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(陜西延長(zhǎng)石油 (集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

蠟在油層中一般以溶解態(tài)存在，在原油開采過(guò)程中，含蠟原油沿油管上升，隨著壓力和溫度的不斷降低，以及原油中輕質(zhì)組分的不斷逸出，當(dāng)原油接觸到一個(gè)溫度低于臨界濁點(diǎn)的表面時(shí)，即出現(xiàn)蠟沉積［1－2］。蠟晶呈薄片狀并形成固態(tài)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［3－4］，有一定的牢固性，蠟沉積在管道中會(huì)造成原油流動(dòng)阻力增大，結(jié)蠟嚴(yán)重還會(huì)影響油井正常產(chǎn)液，甚至出現(xiàn)蠟卡管柱、蠟堵地面管線等現(xiàn)象。

目前常用的清蠟劑分為油基和水基兩類。長(zhǎng)慶油田使用的油基清蠟劑溶蠟速度快、防蠟效果好、對(duì)油套管腐蝕性小，在油套環(huán)空中加入清蠟劑后，不會(huì)影響正常生產(chǎn)，但是該清蠟劑存在易燃、易爆及毒性較大等問(wèn)題［5］。遼河油田使用的水基清蠟劑結(jié)合熱氣驅(qū)共同混注，適用范圍較寬;但受低溫等因素影響，該清蠟劑溶蠟速度慢，冬季易凍結(jié)。水包油型清蠟劑具有較好的穩(wěn)定性，對(duì)人體無(wú)毒，受溫度影響小，但現(xiàn)有的水包油型清蠟劑大多采用單一的有機(jī)溶劑作為油相，單一的表面活性劑作為乳化劑［6］，密度小、加注效率低。針對(duì)目前使用的清蠟劑存在的諸多問(wèn)題，開發(fā)了一種新的水包油型清蠟劑，具有溶蠟效率高、成本低、環(huán)保性好的特點(diǎn)。該清蠟劑的合成進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化了水包油型清蠟劑的性能，克服常規(guī)清蠟劑毒性大、易燃、溶蠟效率低等缺點(diǎn)，適用性更好。

1 實(shí)驗(yàn)制備方法

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器

藥品:苯、甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、石油醚、正己醇、氯化鈉 (NaCl)、十二烷基磺酸鈉、吐溫80、甲酸鈉。

儀器:電熱恒溫水浴鍋、磁力攪拌器、恒溫干燥箱、ZYM型數(shù)顯液體密度計(jì)。

1.2 制備方法

常溫常壓下，向反應(yīng)容器中加入設(shè)計(jì)量的蒸餾水、氯化鈉、甲酸鈉 (加重劑)和表面活性劑混合均勻，攪拌至表面活性劑完全溶解，再逐滴緩慢加入分散劑攪拌至溶液透明，加入設(shè)計(jì)量的油相，混合攪拌至溶液透明，得到穩(wěn)定水包油型清蠟劑，靜置待用。

2 新型水包油清蠟劑的研制

2.1 不同有機(jī)溶劑及其含量對(duì)溶蠟速率的影響

取15mL不同水包油型溶劑加入100mL的量筒中，置于45℃的水浴鍋中，用細(xì)線將蠟球懸浮沉浸在水包油型中，測(cè)試蠟球完全溶解時(shí)間，計(jì)算溶蠟速率。

溶蠟速率公式:

式中 r——溶蠟速率，g/min;

mb——蠟球質(zhì)量，g;

t——蠟球溶完所用的時(shí)間，min。

(1)不同類型單一有機(jī)溶劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+17%復(fù)配型表面活性劑+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有機(jī)溶劑。

(2)不同比例混合有機(jī)溶劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+17%復(fù)配型表面活性劑+10%正己醇+不同比例的苯—甲苯混合有機(jī)溶劑。

不同類型單一有機(jī)溶劑清蠟劑溶蠟速率結(jié)果見(jiàn)表1。由表1數(shù)據(jù)可知，以苯和甲苯為溶劑的清蠟劑溶蠟速率較大;但原油中瀝青質(zhì)、膠質(zhì)中含有短側(cè)鏈和稠環(huán)芳香烴，單一的有機(jī)溶劑清蠟劑溶蠟效果并不理想;因此，采用溶蠟速率較高的苯和甲苯的混合物作為溶劑，其溶蠟速率見(jiàn)表2。由表2可知，苯和甲苯復(fù)配的混合有機(jī)溶劑清蠟劑的溶蠟效果明顯優(yōu)于單一有機(jī)溶劑清蠟劑，且當(dāng)m(苯)∶m(甲苯)=2∶3時(shí)，溶蠟效果最佳。

表1 單一有機(jī)溶劑清蠟劑溶蠟速率表Table 1 Wax dissolution rate wax remover of single organic solvent

表2 不同比例混合有機(jī)溶劑清蠟劑溶蠟速率表Table 2 Wax dissolution rate of the wax remover of mixed organic solvent by different proportions

苯和甲苯的混合有機(jī)溶劑作為清蠟劑的油相時(shí)，油相含量不同，溶蠟速率也不同 (圖1)。當(dāng)油相含量為55%時(shí)，溶蠟效果最佳。這是因?yàn)橛拖嗪吭黾訒?huì)降低清蠟劑與蠟塊分子之間的極性，加速溶解，另外油相增多會(huì)形成較多的雙電層油包水或水包油離子氛，降低范德華力使得蠟塊脫落，增加溶蠟速率。但當(dāng)油相含量大于55%，親水親油平衡值降低導(dǎo)致體系不穩(wěn)定，溶蠟速率降低。

圖1 油相含量對(duì)溶蠟速率的影響圖Fig.1 Effect of oil phase content on wax dissolution rate

2.2 表面活性劑配比及含量對(duì)溶蠟速率的影響

測(cè)試方法同2.1步驟。

(1)不同比例混合型表面活性劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+17%不同比例混合型表面活性劑+8%正己醇+55%苯—甲苯混合有機(jī)溶劑。

表面活性劑在水中達(dá)到一定濃度時(shí)，可以使體系具有較低的界面張力，有助于清蠟劑進(jìn)入膠質(zhì)和瀝青質(zhì)片狀分子之間，達(dá)到快速溶蠟的目的。單一的表面活性劑清蠟劑難以滿足多組分體系的乳化要求，同時(shí)單一作用對(duì)溶蠟效果有一定的影響［7－8］。采用陰離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑混合作為混合型表面活性劑對(duì)溶蠟效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，陰離子型表面活性劑選用十二烷基磺酸鈉，非離子型表面活性劑選用吐溫80(表3)。從表3結(jié)果顯示，隨著非離子型表面活性劑含量的增加，清蠟劑溶蠟速率先增加后降低，當(dāng)m(陰離子型)∶m(非離子型)=4∶1時(shí)，混合型表面活性劑清蠟劑溶蠟效果最佳。

表3 不同比例混合型表面活性劑對(duì)溶蠟速率的影響表Table 3 Effect of mixed surfactant of different proportions on wax dissolution rate

(2)不同量混合型表面活性劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+不同量混合型表面活性劑+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有機(jī)溶劑。

從清蠟劑中混合型表面活性劑含量對(duì)溶蠟速率影響研究 (圖2)可知，當(dāng)混合型表面活性劑的含量為17%時(shí)，其溶蠟速率最快。這是因?yàn)殡S著混合型表面活性劑含量增加，體系內(nèi)部油水界面張力降低，表面活性劑分子不斷浸透、潤(rùn)濕使得蠟塊之間的黏滯作用降低，剝離蠟塊所需要的功降低，溶蠟速率增加。但表面活性劑含量過(guò)大時(shí)，當(dāng)大于臨界膠束濃度 (CMC)之后，反而會(huì)增加黏度，影響水包油型體系的穩(wěn)定性，降低表面活性劑分子與蠟塊之間的范德華力，溶蠟速率降低。

圖2 混合型表面活性劑含量對(duì)溶蠟速率的影響圖Fig.2 Effect of mixed surfactant content on wax dissolution rate

2.3 分散劑含量對(duì)清蠟劑溶蠟速率的影響

測(cè)試方法同2.1步驟。

不同含量分散劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+17%混合型表面活性劑+不同量正己醇+55%苯—甲苯混合有機(jī)溶劑。

水包油型清蠟劑制備過(guò)程中，醇類作為分散劑被廣泛使用［9－10］，其不僅可以作為互溶劑，還可以降低體系界面張力，提高清蠟速率。醇類的選擇對(duì)水包油型的形成很重要，碳數(shù)太高不利于形成水包油型，碳數(shù)太低會(huì)降低體系的閃點(diǎn)，不利于清蠟劑的安全要求，目前一般選用正己醇作為分散劑。由正己醇含量對(duì)清蠟劑溶蠟速率的影響研究可知 (圖3)，隨著正己醇含量的增加，溶蠟速率呈先增大后降低的趨勢(shì)，當(dāng)正己醇含量達(dá)到10%時(shí)，溶蠟速率最大。這是因?yàn)殡S著正己醇的加入，體系中油水界面張力逐漸降低，降低了蠟塊之間的黏附功，能夠更快溶解蠟塊。然而當(dāng)正己醇達(dá)到一定量后，表面活性劑有效成分降低，表—界面張力逐漸增大，正己醇分子卷曲導(dǎo)致水包油型體系不夠穩(wěn)定，溶蠟速率降低。

圖3 正己醇對(duì)清蠟劑溶蠟速率的影響圖Fig.3 Effect of hexanol on wax dissolution rate of wax remover

2.4 加重劑含量對(duì)溶蠟速率的影響

測(cè)試方法同2.1步驟，加重劑選用甲酸鹽類。

不同含量加重劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+不同含量甲酸鈉+17%混合型表面活性劑+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有機(jī)溶劑。

甲酸鹽易溶于水且無(wú)毒，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生較大的傷害，可增加水包油型清蠟劑的密度，提高清蠟劑在溶蠟過(guò)程中的加注效率，在此以甲酸鈉作為加重劑，其含量對(duì)清蠟劑密度和溶蠟速率的影響結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，隨著甲酸鈉的加入，清蠟劑溶蠟速率先增大后保持不變，當(dāng)甲酸鈉含量為3.5%時(shí)，其溶蠟速率最佳。這是因?yàn)榧姿猁}加重劑增加了水包油型清蠟劑密度，使得水包油型更加穩(wěn)定，阻止油水相分離，另外單粒水包油分子能更快地吸附于蠟塊表面，使得剝離速度加快，增加溶蠟速率。

表4 甲酸鈉含量對(duì)清蠟劑密度和溶蠟速率的影響表Table 4 Effect of sodium formate content on density and wax dissolution rate of wax remover

此外，氯化鈉可增加膠束的表面膜硬度，降低醇的用量，所以為提高水包油型清蠟劑的穩(wěn)定性，本實(shí)驗(yàn)制備的清蠟劑中加入了2%的氯化鈉。

通過(guò)對(duì)上述重要參數(shù)的分析測(cè)試，確定新型水包油型清蠟劑最佳配方為:苯—甲苯混合有機(jī)溶劑55%、混合型表面活性劑17%、正己醇10%、氯化鈉2%、甲酸鈉3.5%，其余為水。

3 性能評(píng)價(jià)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)制備的水包油型清蠟劑與常規(guī)油基清蠟劑的性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比 (表5)。由表5可知，水包油型清蠟劑的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)油基清蠟劑。

表5 水包油型清蠟劑室內(nèi)性能評(píng)價(jià)結(jié)果表Table 5 Lab performance assessment of oil-in-water wax remover

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

延長(zhǎng)油田定邊采油廠延352井、延185井、延354井和延186井均有結(jié)蠟現(xiàn)象，每個(gè)月需進(jìn)行熱洗一次;對(duì)延352井、延185井采用特制加藥罐，從套管加入100kg水包油型清蠟劑;對(duì)鄰井延354井、延186井加入100kg常規(guī)油基清蠟劑，之后每隔5天加入15kg清蠟劑，持續(xù)時(shí)間30天后抽油機(jī)載荷量 (表6)。

表6 水包油型清蠟劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果表Table 6 Field test results of oil-in-water wax remover

由表6可知，與加藥前相比，延352試驗(yàn)井平均載荷降低了25.07%，較鄰井延354井高出約20個(gè)百分點(diǎn);延185試驗(yàn)井平均載荷降低了48.01%，較鄰井延186非試驗(yàn)井高出約33個(gè)百分點(diǎn)。新型水包油型清蠟劑使得結(jié)蠟井機(jī)耗降低明顯，性能優(yōu)于常規(guī)油基清蠟劑。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)利用水包油型合成工藝，研制出一種新型水包油型清蠟劑，具有溶蠟效率高、成本低、環(huán)保性好的特點(diǎn)。

(2)實(shí)驗(yàn)分析確定新型水包油型清蠟劑最佳配方為:55%苯—甲苯混合有機(jī)溶劑、17%混合型表面活性劑、10%正己醇、2%氯化鈉、3.5%甲酸鈉劑，其余為水。

(3)該新型水包油型清蠟劑性能優(yōu)于常規(guī)油基清蠟劑，推廣應(yīng)用前景廣闊。

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