浅谈油井清防蜡剂的研究现状及发展方向

2019-01-16范天龙

中国设备工程 2019年12期

范天龙

（玉门石油分公司油田作业公司，甘肃酒泉 735100）

我国开采的油气中蜡含量不低，很多地区发掘出来的油气含蜡量远远高于标准。主要因为蜡在油气中的储存状态是气态，在油气开采过程中能够沿着油管进入收集的原油中。油气处在被开采阶段，其溶解蜡的能力随着压力减小而减小，再加上这蜡随着温度的降低开始结晶，经过长时间变化发生沉淀，对油气的含量纯度造成影响。

1 石蜡堆积给石井带来的危害

蜡通常以液体状态分布于油气中，不会发生结晶沉淀等化学现象。然而一旦油气被开采，其中含有的蜡会随着油管被开发出来，随着开采工作的进行，蜡受到的压力越来越小，生存环境的温度也越来越低，便会发生结晶反应，在油气中发生沉淀，会给油井的产油量造成消极后果，甚至还会使采油工作无法进行。

2 油井清防蜡剂的研究现状

2.1 油井中出现蜡的原理

在采油工作即将完成时，油井中的压力以及温度等环境会发生变化，再加上采油工作导致的地理变化，使整个油井中蜡结晶的内部机理发生了改变，并且结蜡的分布范围也得到增大。当蜡在开采的油气中溶解时，会变成有固定形状的晶体蜡分子，成为油井中蜡堆积的重要因素。在蜡慢慢结晶完成后，其在油气中沉积的原理主要依靠2 种吸附方式：液滴吸附和薄膜吸附。以下2 种吸附方式做简要介绍。

（1）液滴吸附。液滴吸附指由于采油设备的影响，尤其会液化成乳状，随着油管从油井中上升，这个过程中会产生一定的能量，而悬浮在油管中的液滴会受到这个能量的作用而与油管接触。经过研究与计算，一滴与油管口相距10m的小液滴可以与油管壁碰撞达到50 次左右。经过碰撞，含有石蜡的小液滴会被吸附在油管表面，久而久之，石蜡也就堆积在了油管壁上。

（2）薄膜吸附。薄膜吸附指放油气液化成乳状的液滴之后和采油管的表面以及采油的机器发生碰撞，生成2 种有一定差异的定向层。油滴中含有的烃类物质中含有未被吸附到采油管表面的活性物质，具有亲水性质，可与新生成的油面相结合。此时油管的2 个金属表面都会生成活性物质，慢慢向周边扩散，一旦周围的温度达到石蜡的结晶点，油面上将会出现一层蜡膜。

2.2 油井清蜡试剂的种类

（1）化学清蜡剂：①乳状清蜡剂。以乳液形态存在的试剂，依靠将开采的油气乳化的原理，是近几年才被发明并且得到广泛使用的一种清蜡剂。乳状清蜡剂有内相和外相，2 种材料的种类与作用不同。内相的除蜡作用比较强，而外相则使用蜡表面的活性物质，两者结合即可形成乳液状的内部呈油状，外部呈水状的清蜡剂。其优点在于不仅充分利用了石蜡中烃类物质中活性试剂以及有机溶液的除蜡作用，而且大大降低了这些溶剂会给人的身体造成的危害。②水型清蜡剂。以水作为清除石蜡的溶剂，借助石蜡表面的活性物质再加上一些能够与之融合物质并且显碱性的清蜡剂。其中石蜡表面的活性物质起到的作用是润滑和转化作用，使得具有石蜡结晶物质的表面转化成清水，帮助除去石蜡物质。与此同时，水型清蜡剂还能使石蜡表层的张力下降，一些活性分子能够进入石蜡分子结构内部，进而降低石蜡分子与吸附表面的化学力，最终造成脱落。表面活性物质主要是由阴阳离子组成的离子型物质。互相融合的物质的主要功效是使油气和水能够更好地融合在一起，通常含有酒精、二乙二醇乙醚等分子的物质可以作为促融剂。最后，水型清蜡剂中含有的碱性物质能够与油气中存在的沥青等具有极性分子的物质发生化学反应，而这些反应最后生成的物质便会分布在水面上，常见的碱性物质有硅酸钠等硅酸盐以及磷酸钠等等。

（2）化学防蜡剂：①表面活性物质防蜡剂。表面活性物质的防蜡剂大致可以分成2 种：一种是水溶性的表面活性物质防蜡剂；另一种是油溶性的表面活性物质防蜡剂。对于水溶性的表面活性物质防蜡剂，其主要发挥着2 方面作用：第一是由于这种类型的防蜡剂拥有两亲的分子结构，水能够在石蜡晶体的旁边生成外表面为极性基团，内表面为非极性基团的吸附面，其中外表面能够高效率地将反应机制中产生的水都吸附起来，进而生成一个以活性分子组成的薄膜，这个薄膜可以有效防止石蜡分子的结晶沉淀过程；第二是对于油溶性表面物质的防蜡剂来说，其作用机理是能够在石蜡附着的物体表面进行吸附作用，使石蜡晶体的表面形成一层极性薄膜，呈现非极性的石蜡无法在物体的表面继续吸附结晶沉淀，这种防蜡剂最主要的优势就是可以有效抑制石蜡晶体沉淀的进一步形成。②芳香型烃类防蜡剂。芳香型烃类防蜡剂工作的主要原理是：该试剂先在石蜡分子最终析出晶体之前就已经大量存在于油气当中。而当石蜡晶体析出后，这种防蜡剂使晶体都呈现散开分布的情形，悬浮在油气表层。由于晶体晶核形成过程具有吸附作用，防蜡剂又可以顺利参与晶核的形成，从而打乱其生成轨迹，使晶核无法呈现出正常的形态，也没有办法自然生长，这样就达到了防蜡的效果。

3 油井清防蜡剂的发展前景研究

截至目前，对于油井清防蜡剂的发展，国内外的学者都做了很多具体研究，并且在这些不断观察的过程中也生产出了很多新型清防蜡的产品，然而依旧没有得到一个令人非常满意的结果。现阶段，存有的绝大部分清防蜡剂要么就是作用效果过于单一，要么就是安全风险过高，亦或是选择性大等。以水型清蜡剂为例，虽然作用机理比较科学合理，但是主要的作用物质成本过高，并且需要的浓度大，使这种清蜡剂投入市场使用后收效甚微，并没有长远光明的发展前景。而乳状清蜡剂的优势就比较明显，不仅除蜡效率高，而且安全性比较大、毒性也小，在未来可以得到很好的发展。未来清防蜡剂的研究生产大致方向是：以乳状清防蜡剂为基础，制造出清防蜡效率高、效果稳定、毒性低、安全性有保障，并且容易保存的清防蜡剂；制造出分子内部有多条支链，分子成星型构造或者梳型构造看的防蜡剂，这些都能够提升防蜡的效果。要做到这些，就需要工作者对油井清防蜡剂做以下研究：（1）对石蜡结晶沉淀的微观结构和清防蜡剂的作用机理进行更深层次的探究，找到研发生产新式清防蜡剂的理论依据。（2）积极优化水型清蜡剂的原料物质，研制出成本更加合理、功效更加优良的石蜡表面活性物质，使清蜡剂的效果得到提高的同时还能降低生产成本。（3）积极开发并利用天然高分子物质，并将其运用到新型防蜡剂的生产中去，降低防蜡剂的毒性，提高防蜡的效果。利用天然高分子，使防蜡剂原本的内部分子的链状结构得到改变，进而呈现出星型或者梳型的状态，使生产的新型防蜡剂应用范围更广泛，优化清防蜡效果。（4）积极展开对清防蜡工作的研究讨论，试着将多种清防蜡的方法进行科学合理的融合，观察是否能够得到更好的清防蜡结果。