PY—1化學(xué)固體防蠟劑對抽油效率的提升分析

吳岸

摘 要： 介紹了石蠟的化學(xué)組成及性質(zhì)，概括了石蠟的沉積理論，以及化學(xué)防蠟劑作用機(jī)理。針對化學(xué)防蠟劑的分類，詳細(xì)闡述了固體防蠟劑的組成及使用特點。在國內(nèi)某油田的應(yīng)用中，PY-1化學(xué)固體防蠟劑除蠟效果明顯，能有效減小抽油機(jī)的工作負(fù)載，提升了系統(tǒng)效率。在長達(dá)近一年的觀測中，油井的抽油效率并未明顯下降，PY-1化學(xué)固體防蠟劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的防蠟周期。

關(guān) 鍵 詞：石蠟；防蠟劑；固體防蠟劑

中圖分類號：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1848-03

Abstract： The chemical composition and properties of paraffin wax were introduced， the paraffin deposition theory was summed up， and the action mechanism of chemical paraffin inhibitor was discussed. According to the classification of chemical paraffin inhibitor， the composition and use characteristics of solid paraffin inhibitor were elaborated. In a certain oil field， chemical solid wax paraffin inhibitor PY-1 obtained better application effect， reduced the work load of pumping unit， and improved the system efficiency. In one year observation， the pumping efficiency of oil wells did not decline obviously， chemical solid paraffin inhibitor PY-1 showed excellent wax inhibition performance.

Key words： paraffin； paraffin inhibitor； solid paraffin inhibitor

我國開采的原油多為凝固點和粘度較高的含蠟原油，其產(chǎn)量可占總產(chǎn)量的70%以上[1]。高含蠟原油具有易凝結(jié)、低溫流動性差等缺點，尤其在石油開采和長距離運輸過程中容易產(chǎn)生凝結(jié)析出，阻塞了管道，嚴(yán)重影響了石油的勘探開發(fā)進(jìn)程。因此，解決石蠟的附著沉積問題成為石油工業(yè)中亟待解決的問題之一。

目前除防蠟技術(shù)有機(jī)械清蠟、熱力清防蠟、添加內(nèi)襯的表面能防蠟，以及化學(xué)防蠟劑等。在油田的應(yīng)用中通常使用多種除防蠟技術(shù)相結(jié)合，已達(dá)到最大效果。

1 石蠟的化學(xué)組成及性質(zhì)

石蠟是由正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴組成的混合物。其基本的分子結(jié)構(gòu)呈折線形排列（圖1）。

因組成碳鏈的長短及結(jié)構(gòu)不同，蠟可呈現(xiàn)出粗晶蠟、微晶蠟等形態(tài)，不同種類的蠟性質(zhì)不同。原油中的蠟多以碳數(shù)范圍C18～C30的石蠟為主，其蠟晶顆粒之間相互連接構(gòu)成了一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并沉積于管壁，這是構(gòu)成油井結(jié)蠟的主要原因。石蠟與微晶蠟的組成對比如表1所示。

原油是一個十分復(fù)雜的混合體系，在實際的開采過程中所遇到的結(jié)蠟組成十分復(fù)雜，為黑色半固體固體物質(zhì)。除了正構(gòu)烷烴混合物外還存在著各種膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，以及井底的泥沙等雜質(zhì)。結(jié)蠟的組成成份不同，所選用的清除方法及除蠟劑配方也有所差異。因此，在進(jìn)行除蠟作業(yè)之前，首先要對結(jié)蠟的種類進(jìn)行分析，有針對性的選用除蠟劑[2]。

不同的油田，因原油性質(zhì)差異較大其沉積現(xiàn)象也有所差異。通常情況下，可以通過原油成分的鑒定來確定結(jié)蠟現(xiàn)象出現(xiàn)的難易程度。原油中蠟成分含量越高，油井的結(jié)蠟現(xiàn)象越容易出現(xiàn)；反之，原油開采的高含水階段油井的結(jié)蠟現(xiàn)象有所緩解。高產(chǎn)井由于流體運動運動速度快等因素也結(jié)蠟現(xiàn)象較輕。此外，油井的出油溫度、內(nèi)部溫差大小，以及油管表面的粗糙程度都對結(jié)蠟現(xiàn)象的發(fā)生有著較大影響[3]。

2 石蠟的沉積理論

由于原油體系各種物質(zhì)的構(gòu)成十分復(fù)雜，而且石蠟沉積過程還涉及到了相變等熱力學(xué)、動力學(xué)過程，這使得對于沉積理論的研究十分困難，存在多種沉積理論[4]。

溶解度理論把原油看作是一種溶液，石蠟在原油中的存在狀態(tài)受溶解度影響。原油中輕質(zhì)餾分較多時，可以溶解較多的蠟。當(dāng)環(huán)境壓力下降時，輕質(zhì)餾分（如天然氣等）從原油中分離，導(dǎo)致蠟的溶解度下降；溫度的突然變化也可以引起溶解度的改變。

結(jié)晶理論把石蠟的析出看作是結(jié)晶的過程。此過程分為成核和生長兩個過程，其中成核物質(zhì)可以是瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等物質(zhì)，它們其實可作為一種表面活性物質(zhì)，其非極性的長側(cè)鏈可以參與石蠟的內(nèi)部成核構(gòu)成，而分子中的極性基團(tuán)外露于蠟晶的表面，相互之間吸引連接，促進(jìn)了各個蠟晶的聚集。

擴(kuò)散理論認(rèn)為，原油在管道中流動時，其內(nèi)部和壁面之間存在有溫度差。因此，溫差導(dǎo)致了管道內(nèi)部與管壁處溶解蠟的濃度不同，這就存在了濃度梯度，蠟分子逐步由中心向著管壁方向移動并最終在管壁沉積。

相平衡理論把石蠟的沉積過程看作是氣、液、固三相之間的熱力學(xué)相平衡。石蠟的沉積在熱力學(xué)上是一個可逆的過程，因此可以通過補充熱量的方法使管道中的石蠟溶解用于除蠟。

3 化學(xué)防蠟劑作用機(jī)理

在原油中存在著數(shù)量眾多的蠟分子束。當(dāng)這些分子束的溶解量達(dá)到飽和時，或者周圍環(huán)境溫度的下降導(dǎo)致其溶解度下降時，蠟分子的溶解平衡就會被破壞，石蠟從溶液體系中析出。而晶核的存在為蠟的結(jié)晶析出過程提供了聚集的生長中心[5]。析出后的石蠟在金屬表面堆積生長。

因此化學(xué)防蠟劑主要從兩個方面來解決石蠟的沉積。一是保護(hù)金屬管道表面，通過改性使其具有親水性，阻礙石蠟的附著。二是使得石蠟微粒各自處于分散的狀態(tài)，阻礙其聚集生長[6]。

4 化學(xué)防蠟劑種類

化學(xué)防蠟劑按照防蠟機(jī)理不同可以分為油溶型清防蠟劑、水溶型清防蠟劑、乳液型清防蠟劑、固體防蠟劑。

油溶型清防蠟劑的主要成分為有機(jī)溶劑、表面活性劑以及少量聚合物，其對蠟的溶解清除作用較好，但密度小，易燃，且對環(huán)境有一定影響。

水溶型清防蠟劑主要成分為水和多種表面活性劑，其中表面活性劑的作用是在管壁上形成一層親水性的膜，從而起到阻止蠟附著的作用，但其作用效果一般，在低溫環(huán)境下適應(yīng)性小[7]。

乳液型清防蠟劑是水包油型乳狀液，具有油溶性和水溶性防蠟劑的優(yōu)點[8]。由于其密度較大，使用時在油井底部破乳，對油井底部的清除作用較好。 但是儲存時要避免破乳，且在油井底部要及時破乳，使用條件較為苛刻[9]。

固體防蠟劑的組成主要由高壓聚乙烯（LDPE）、乙烯一醋酸乙烯醋聚合物（EVA）以及穩(wěn)定劑構(gòu)成[10]?？梢愿鶕?jù)使用要求由模具制備成一定形狀，如蜂窩狀。在使用時將其置入井中，由于環(huán)境溫度的作用固體防蠟劑可以緩慢溶解釋放。這兩種聚合物的CH2-CH2鏈節(jié)與石蠟分子相似，析出的微晶被附著在長碳鏈上，由于分子鏈之間的空間作用，微晶不易聚集生長，從而達(dá)到了防蠟的作用。此外，EVA中還含有一定的極性基團(tuán)，存在于蠟顆粒的外部，阻礙蠟結(jié)晶顆粒之間的作用力，減緩了蠟晶進(jìn)一步長大。

固體防蠟劑由于釋放緩慢，具有防蠟周期長的特點，一次防蠟周期可長達(dá)半年左右，且造價較低[11]。但其只對特定的油品作用較好，在具體使用過程中，應(yīng)根據(jù)具體的環(huán)境特征調(diào)配不同配方的固體防蠟劑。PY-1型固體防蠟劑由主防蠟劑、溶解控制劑、分散劑等按照一定比例在加熱條件下通過注塑機(jī)在模具中高壓定型[12]。

5 PY-1固體防蠟劑性能評價

取國內(nèi)某油田油井的原油試樣，采用原油動態(tài)結(jié)蠟率測試儀，測試PY-1固體防蠟劑對于此油井原油的防蠟效率。根據(jù)SY/T6300-2009《采油用清防蠟劑技術(shù)條件》進(jìn)行測試[13]，分別配比了不同濃度的防蠟劑試樣，實驗結(jié)果如表2。

由上表可以看出，此種防蠟劑在較低濃度下（20mg/L）就可以體現(xiàn)出較好的防蠟效果，說明此種防蠟劑可以有較長的使用時間，效果優(yōu)秀。

進(jìn)一步考察PY-1型固體防蠟劑在油井中的時地使用效果。將固體防蠟劑的組合塊下入結(jié)蠟嚴(yán)重的油井的下端，測量抽油機(jī)在防蠟劑注入前后的工作效率。測試結(jié)果如表3。

PY-1固體防蠟劑的加入減小了抽油機(jī)的負(fù)載率，提升了系統(tǒng)的效率。證明PY-1型固體防蠟劑對于該油田的沉積石蠟作用效果良好。

將該油井進(jìn)行長時間的現(xiàn)場觀測，測試結(jié)果表明，PY-1型固體防蠟劑的加入能長時間穩(wěn)定降低抽油載荷，平均載荷降低了約10kN左右，大幅提升了抽油效率。并且防蠟周期大大延長，超過了200 d。

6 結(jié)束語

石蠟在油井和管道中的沉積嚴(yán)重阻礙了石油的開采過程，大大增加了生產(chǎn)過程所消耗的能源。為了提升生產(chǎn)效率，需要定期對油管進(jìn)行清蠟處理。PY-1型化學(xué)固體防蠟劑具有優(yōu)良的除蠟防蠟作用，對抽油效率提升作用顯著，而且由于其緩慢釋放的特點，能夠有效延長防蠟周期，降低生產(chǎn)成本。推廣固體防蠟劑在油田中的應(yīng)用，將取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

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