油井化學法防蠟清蠟技術(shù)原理及應用

董曉慧（延安大學 石油工程與環(huán)境工程學院，陜西 延安 716000）

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油井化學法防蠟清蠟技術(shù)原理及應用

董曉慧
（延安大學 石油工程與環(huán)境工程學院，陜西 延安 716000）

摘 要：目前油田常用的清防蠟方法有物理方法、化學方法、微生物方法等.本課題在主要分析了油井中蠟的沉積機理和影響因素后，給出了化學方法的清蠟防蠟技術(shù)，其方法主要是熱化學清蠟技術(shù)、化學法防蠟劑技術(shù)和化學法清蠟劑技術(shù).每種清防蠟方法都存在一定的適應性，結(jié)合礦場應用，給出了具體的清蠟劑配方和實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并提出可行的技術(shù)復配方案，從而更好地為含蠟油井的正常生產(chǎn)提供技術(shù)支持和幫助，確保油井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn).

關(guān)鍵詞：化學法；清蠟；防蠟；原理；應用

我國含蠟原油豐富，產(chǎn)量大.在原油開采過程中，結(jié)蠟是一個普遍現(xiàn)象.純凈的石蠟通常為白色、無臭無味、略帶透明的結(jié)晶體.可溶于苯、乙醚、二硫化碳、四氯化碳等物質(zhì)，不溶于水.密度為880～905kg·m-3，沸點300～550℃，熔點49～60℃.純石蠟是極好的絕緣材料，其電阻率大小為1013～1017歐姆·米.石蠟也是很好的儲熱材料，比熱容為2.14～2.9J·g-1K-1，熔化熱為200～220J·g-1.

在化學中，人們俗稱石蠟為固態(tài)高級烷烴混合物.它是由高分子碳氫化合物構(gòu)成，結(jié)構(gòu)式為CnH2n+2，一般含有80% ～95%的正烷烴，以及少量的少量芳香烴、異構(gòu)烷烴及少量環(huán)烷烴.石蠟呈中性，化學活性較低，通常情況下不與酸（不包括硝酸）和堿性溶液發(fā)生化學反應，但可以燃燒.目前油田常用清防蠟方法有物理方法、化學方法、微生物方法等.本課題主要研究利用化學方法在采油過程中進行清蠟防蠟的技術(shù)應用.

1 油井中蠟的沉積機理

根據(jù)上世紀80年代以來的國外學者在蠟沉積機理方面所做的大量的研究和論證，得出如下觀點：石蠟會以分子擴散、剪切彌散、布朗運動、重力沉降等作用沉積下來.井筒中蠟晶顆粒的沉積，會使油井油流通道內(nèi)徑減小，油流阻力增加，抽油機負荷增加，泵效降低，油井產(chǎn)油能力降低.嚴重時會造成卡泵、抽油桿斷脫等，導致油井停產(chǎn).研究蠟的沉積機理應以石蠟分子的運動為基礎(chǔ)，分析含蠟原油在紊流與層流兩種狀態(tài)下的運動規(guī)律.國內(nèi)外眾多學者認為，在高溫、高熱流條件下，起主導作用的是分子擴散；而在溫度較低、低熱流條件下，對蠟晶沉積起主導作用的是剪切彌散.布朗運動、重力沉降相對分子擴散、剪切彌散［1］的影響很小，尤其在流動條件下影響更加微小.

只考慮分子擴散作用下的蠟沉積傾向已有很多文獻討論過，其數(shù)學表達式［2］為：

式中：Ω—蠟沉積傾向；

km—常數(shù)；μ—流體粘度；ρo—原油密度；Cp—原油熱容；ko—原油導熱系數(shù)；dC/dT—蠟在原油中的溶解度系數(shù).

由牛頓內(nèi)摩擦定律可知，原油在井筒流動時，懸浮于油流中的石蠟晶體顆粒在切應力作用下，會產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)角速度.在線速度和角速度的共同作用下，蠟晶在前行過程中逐漸由井筒中部向管壁周圍遷移，到達固液界面以后沉積下來.

Burger認為剪切彌散對蠟晶顆粒沉積有影響，也給出了因剪切彌散引起的蠟沉積模型，被后來的學者多次引用.HSu認為剪切彌散對蠟沉積產(chǎn)生影響，但在建立蠟沉積模型時，把分子擴散和剪切彌散的作用混合在一起考慮.剪切彌散在層流狀態(tài)下對蠟晶顆粒沉積的影響不大，可以忽略.但當井筒內(nèi)油流速度超過一定數(shù)值時，剪切彌散對蠟晶顆粒沉積速度的影響將會變大，在紊流狀態(tài)下特別顯著.

油流中懸浮的蠟晶顆粒不斷受到周圍油分子連續(xù)地撞擊，這種撞擊會促使蠟晶顆粒的布朗運動.若油流中已存在蠟晶濃度梯度，則布朗運動就會導致蠟晶顆粒的凈遷移，逐漸移向井筒管壁.隨著蠟晶顆粒的聚集長大，它受重力的影響愈加顯著，并在重力場作用下沉降、累積在管壁底部.若采油井為水平井，則水平井筒段重力沉降較為明顯.

2 油井中結(jié)蠟的影響因素

影響結(jié)蠟的因素主要包括四個方面，即：油井的開采壓力、原油性質(zhì)及含蠟量、原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)等雜質(zhì)以及油管表面的粗糙度［3］.下面具體分析各因素是如何影響油井結(jié)蠟的.

（1）油井結(jié)蠟的內(nèi)因是原油中含有石蠟，原油中含蠟量愈高，油井結(jié)蠟就愈加嚴重.若從原油組分考慮，同樣含蠟量、相同壓力下，原油中重質(zhì)成分越多，體系中的蠟越容易析出.

（2）采油過程中原油壓力不斷降低，當壓力降低到飽和壓力Pb時，便有氣體從原油中析出，使原油對蠟溶解能力降低，；同時在氣體膨脹的過程中，發(fā)生吸熱現(xiàn)象，從而使油流溫度的降低，加重了蠟晶的析出和沉積.

（3）原油中含有一部分由各種元素組成的結(jié)構(gòu)極為復雜的高分子量非烴類化合物稱為膠質(zhì)、瀝青質(zhì).瀝青和膠質(zhì)對結(jié)蠟的影響有正反兩方面.一是促進結(jié)蠟，其沉積物強度明顯增加.一是減緩結(jié)蠟，蠟晶雖然析出，但不容易聚合、沉積.實驗表明：膠質(zhì)含量的增多加會導致蠟初始結(jié)晶溫度的降低.膠質(zhì)的進一步聚合物則是瀝青質(zhì)，它不溶于油，且以極微小顆粒分散于原油中，并對蠟晶起到良好的分散作用.在膠質(zhì)與瀝青質(zhì)的共同作用下，蠟晶的分散狀態(tài)均勻且致密，與膠質(zhì)結(jié)合強度增大［4］.

（4）室內(nèi)實驗表明，井筒表面越粗糙，越容易沉積蠟的結(jié)晶.油井在投入生產(chǎn)后，隨著油流速度的增大，單位時間內(nèi)通過的蠟量也會增加，加劇了結(jié)蠟過程；只有當油流速度達到臨界值之后，對管壁沖刷作用增強，蠟晶在管壁上不容易沉積，從而減緩了結(jié)蠟過程.

3 油井化學法清蠟技術(shù)

油田現(xiàn)場常用的清防蠟方法有化學法、微生物法、化學法以及這幾種方法的綜合措施.

化學清蠟劑有兩種類型：油基清蠟劑和水基型清蠟劑.

油基清蠟劑是一類蠟溶量很大的溶劑，如苯、甲苯、汽油、煤油等［5］.作用原理是將溶劑分批或連續(xù)反注入油井，溶解石蠟沉積并將其攜帶走.它主要由表面活性劑、有機溶劑及少量聚合物組成.其中有機溶劑主要用以溶解沉積的蠟，表面活性劑用來提高石蠟溶解速度.聚合物親油基團與蠟晶形成共晶體，親水基團與蠟結(jié)合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻礙蠟的沉積.缺點是腐蝕加工原油的設(shè)備.

水基型清蠟劑是以水為分散介質(zhì)，表面活性劑為主要溶劑，同時加入互溶劑和堿性物質(zhì)組成的清蠟劑.表面活性劑的主要作用是潤濕反轉(zhuǎn)，使結(jié)蠟表面的憎油表面反轉(zhuǎn)為親水表面，不利于蠟的沉積.水基清蠟劑價格便宜、安全性高，但需用75℃以上的熱水［6］配制才能起到清蠟作用，清蠟效率較低.

油基和水基清蠟劑可以混合成乳液型清蠟劑［7］.這是使用乳化技術(shù)，將油溶性溶劑（芳香烴或混合芳香烴）作為內(nèi)相，將表面活性劑水溶液作為外相配制的水包油型乳狀液.該類清蠟劑具備有機溶劑和表面活性劑的清蠟效果，同時也克服了油基型清蠟劑對人體危害性較大和水基型清蠟劑因受溫度影響較大的缺點.乳液型清蠟劑使用安全性好，既有清蠟作用，又有防蠟降粘作用.

4 礦場試驗

某油田七口結(jié)蠟油井實施化學防蠟.25d就須實施一次熱洗工藝，化學防蠟效果不佳，油井生產(chǎn)成本較高.隨后實施水基清蠟劑化學清蠟工藝，使用的水基清蠟劑配方為：

加入化學清蠟劑后油井恢復正常生產(chǎn)，抽油機載荷降低，檢泵周期延長至350d，防蠟效果非常好.其中三口油井與聲波防蠟降粘器復配，加藥周期延長1.8倍，加藥量減少1/4.取得非常理想的防蠟清蠟效果.

5 結(jié)論

在分析各種清防蠟技術(shù)原理及施工工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦場應用，針對油井具體特征及周圍環(huán)境，得出以下幾點認識：

（1）通過分析蠟的沉積原理和影響因素，改變蠟的沉積環(huán)境和結(jié)晶過程的好壞是主要影響清防蠟效果優(yōu)劣的因素.

（2）熱洗是最直接、有效的清蠟方法.對于含有伴生氣的低滲油層，空心桿熱洗是最佳選擇.

（3）化學清防蠟是最有效的方法，單純使用時加藥量大，周期短；與聲波防蠟復配使用后，減少加藥量，延長加藥周期，大幅度延長結(jié)蠟的周期，防蠟效果十分明顯.

參考文獻：

〔1〕黃啟玉，李立,等.剪切彌散對含蠟原油蠟沉積的影響［J］.油氣儲運，2002，21（12）：30-33.

〔2〕萬仁溥.采油工程手冊［M］.石油工業(yè)出版社，2000.

〔3〕張琪.采油工程原理與設(shè)計［M］.東營：中國石油大學出版社，2000.

〔4〕潘昭才，李穎川，陽廣龍,等.一種新的化學生熱體系在油井清蠟中的應用［J］.石油鉆采工藝，2006，28（6）：74-75.

〔5〕趙福麟.油田化學 ［M］.東營：中國石油大學出版社，2007.171-172.

〔6〕李冰，葉松林.JQF-1減黏型防蠟、清蠟劑及其油井應用［J］.化學與黏合，2008，30（4）：81-82.

〔7〕劉忠運，陸曉鋒，湯超,等.油田清防蠟劑的研究進展及發(fā)展趨勢［J］.當代化工，2009，38（5）：479-483.

中圖分類號：TE358.2

文獻標識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）05-0047-02

收稿日期：2016-01-21