钻井液用稠油降黏剂的研制与性能评价

韩银府，周书胜，魏世旺

（荆州嘉华科技有限公司，湖北 荆州 434000）

稠油油藏钻井过程中，钻井液滤液在正压差和毛细管作用下进入储层，与稠油混合后，由于稠油中含有胶质、沥青质等，可作为天然乳化剂，使稠油与滤液易形成W/O型乳状液[1-4]。稠油本身具有黏度大、流动性低的特点，且W/O型乳状液的相间表面积以及相间表面能较大，提高了碰撞和相对滑动的概率，进一步增大了稠油流动阻力[5-6]。另外，稠油在储层孔喉结构中存在贾敏效应，不利于稠油开采。储层钻开过程中，储层稠油乳化增黏现象对后续开采效率影响甚大。因此，钻井液用稠油降黏剂相关研究工作应得到高度重视[7]。目前，稠油降黏剂种类众多，大多数用于完井液中，表面活性剂稠油降黏剂具有良好的降黏效果，但其缺点为高速搅拌下易起泡，不利于井控[8-9]；聚合物类稠油降黏剂用于水基钻井液，由于其相对分子质量较大，无法有效随着滤液进入储层，使稠油降黏效果较差[10]。基于此，本文以苯二酚、环氧乙烷、环氧丙烷、氯磺酸为原料制备一种水基钻井液用稠油降黏剂JN-A，通过环氧丙烷提高稠油降黏剂的抑泡效果和润湿性，引入磺酸基团提高稠油降黏剂的抗盐性能，应用于水基钻井液中，评价钻井液滤液的降黏效果。

1 实验方法

1.1 材料与仪器

主要材料：苯二酚、氯磺酸、无水乙醇、正丁醇、氯仿、NaOH、KOH、Na2CO3，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；环氧乙烷、环氧丙烷，分析纯，上海联胜化工有限公司；改性黄原胶VIS-H、改性淀粉STARFLO、聚合物流型调节剂HPAM、聚胺抑制剂UHIB、改性植物油润滑剂LUBE-1，工业级，荆州嘉华科技有限公司；KCl，工业级，天津市大茂化学试剂厂；现场稠油，恩平某油田。

主要仪器：Nicolet750型傅里叶变换红外光谱仪，美国Nicolet公司；RVDV-1型数字黏度计，上海越平科学仪器有限公司；GS-0.25型高压反应釜，威海鼎达化工机械有限公司；XDC-200型接触角测量仪，广州晟鼎精密仪器有限公司；DSA30S界面张力仪，德国KRUSS公司；ZNN-D6六速旋转黏度计、SD6型六联中压滤失仪，青岛创梦仪器有限公司；GW300-PLC变频高温滚子加热炉，青岛同春石油仪器有限公司。

1.2 稠油降黏剂JN-A的制备与表征

1）称取100 g 苯二酚和0.1 g KOH（催化剂）加入反应釜中，将釜体温度加热至60 ℃，通过氮气置换空气10 min后，将环氧乙烷与环氧丙烷按比例1∶1通入反应釜中，使釜内压力升至0.2 MPa，反应3 h后得到混合物；

2）在装有温度计和搅拌器的三口圆底烧瓶中加入上述混合物和300 mL氯仿，置于冰盐冷却体系使反应溶液温度为-10 ℃，通入氮气10 min后，缓慢滴加100 g 氯磺酸，搅拌条件下反应0.5 h，反应完后通过减压蒸馏除去溶剂，并采用正丁醇萃取3次，再减压蒸馏除去正丁醇，最终得到产品即稠油降黏剂JN-A；

3）通过红外光谱仪对稠油降黏剂JN-A分子进行结构表征。

1.3 稠油降黏剂性能评价

水基钻井液配方：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），在水基钻井液中加入不同用量的稠油降黏剂JN-A，通过中压滤失仪获得钻井液滤液，将滤液与稠油按3∶7混合，并采用数字黏度计在温度为50 ℃下测试该乳状液黏度。采用界面张力仪评价上述水基钻井液滤液与稠油的界面张力，通过界面张力来分析稠油在储层岩石孔喉流动时需要克服的毛细管力。另外，采用接触角测量仪测试稠油在现场岩心表面的接触角，进而分析钻井液滤液对储层岩石孔喉润湿性。

1.4 降黏剂对钻井液配伍性评价

将上述水基钻井液中加入不同量的稠油降黏剂JN-A，置于温度为100 ℃的滚子加热炉热滚16 h，参考《石油天然气工业 钻井液现场测试 第1部分：水基钻井液》（GB/T16783.1—2014）规定的测试程序，对热滚后的钻井液流变性和滤失量进行测定。

2 结果与讨论

2.1 稠油降黏剂JN-A结构表征

稠油降黏剂JN-A结构表征见图1。

图1 稠油降黏剂JN-A红外光谱图

由图1可知，3 330 cm-1左右出现—OH的振动吸收峰；1 080、1 230 cm-1左右分别出现脂肪族醚和芳香醚的特征吸收峰；3 000、700、1 480 cm-1左右分别出现芳环上C—H伸缩振动峰和弯曲振动吸收峰、芳环上骨架碳碳双键特性吸附峰；1 170 cm-1左右出现磺酸基的特征吸收峰。根据以上分析可知，合成产物即为目标产物。

2.2 稠油降黏剂JN-A对稠油黏度的影响

在水基钻井液中加入不同用量的稠油降黏剂JN-A，通过该钻井液滤液与稠油混合，评价稠油降黏剂JN-A对稠油黏度的影响，结果见图2。由图2可知，未含稠油降黏剂JN-A水基钻井液的滤液与稠油形成的乳状液的黏度为983.4 mPa·s，而稠油原始黏度为431.5 mPa·s，表明乳化后的稠油黏度出现明显的上涨，这是由于稠油中含有的胶质、沥青质等作为天然乳化剂，使稠油与滤液形成W/O型乳状液，提高了乳状液的黏度；随着稠油降黏剂JN-A加量增加，使滤液与稠油所形成乳状液的黏度显著降低，由于稠油降黏剂JN-A特性使W/O型乳状液转为O/W型乳状液，由于水相黏度低、滑动阻力小，稠油的黏度显著降低[11]。当稠油降黏剂JN-A加量为3%时，此时稠油黏度仅为75.1 mPa·s，其降黏率高达91.97%，表明稠油降黏剂JN-A具有优异的降黏效果。

图2 稠油降黏剂JN-A对稠油黏度的影响

2.3 稠油降黏剂对滤液-稠油界面张力的影响

先制备未含或含有3%稠油降黏剂JN-A的水基钻井液，获得钻井液滤液，将滤液分别装入界面张力仪的样品管中，滴入稠油原样，测试滤液-稠油界面张力，结果见图3。

图3 滤液-稠油界面张力图

油滴越“扁”，则油滴直径（D）越小，这表明滤液-稠油界面张力变小[12]。由图3可知，加入3%稠油降黏剂JN-A后，油滴直径（D）变小，滤液-稠油界面张力显著降低。界面张力仪测出2组实验中滤液-稠油界面张力分别为5.53 mN·m-1和0.51 mN·m-1，说明稠油降黏剂JN-A的加入可使稠油在储层孔喉流动阻力显著降低。

2.4 稠油降黏剂JN-A对岩心润湿性能的影响

先制备未含或含有3%稠油降黏剂JN-A的水基钻井液，获得钻井液滤液，将岩心浸泡在滤液中3 h，置于温度为70 ℃的烘箱中烘干，测试稠油与处理后的岩心的接触角，结果见图4。由图4可知，含有稠油降黏剂JN-A的滤液明显提高了岩石的亲水性能，稠油降黏剂JN-A使稠油在岩心的接触角增大，说明稠油降黏剂JN-A能降低储层岩心孔喉对稠油的黏附性，有利于稠油油藏的开采。

图4 岩心润湿性能评价

2.5 稠油降黏剂JN-A对水基钻井液性能的影响

在水基钻井液中分别加入稠油降黏剂JN-A，热滚后测试其流变性和滤失量，结果见表1。

表1 稠油降黏剂JN-A与水基钻井液的配伍性

由表1可知，稠油降黏剂JN-A加入对水基钻井液流变性和滤失性能影响较小，且无起泡现象，表明稠油降黏剂JN-A与水基钻井液具有良好的配伍性。

3 结 论

1）稠油原始黏度为431.5 mPa·s，水基钻井液的滤液与稠油形成W/O型乳状液，使稠油的黏度上升至983.4 mPa·s，增大了稠油开采难点。本文以苯二酚、环氧乙烷、环氧丙烷、氯磺酸为原料制备一种水基钻井液用稠油降黏剂JN-A，应用于水基钻井液中，稠油降黏剂JN-A使W/O型乳状液转为O/W型乳状液，由于水相黏度低、滑动阻力小，使稠油黏度显著降低，稠油降黏剂JN-A表现出优异的降黏效果。

2）稠油降黏剂JN-A使滤液-稠油界面张力显著降低，可使稠油在储层孔喉中的流动阻力显著降低；稠油降黏剂JN-A使稠油在岩心的接触角增大，表明稠油降黏剂JN-A能降低储层岩心孔喉对稠油的黏附性，有利于稠油油藏的开采。