量對(duì)稠油黏度的影響

先將恩平某油田稠油用脫水儀密閉脫水至含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))小于1.0%，再與完井液(隱形酸完井液配方：模擬海水+1.0%隱形酸HTA+2.0%黏土穩(wěn)定劑HTW+2.0%緩蝕劑CA101+KCl(加重至1.10 g/cm3)，處理劑以質(zhì)量濃度加入)按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合充分?jǐn)嚢柚频没旌嫌蜆樱肗DJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)在75 ℃(儲(chǔ)層溫度)下測(cè)其黏度，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 完井液與恩平某油田稠油不同比例狀態(tài)下的黏度

由圖3可知，當(dāng)完井液侵入量為0～20%時(shí)，完井液液滴間隔較大,其相互作用只能借助稠油速度場(chǎng)的相互作用而表現(xiàn)出來(lái)，因此混合油相黏度上漲緩慢。當(dāng)完井液侵入量為30%～60%時(shí)，完井液水相增大促使W/O型乳狀液濃度隨之增大，使得相間表面積以及相間表面能增大，易發(fā)生液滴間的碰撞和相對(duì)滑動(dòng)，因此混合油相黏度呈線性關(guān)系上漲；完井液侵入量大于60%時(shí)，混合油相黏度下降顯著，并且隨完井液侵入量增大時(shí)，攪拌均勻后的油相析出水液隨之逐漸增大，這表明稠油中的天然乳化劑使混合油相乳化形成W/O型乳狀液能力有限，游離態(tài)水黏度小，導(dǎo)致混合油相的黏度降低。

2.3 乳化降黏劑SE-2性能評(píng)價(jià)

將不同質(zhì)量比的非離子表面活性劑SE-1和十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)混合均勻，復(fù)配出乳化降黏劑SE-2。將含1% SE-2的上述完井液與稠油按不同質(zhì)量比混合，測(cè)試其黏度(見(jiàn)圖4)，篩選乳化降黏劑SE-2配方。從圖4可知，將SE-1、SDBS質(zhì)量比定為4∶1作為乳化降黏劑SE-2配方為宜。

圖4 不同SE-1含量對(duì)SE-2性能的影響

2.4 乳化降黏劑的起泡性能評(píng)價(jià)

分別將2 g乳化降黏劑SE-2、LP-38(市售、直鏈烷基酚聚氧乙烯醚)、EF-77(市售、烷基醇聚氧乙烯醚磺酸鹽)加入在200 mL完井液中，將其倒入混調(diào)器中[11]，在一定轉(zhuǎn)速下混調(diào)30 s，測(cè)量初始的起泡高度H0和5 min后的泡沫高度H1，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 乳化降黏劑的起泡性能評(píng)價(jià)

由表1可知，乳化降黏劑EF-77在完井液中的起泡率最大，LP-38次之，SE-2最小。這表明非離子表面活性劑起泡率低于離子型表面活性劑，環(huán)氧丙烷改性可抑制乳化降黏劑的起泡率。

2.5 乳化降黏劑的篩選

為了降低稠油-完井液界面張力以及乳化后稠油黏度，分別對(duì)乳化降黏劑SE-2、EF-77、LP-38進(jìn)行篩選，測(cè)試加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%乳化降黏劑的完井液與稠油混合后黏度，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 含1%乳化降黏劑的完井液與稠油不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的黏度

由圖5可知，75 ℃下含1%非離子表面活性劑LP-38的完井液與稠油混合，對(duì)比空白而言，混合油相黏度反而增大。由于LP-38抗溫性能差，儲(chǔ)層溫度高于其相轉(zhuǎn)變溫度，混合油相易轉(zhuǎn)變?yōu)閃/O型乳液；含SE-2的完井液攪拌下未見(jiàn)明顯起泡現(xiàn)象，與稠油混合后，混合油相黏度顯著下降。這表明乳化降黏劑SE-2使混合油相轉(zhuǎn)為O/W型乳液，降低了稠油-水界面張力并阻止乳狀液聚集，提高O/W型乳液的穩(wěn)定性，非離子表面活性劑中的氧原子與完井液中的氫離子結(jié)合增強(qiáng)了非/陰2種表面活性劑協(xié)同降黏效果。含EF-77的完井液與稠油混合后，混合油相黏度下降明顯，但起泡現(xiàn)象較為嚴(yán)重，不利于井控。

2.6 乳化降黏劑的濁點(diǎn)測(cè)試

按照GB/T 5559—93分別測(cè)試乳化降黏劑(LP-38、SE-1、SE-2)在蒸餾水中的濁點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 乳化降黏劑的濁點(diǎn)評(píng)價(jià)

由表2可知，乳化降黏劑LP-38濁點(diǎn)只有68 ℃，75 ℃下對(duì)乳化后稠油黏度的降黏率低，SE-1的濁點(diǎn)為74 ℃，SE-2的濁點(diǎn)大于90 ℃，這表明磺酸鹽陰離子表面活性劑提高了非離子表面活性劑的濁點(diǎn)。

2.7 乳化降黏劑對(duì)稠油-水界面張力的影響

稠油-水界面張力大小直接影響稠油在孔喉的毛細(xì)管力。克服毛細(xì)管力、提高稠油流動(dòng)，則需降低稠油-水界面張力，界面張力越小，稠油更易變形[12]，采用界面張力儀Model TX500C評(píng)價(jià)含不同濃度的乳化降黏劑SE-2的完井液與稠油的界面張力，結(jié)果見(jiàn)圖6、表3。

圖6 含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SE-2的完井液與稠油的界面張力

表3 含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SE-2的完井液與稠油的界面張力

稠油油滴在含有一定濃度SE-2的完井液中，在試樣管高速旋轉(zhuǎn)，油滴由圓球形被拉伸為長(zhǎng)條后趨于穩(wěn)定(圖6)。油滴越“扁”，這表示油滴直徑越小，則油水界面張力隨之降低[13]。由圖6可知，隨著SE-2濃度增大，SE-2中的表面活性劑分子更加緊密排列在油水界面上，非離子表面活性劑使陰離子表面活性劑的離子頭斥力減弱[14]。非離子表面活性劑親水基團(tuán)的氧原子通過(guò)氫鍵與H3O+結(jié)合，使其帶正電，與陰離子表面活性劑的互相作用增強(qiáng)，使SE-2具有很高的活性，更好地降低其界面張力。油滴直徑越小，表明SE-2加入顯著地降低了完井液與稠油的界面張力，這與表3結(jié)論一致。

2.8 稠油降黏完井液的潤(rùn)濕性

稠油降黏完井液配方：模擬海水+1.0%隱形酸HTA+2.0%黏土穩(wěn)定劑HTW+2.0%緩蝕劑CA101+1%SE-2(乳化降黏劑)+KCl(加重至1.10 g/cm3)

采用接觸角測(cè)量?jī)x(上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司出品)評(píng)價(jià)完井液、稠油降黏完井液對(duì)恩平某油田巖心的潤(rùn)濕性能。恩平某油田巖心在稠油降黏完井液中浸泡2 h，75 ℃烘干，分別測(cè)試稠油、蒸餾水與處理后的巖心的接觸角，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖7和表4。

圖7 稠油降黏完井液對(duì)巖心的潤(rùn)濕性能評(píng)價(jià)

表4 稠油降黏完井液對(duì)巖心的潤(rùn)濕性能評(píng)價(jià)

稠油在儲(chǔ)層孔喉中流動(dòng)阻力與巖石的潤(rùn)濕性密切相關(guān)。親油巖石會(huì)增大稠油在儲(chǔ)層孔喉中流動(dòng)阻力，增大SE-2提高巖石的親水性，使稠油與巖石的潤(rùn)濕接觸角增加，降低稠油對(duì)巖石表面的黏附力。從圖7和表4可知，對(duì)于完井液而言，稠油降黏完井液提高了恩平某油田巖心親水性。這表明乳化降黏劑SE-2具有優(yōu)異的潤(rùn)濕性，能改變巖石原有的性質(zhì)，有利于將原油與巖石進(jìn)行分離，提高洗油效率和采收率。

2.9 乳狀液結(jié)構(gòu)特征

用Olympas BX-51顯微鏡分析完井液、稠油降黏完井液與稠油按4∶6(質(zhì)量比)混合乳化后的微觀結(jié)構(gòu)，稠油乳狀液中油水分布狀態(tài)見(jiàn)圖8。

圖8 乳狀液顯微鏡成像

由圖8可以看出，加入SE-2之前，稠油與完井液混合后可以形成 W/O型乳狀液，其黏度較大。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% SE-2之后，稠油與稠油降黏完井液混合后可以形成O/W型乳狀液，乳狀液外相為水時(shí)，稠油黏度會(huì)顯著下降，大大改善稠油在孔喉中的流動(dòng)性。

2.10 稠油降黏完井液與儲(chǔ)層的配伍性

2.10.1 與儲(chǔ)層巖石的配伍性

室內(nèi)評(píng)價(jià)稠油降黏完井液對(duì)恩平某油田儲(chǔ)層巖心粉末的防膨率，其防膨率高達(dá)90%。表明稠油降黏完井液與恩平某油田儲(chǔ)層巖心有良好的配伍性。

2.10.2 與地層水的配伍性

將稠油降黏完井液與恩平某油田地層水按不同比例混合，在溫度為75 ℃的烘箱中靜置1 d，用SZD-1型散射光臺(tái)式渾濁計(jì)(上海市自來(lái)水公司節(jié)水設(shè)備總廠)測(cè)試濁度值。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，75 ℃下不同比例的稠油降黏完井液與地層水靜置1 d后，溶液澄清、無(wú)沉淀，濁度值均很小，表明稠油降黏完井液與地層水的配伍性良好。

2.10.3 稠油降黏完井液的腐蝕性能

參照SY 5273—91中靜態(tài)掛片失重法，腐蝕對(duì)象為N80鋼，其腐蝕速率僅為0.072 mm/a，且為均勻腐蝕，符合工程要求。

2.10.4 儲(chǔ)層保護(hù)性能

恩平某油田儲(chǔ)層巖心滲透率恢復(fù)值評(píng)價(jià)方法參考SY/T 6540—2002進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)測(cè)得巖心滲透率恢復(fù)值為99.1%，可見(jiàn)稠油降黏完井液具有良好儲(chǔ)層保護(hù)性能。

3 結(jié) 論

a.非離子表面活性劑中引入環(huán)氧丙烷，再與一定量的磺酸鹽陰離子表面活性劑進(jìn)行復(fù)配制得乳化降黏劑SE-2。該乳化降黏劑具有表面活性高、濁點(diǎn)高、耐鹽性能強(qiáng)、起泡率低的特點(diǎn)，克服了非離子表面活性劑濁點(diǎn)低、陰離子表面活性劑抗鹽性能差的缺點(diǎn)。

b.稠油降黏完井液使混合油相轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的O/W型乳液，使混合油相的黏度顯著降低，并降低了稠油-水界面張力致使稠油在儲(chǔ)層孔喉中流動(dòng)阻力減小以及提高巖石的親水性，降低稠油對(duì)巖石表面的黏附力，有利于將原油與巖石進(jìn)行分離。

c.稠油降黏完井液與儲(chǔ)層巖石、地層水具有良好的配伍性，儲(chǔ)層保護(hù)性能優(yōu)異，對(duì)N80鋼腐蝕為均勻腐蝕，腐蝕速率小，可滿足工程要求。