黃華平 魏 星 鐘 華 孫風景 陳 馥

(1.西南石油大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院， 成都 610500；2.中國石油西南油氣田公司采氣工程研究院, 四川 廣漢 618300)

我國大部分油田經(jīng)過數(shù)十年的石油開采，采出原油已進入高含水期。而四川盆地侏羅系油藏川中油氣田卻是一個特例，其開采出的原油基本不含水，但含蠟量較高，達到20%～40%，而且還富含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和機械雜質(zhì)(油泥、油砂等)等成分。這些成分相互影響和作用，生產(chǎn)過程中隨著溫度、壓力的下降，極易在井筒內(nèi)聚結(jié)，堵塞泵筒和生產(chǎn)管柱，嚴重影響油井的正常生產(chǎn)作業(yè)。

在含水原油中，由于水的比容較大，相對于不含水原油，含水原油從油井井底向上流動過程中溫度降低更慢一些。另一方面，水能在油管壁上形成一層水膜，這也能很大程度上減緩石蠟在油管壁上的沉積速度[1]。而針對川中不含水原油類型結(jié)蠟的影響因素研究較少，本文主要以川中油氣田不含水原油為背景，利用不含水原油在不同條件下的結(jié)蠟量或析蠟點的變化來研究不同因素對不含水原油結(jié)蠟狀況的具體影響[3]。

1 實驗儀器與藥品

實驗儀器：NDJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計；JD210-4電子天平；JLY-2型原油動態(tài)結(jié)蠟儀；HH-601超級恒溫水浴鍋；N80鋼片；FS-3高溫高壓動態(tài)腐蝕儀；Agilent7890GC-5975MS型氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀(美國)；蔡司全自動立體顯微鏡( SteREO Discovery.V12)。

實驗藥品：公003-1井原油；公003-H16井原油、鹽酸(37.5%)；乳化劑Span80；氫氧化鈉(分析純)；石油醚(分析純)；正己烷(分析純)。

2 原油自身組成對析蠟的影響

在分析各種因素對原油結(jié)蠟的影響時，我們首先考慮原油本身組成對其結(jié)蠟點的影響。川中地區(qū)原油瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量很低，所以原油和蠟主要都是由不同碳數(shù)的飽和烴分子組成。我們選擇使用Agilent7890GC-5975MS型氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀(美國)對公003-1井和公003-H16井兩個油井原油樣進行原油全烴氣相色譜分析，其結(jié)果如表1、表2所示。

測定公003-1和公003-H16井原油的黏溫曲線并作出其相應(yīng)析蠟點(圖1)。

表1 公003-1油樣碳數(shù)分布

表2 公003-H16油樣碳數(shù)分布

圖1 公003-1和公003-H16油樣黏溫曲線及析蠟點

原因分析是原油碳數(shù)的組成分布決定了自身的析蠟點。高碳數(shù)的飽和烴其分子更大，分子鏈更長，流動性比小分子差一些，所以公003-1油樣黏度相對更大。當溫度下降時，分子流動性變差，大分子更容易失去流動性，從而在相對更高的溫度下結(jié)晶出來，所以含高碳數(shù)分子相對較多的公003-1油樣的析蠟點更高[2]。

3 溫度對原油結(jié)蠟量的影響

表3 溫度對原油結(jié)蠟量的影響

根據(jù)表3結(jié)果可知，隨著溫度下降，結(jié)蠟量增加。

分析原因是溫度下降，原油對蠟的溶解能力降低，當?shù)陀谖鱿烖c之后便開始有蠟晶析出，隨著蠟晶不斷析出，蠟晶不斷聚集、長大，最后形成較致密的蠟。當溫度低于析蠟點加較多時，因為已經(jīng)析出的蠟提供了更多的晶核，所以結(jié)蠟量增長更快[4]。

同時，我們通過使用蔡司全自動立體顯微鏡(SteREO Discovery.V12)觀察不同溫度下公003-1井油樣的蠟晶析出、生長的過程及狀態(tài)(圖2)。

圖2 不同溫度下蠟晶的狀態(tài)

4 流量對原油結(jié)蠟量的影響

使用公003-1井不含水原油為試樣，采用JLY-2型原油動態(tài)結(jié)蠟儀考察原油在不同流量下的結(jié)蠟量變化，其中結(jié)蠟循環(huán)溫度為25 ℃、時間30 min。其結(jié)果如圖3所示：

圖3 不同流量下的結(jié)蠟量

由實驗結(jié)果可知，隨著原油的流量增大，蠟在結(jié)蠟管上的沉積量呈先增大后減少的趨勢。

分析原因是當原油流量較小時，隨著原油流量的增大，單位時間內(nèi)懸浮于原油中的微小蠟晶在結(jié)蠟管上沉積量增加，從而結(jié)蠟量不斷增加。當原油流量增大到某一定值，結(jié)蠟量達到最大。當流量再繼續(xù)增大時，原油對結(jié)蠟管管壁處的剪切、沖刷作用增強，析出來的蠟不能穩(wěn)定地沉積在管壁上，石蠟的沉積量開始隨著流量的增加而不斷下降[5]。同時由于流量增大，原油在結(jié)蠟管中的停留時間下降，從而減緩了結(jié)蠟速度，結(jié)蠟量下降。

5 壓力對原油結(jié)蠟量的影響

在原油開采過程中，原油從地層到井口壓力不斷降低，改變較大。而川中地區(qū)自噴井結(jié)蠟段一般在井口至800 m井段，此段井筒壓力大約在10 MPa左右，為此我們采用003-1井不含水原油400g+50 g(30～60 ℃)石油醚輕組分，配制成含輕組分的模擬原油，在35 ℃、45 min循環(huán)條件下，于FS-3高溫高壓動態(tài)腐蝕儀中采用N80鋼片掛片結(jié)蠟的方法，得出不同壓力下的結(jié)蠟量的變化(圖4)。

從圖4可以看出，當壓力大于2 MPa時，結(jié)蠟量隨著壓力的降低而減小，當壓力為0時，結(jié)蠟量最多。

其原因是，原油的泡點壓力為0～2 MPa，當壓力大于或等于2 MPa時，此時的壓力大于原油的泡點壓力，所以，隨著壓力的減小，原油的密度減小，從而析蠟點降低，結(jié)蠟量也隨著壓力的降低而減?。划攭毫?時，壓力小于原油的泡點壓力，其中加入的輕組分氣體脫出，使得原油的析蠟點升高，從而結(jié)蠟量也隨著壓力的減小而增加[3]。這也說明了溶解在原油中的輕組分的脫出比壓力自身下降對原油的析蠟點和結(jié)蠟量的影響程度更大。

圖4 壓力對結(jié)蠟量的影響

6 原油中微粒對析蠟的影響

為了考察原油中的機械雜質(zhì)，如地層砂粒對原油析蠟點的影響，采用公003-1井不含水原油100 g，再在其中加入原油總質(zhì)量1%的砂巖巖心粉(100目)配制成原油，使用黏度計測定原油的黏溫曲線，并在圖中作出原油的析蠟點。結(jié)果如圖5所示：

圖5 微粒對原油析蠟點和黏度的影響

由圖5可以知道，沒有加入微粒的原油其析蠟點為48.8 ℃，當向原油中加入質(zhì)量分數(shù)為1%的巖心粉后，原油析蠟點提高了約1.5 ℃，相同溫度下黏度也增大了。

分析原因是當原油中的蠟開始析出時，加入的微粒成為析出蠟的結(jié)晶中心,有助于細小的蠟晶相互連接，因此其黏度略微有所提前，變化也更明顯一些，但蠟晶的析出主要是取決于原油本身的物理化學(xué)性質(zhì)，因此其析蠟點增高比較小，變化不大[6]。加入微粒后對原油的黏度影響較大，原因是微?？梢云鸬竭B接蠟晶的作用，使形成的蠟晶比未加微粒時的蠟晶更大，蠟晶之間的摩擦增大，導(dǎo)致黏度上升。因此在開采過程中要注意合理控制開采速率，防止地層出砂導(dǎo)致結(jié)蠟現(xiàn)象嚴重化和原油黏度增加。

7 原油pH值對析蠟的影響

在油井的增產(chǎn)措施中，常常采用酸化或者壓裂。工作液的注入通常會導(dǎo)致原油pH值的變化，酸化液會使原油的pH值降低，壓裂液會使原油的pH值升高。為了考察pH值變化對原油析蠟情況的影響，用質(zhì)量分數(shù)為5%的鹽酸模擬酸化后的殘酸酸度，pH為10的氫氧化鈉溶液模擬壓裂液的堿度。測定了不同酸堿條件下使用公003-1井蠟樣400g配制成的原油的黏溫曲線，結(jié)果如圖6和圖7所示，原油配方見表4。

表4 不同pH值的原油配方

從以上兩圖可知：空白樣品的析蠟點為49.2 ℃，在酸性條件下，原油析蠟點和黏度基本保持不變；堿性條件下，原油的析蠟點為47.8 ℃，降低了1.4 ℃，原油黏度也低于空白樣品。

酸的加入對原油的物理化學(xué)性質(zhì)影響不大，因此其析蠟點和黏度幾乎不變；而堿性條件下，原油中的一些脂肪酸與堿反應(yīng)生成脂肪酸鈉，脂肪酸鈉的極性較強，具有一定的表面活性，不利于蠟晶的聚集，因此析蠟點和黏度都有所下降[7]。因此在原油尤其是含水原油的開采過程中，偏堿性工作液的注入更有助于降低原油黏度和減緩結(jié)蠟現(xiàn)象。

圖6 酸性條件對原油黏度和析蠟點的影響

圖7 堿性條件對原油黏度和析蠟點的影響

8 結(jié) 語

通過具體實驗結(jié)蠟量和析蠟點的改變量對比，可以得出原油本身組成、溫度和流速這三個因素對不含水原油結(jié)蠟的影響相對更大。微粒在不含水原油中能起到結(jié)蠟中心的作用，但是蠟晶的析出主要是取決于原油本身的物理化學(xué)性質(zhì)，所以微粒的影響較小。壓力對原油結(jié)蠟的影響更多體現(xiàn)在原油輕組分的脫出上，壓力本身影響較小。pH值的變化對原油結(jié)蠟點改變較小，尤其在川中原油基本不含水的條件下，pH值對原油結(jié)蠟影響更小。在川中不含水原油開采中，原油在管道中的流速是可人為控制的，因而可以通過調(diào)節(jié)開采速率控制流速來減緩石蠟在油管壁上的沉積。

[1] 陳大鈞,陳馥.油氣田應(yīng)用化學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2006.

[2] Al-Yaari M.Paraffin Wax Deposition:Mitigation and Removal Techniques[G].SPE Saudi Arabia section Young Professionals Technical Symposium，2011.

[3] 黃啟玉,李瑜仙,張勁軍.普適性結(jié)蠟?zāi)Ｐ脱芯縖J].石油學(xué)報,2008,29(3):459-462.

[4] 姚傳進,雷光倫,吳川,等.高凝原油井筒溫度場影響因素研究[J].石油鉆探技術(shù),2011,39(5):74-78.

[5] Mariadel C.Paraffin Deposition in Oil Production[G].SPE International Symposium on Oilfield Chemistry，2001.

[6] 辛輝,辛賓.油井結(jié)蠟問題原因分析與管理探討[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2011(3):67.

[7] 李峰,劉曉軍,陳云霄,等.結(jié)蠟油井化學(xué)防蠟方式優(yōu)化[J].油田化學(xué),2008(2):1.