油井化学法防蜡清蜡技术原理及应用

2016-07-26董晓慧延安大学石油工程与环境工程学院陕西延安716000

赤峰学院学报·自然科学版 2016年9期

董晓慧（延安大学石油工程与环境工程学院，陕西延安 716000）

油井化学法防蜡清蜡技术原理及应用

董晓慧
（延安大学石油工程与环境工程学院，陕西延安 716000）

摘要：目前油田常用的清防蜡方法有物理方法、化学方法、微生物方法等.本课题在主要分析了油井中蜡的沉积机理和影响因素后，给出了化学方法的清蜡防蜡技术，其方法主要是热化学清蜡技术、化学法防蜡剂技术和化学法清蜡剂技术.每种清防蜡方法都存在一定的适应性，结合矿场应用，给出了具体的清蜡剂配方和实际生产数据，并提出可行的技术复配方案，从而更好地为含蜡油井的正常生产提供技术支持和帮助，确保油井高产、稳产.

关键词：化学法；清蜡；防蜡；原理；应用

我国含蜡原油丰富，产量大.在原油开采过程中，结蜡是一个普遍现象.纯净的石蜡通常为白色、无臭无味、略带透明的结晶体.可溶于苯、乙醚、二硫化碳、四氯化碳等物质，不溶于水.密度为880～905kg·m-3，沸点300～550℃，熔点49～60℃.纯石蜡是极好的绝缘材料，其电阻率大小为1013～1017欧姆·米.石蜡也是很好的储热材料，比热容为2.14～2.9J·g-1K-1，熔化热为200～220J·g-1.

在化学中，人们俗称石蜡为固态高级烷烃混合物.它是由高分子碳氢化合物构成，结构式为CnH2n+2，一般含有80% ～95%的正烷烃，以及少量的少量芳香烃、异构烷烃及少量环烷烃.石蜡呈中性，化学活性较低，通常情况下不与酸（不包括硝酸）和碱性溶液发生化学反应，但可以燃烧.目前油田常用清防蜡方法有物理方法、化学方法、微生物方法等.本课题主要研究利用化学方法在采油过程中进行清蜡防蜡的技术应用.

1 油井中蜡的沉积机理

根据上世纪80年代以来的国外学者在蜡沉积机理方面所做的大量的研究和论证，得出如下观点：石蜡会以分子扩散、剪切弥散、布朗运动、重力沉降等作用沉积下来.井筒中蜡晶颗粒的沉积，会使油井油流通道内径减小，油流阻力增加，抽油机负荷增加，泵效降低，油井产油能力降低.严重时会造成卡泵、抽油杆断脱等，导致油井停产.研究蜡的沉积机理应以石蜡分子的运动为基础，分析含蜡原油在紊流与层流两种状态下的运动规律.国内外众多学者认为，在高温、高热流条件下，起主导作用的是分子扩散；而在温度较低、低热流条件下，对蜡晶沉积起主导作用的是剪切弥散.布朗运动、重力沉降相对分子扩散、剪切弥散［1］的影响很小，尤其在流动条件下影响更加微小.

只考虑分子扩散作用下的蜡沉积倾向已有很多文献讨论过，其数学表达式［2］为：

式中：Ω—蜡沉积倾向；

km—常数；μ—流体粘度；ρo—原油密度；Cp—原油热容；ko—原油导热系数；dC/dT—蜡在原油中的溶解度系数.

由牛顿内摩擦定律可知，原油在井筒流动时，悬浮于油流中的石蜡晶体颗粒在切应力作用下，会产生一定的旋转角速度.在线速度和角速度的共同作用下，蜡晶在前行过程中逐渐由井筒中部向管壁周围迁移，到达固液界面以后沉积下来.

Burger认为剪切弥散对蜡晶颗粒沉积有影响，也给出了因剪切弥散引起的蜡沉积模型，被后来的学者多次引用.HSu认为剪切弥散对蜡沉积产生影响，但在建立蜡沉积模型时，把分子扩散和剪切弥散的作用混合在一起考虑.剪切弥散在层流状态下对蜡晶颗粒沉积的影响不大，可以忽略.但当井筒内油流速度超过一定数值时，剪切弥散对蜡晶颗粒沉积速度的影响将会变大，在紊流状态下特别显著.

油流中悬浮的蜡晶颗粒不断受到周围油分子连续地撞击，这种撞击会促使蜡晶颗粒的布朗运动.若油流中已存在蜡晶浓度梯度，则布朗运动就会导致蜡晶颗粒的净迁移，逐渐移向井筒管壁.随着蜡晶颗粒的聚集长大，它受重力的影响愈加显著，并在重力场作用下沉降、累积在管壁底部.若采油井为水平井，则水平井筒段重力沉降较为明显.

2 油井中结蜡的影响因素

影响结蜡的因素主要包括四个方面，即：油井的开采压力、原油性质及含蜡量、原油中的胶质沥青质等杂质以及油管表面的粗糙度［3］.下面具体分析各因素是如何影响油井结蜡的.

（1）油井结蜡的内因是原油中含有石蜡，原油中含蜡量愈高，油井结蜡就愈加严重.若从原油组分考虑，同样含蜡量、相同压力下，原油中重质成分越多，体系中的蜡越容易析出.

（2）采油过程中原油压力不断降低，当压力降低到饱和压力Pb时，便有气体从原油中析出，使原油对蜡溶解能力降低，；同时在气体膨胀的过程中，发生吸热现象，从而使油流温度的降低，加重了蜡晶的析出和沉积.

（3）原油中含有一部分由各种元素组成的结构极为复杂的高分子量非烃类化合物称为胶质、沥青质.沥青和胶质对结蜡的影响有正反两方面.一是促进结蜡，其沉积物强度明显增加.一是减缓结蜡，蜡晶虽然析出，但不容易聚合、沉积.实验表明：胶质含量的增多加会导致蜡初始结晶温度的降低.胶质的进一步聚合物则是沥青质，它不溶于油，且以极微小颗粒分散于原油中，并对蜡晶起到良好的分散作用.在胶质与沥青质的共同作用下，蜡晶的分散状态均匀且致密，与胶质结合强度增大［4］.

（4）室内实验表明，井筒表面越粗糙，越容易沉积蜡的结晶.油井在投入生产后，随着油流速度的增大，单位时间内通过的蜡量也会增加，加剧了结蜡过程；只有当油流速度达到临界值之后，对管壁冲刷作用增强，蜡晶在管壁上不容易沉积，从而减缓了结蜡过程.

3 油井化学法清蜡技术

油田现场常用的清防蜡方法有化学法、微生物法、化学法以及这几种方法的综合措施.

化学清蜡剂有两种类型：油基清蜡剂和水基型清蜡剂.

油基清蜡剂是一类蜡溶量很大的溶剂，如苯、甲苯、汽油、煤油等［5］.作用原理是将溶剂分批或连续反注入油井，溶解石蜡沉积并将其携带走.它主要由表面活性剂、有机溶剂及少量聚合物组成.其中有机溶剂主要用以溶解沉积的蜡，表面活性剂用来提高石蜡溶解速度.聚合物亲油基团与蜡晶形成共晶体，亲水基团与蜡结合成网络结构，阻碍蜡的沉积.缺点是腐蚀加工原油的设备.

水基型清蜡剂是以水为分散介质，表面活性剂为主要溶剂，同时加入互溶剂和碱性物质组成的清蜡剂.表面活性剂的主要作用是润湿反转，使结蜡表面的憎油表面反转为亲水表面，不利于蜡的沉积.水基清蜡剂价格便宜、安全性高，但需用75℃以上的热水［6］配制才能起到清蜡作用，清蜡效率较低.

油基和水基清蜡剂可以混合成乳液型清蜡剂［7］.这是使用乳化技术，将油溶性溶剂（芳香烃或混合芳香烃）作为内相，将表面活性剂水溶液作为外相配制的水包油型乳状液.该类清蜡剂具备有机溶剂和表面活性剂的清蜡效果，同时也克服了油基型清蜡剂对人体危害性较大和水基型清蜡剂因受温度影响较大的缺点.乳液型清蜡剂使用安全性好，既有清蜡作用，又有防蜡降粘作用.