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

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油井化學(xué)法防蠟清蠟技術(shù)原理及應(yīng)用

董曉慧
（延安大學(xué) 石油工程與環(huán)境工程學(xué)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(xué)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(jī)理和影響因素后，給出了化學(xué)方法的清蠟防蠟技術(shù)，其方法主要是熱化學(xué)清蠟技術(shù)、化學(xué)法防蠟劑技術(shù)和化學(xué)法清蠟劑技術(shù).每種清防蠟方法都存在一定的適應(yīng)性，結(jié)合礦場(chǎng)應(yīng)用，給出了具體的清蠟劑配方和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并提出可行的技術(shù)復(fù)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(xué)法；清蠟；防蠟；原理；應(yīng)用

我國(guó)含蠟原油豐富，產(chǎn)量大.在原油開(kāi)采過(guò)程中，結(jié)蠟是一個(gè)普遍現(xiàn)象.純凈的石蠟通常為白色、無(wú)臭無(wú)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(diǎn)300～550℃，熔點(diǎn)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(chǔ)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(xué)中，人們俗稱石蠟為固態(tài)高級(jí)烷烴混合物.它是由高分子碳?xì)浠衔飿?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(xué)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(xué)反應(yīng)，但可以燃燒.目前油田常用清防蠟方法有物理方法、化學(xué)方法、微生物方法等.本課題主要研究利用化學(xué)方法在采油過(guò)程中進(jìn)行清蠟防蠟的技術(shù)應(yīng)用.

1 油井中蠟的沉積機(jī)理

根據(jù)上世紀(jì)80年代以來(lái)的國(guó)外學(xué)者在蠟沉積機(jī)理方面所做的大量的研究和論證，得出如下觀點(diǎn)：石蠟會(huì)以分子擴(kuò)散、剪切彌散、布朗運(yùn)動(dòng)、重力沉降等作用沉積下來(lái).井筒中蠟晶顆粒的沉積，會(huì)使油井油流通道內(nèi)徑減小，油流阻力增加，抽油機(jī)負(fù)荷增加，泵效降低，油井產(chǎn)油能力降低.嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成卡泵、抽油桿斷脫等，導(dǎo)致油井停產(chǎn).研究蠟的沉積機(jī)理應(yīng)以石蠟分子的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，分析含蠟原油在紊流與層流兩種狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為，在高溫、高熱流條件下，起主導(dǎo)作用的是分子擴(kuò)散；而在溫度較低、低熱流條件下，對(duì)蠟晶沉積起主導(dǎo)作用的是剪切彌散.布朗運(yùn)動(dòng)、重力沉降相對(duì)分子擴(kuò)散、剪切彌散［1］的影響很小，尤其在流動(dòng)條件下影響更加微小.

只考慮分子擴(kuò)散作用下的蠟沉積傾向已有很多文獻(xiàn)討論過(guò)，其數(shù)學(xué)表達(dá)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(dǎo)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(dòng)時(shí)，懸浮于油流中的石蠟晶體顆粒在切應(yīng)力作用下，會(huì)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(guò)程中逐漸由井筒中部向管壁周圍遷移，到達(dá)固液界面以后沉積下來(lái).

Burger認(rèn)為剪切彌散對(duì)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(lái)的學(xué)者多次引用.HSu認(rèn)為剪切彌散對(duì)蠟沉積產(chǎn)生影響，但在建立蠟沉積模型時(shí)，把分子擴(kuò)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(duì)蠟晶顆粒沉積的影響不大，可以忽略.但當(dāng)井筒內(nèi)油流速度超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，剪切彌散對(duì)蠟晶顆粒沉積速度的影響將會(huì)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(huì)促使蠟晶顆粒的布朗運(yùn)動(dòng).若油流中已存在蠟晶濃度梯度，則布朗運(yùn)動(dòng)就會(huì)導(dǎo)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(zhǎng)大，它受重力的影響愈加顯著，并在重力場(chǎng)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(gè)方面，即：油井的開(kāi)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(yán)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(guò)程中原油壓力不斷降低，當(dāng)壓力降低到飽和壓力Pb時(shí)，便有氣體從原油中析出，使原油對(duì)蠟溶解能力降低，；同時(shí)在氣體膨脹的過(guò)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(fù)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(duì)結(jié)蠟的影響有正反兩方面.一是促進(jìn)結(jié)蠟，其沉積物強(qiáng)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(shí)驗(yàn)表明：膠質(zhì)含量的增多加會(huì)導(dǎo)致蠟初始結(jié)晶溫度的降低.膠質(zhì)的進(jìn)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(duì)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(qiáng)度增大［4］.

（4）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(shí)間內(nèi)通過(guò)的蠟量也會(huì)增加，加劇了結(jié)蠟過(guò)程；只有當(dāng)油流速度達(dá)到臨界值之后，對(duì)管壁沖刷作用增強(qiáng)，蠟晶在管壁上不容易沉積，從而減緩了結(jié)蠟過(guò)程.

3 油井化學(xué)法清蠟技術(shù)

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

化學(xué)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(jī)溶劑及少量聚合物組成.其中有機(jī)溶劑主要用以溶解沉積的蠟，表面活性劑用來(lái)提高石蠟溶解速度.聚合物親油基團(tuán)與蠟晶形成共晶體，親水基團(tuán)與蠟結(jié)合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻礙蠟的沉積.缺點(diǎn)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(shí)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(rùn)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(jià)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(jī)溶劑和表面活性劑的清蠟效果，同時(shí)也克服了油基型清蠟劑對(duì)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(diǎn).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(chǎng)試驗(yàn)

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

加入化學(xué)清蠟劑后油井恢復(fù)正常生產(chǎn)，抽油機(jī)載荷降低，檢泵周期延長(zhǎng)至350d，防蠟效果非常好.其中三口油井與聲波防蠟降粘器復(fù)配，加藥周期延長(zhǎng)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(chǎng)應(yīng)用，針對(duì)油井具體特征及周圍環(huán)境，得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）通過(guò)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(guò)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(duì)于含有伴生氣的低滲油層，空心桿熱洗是最佳選擇.

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

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中圖分類號(hào)：TE358.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-260X（2016）05-0047-02

收稿日期：2016-01-21