博孜區(qū)塊高溫高壓凝析氣藏清防蠟劑研究與應(yīng)用

柳燕麗

（中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010）

0 引言

塔里木油田博孜區(qū)塊是庫車山前克拉蘇構(gòu)造帶重點(diǎn)勘探開發(fā)區(qū)塊之一。該區(qū)塊為深層高壓高溫凝析氣藏，共有4 口井投入試采，其中有3 口井（博孜1、博孜101和博孜102井），在試采過程中因結(jié)蠟問題造成井筒和地面管線堵塞而被迫關(guān)井，嚴(yán)重制約了該凝析氣藏的正常開發(fā)［1］。目前，常用的清防蠟措施包括機(jī)械清蠟、化學(xué)清防蠟、熱洗清蠟、電加熱清防蠟、涂層油管防蠟、電磁防蠟等［2-5］。博孜區(qū)塊工況復(fù)雜，井深達(dá)6 800～7 100 m，地層壓力高達(dá)125.5 MPa，地層溫度高達(dá)126.2 ℃，CO2分壓在0.23～0.93 MPa范圍內(nèi)，腐蝕嚴(yán)重，井內(nèi)流體在高溫高壓下產(chǎn)生蠟堵、水合物堵及沙堵等多種復(fù)雜堵塞類型。針對該類氣藏，清防蠟措施難度大，目前國內(nèi)外還沒有成熟有效的清防蠟措施?；瘜W(xué)清防蠟是應(yīng)用廣泛的一種清防蠟措施，具有清防蠟效果好、施工簡單、風(fēng)險小、成本低等優(yōu)點(diǎn)［6-8］，并且可同時解決井筒和地面管線結(jié)蠟問題［9］。通過分析博孜區(qū)塊凝析油特性和結(jié)蠟規(guī)律，并開展化學(xué)清防蠟劑實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)選出適合該區(qū)塊的化學(xué)清防蠟劑。

1 博孜區(qū)塊凝析油實(shí)驗(yàn)分析

1.1 凝析油物性分析

取博孜1井和博孜102井凝析油油樣，按照相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測試凝析油的物性。依據(jù)《SY／T 0537-2008 原油中蠟含量的測定》進(jìn)行含蠟量測定。博孜區(qū)塊凝析油物性分析結(jié)果見表1。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，該區(qū)塊含蠟量較高，達(dá)到7.93%～8.90%。由于實(shí)驗(yàn)所用的凝析油油樣取自于地面井口，部分蠟樣已經(jīng)在井筒中析出，據(jù)此推測凝析油中實(shí)際含蠟量應(yīng)高于實(shí)驗(yàn)測定值。

表1 博孜區(qū)塊凝析油物性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

1.2 凝析油組分分析

采用島津G4 色譜儀對博孜102 井油樣進(jìn)行色譜分析，測試結(jié)果見表2。博孜102 井油樣重質(zhì)含量較高，C7+以上組分在85%以上。根據(jù)眾多文獻(xiàn)和研究報告［10-12］可知，單純蠟晶對原油黏度影響較小，但大量重質(zhì)組分的存在會大大增加原油黏度，因?yàn)橹刭|(zhì)組分在溫度降低時易形成聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，在溫度降低到析蠟點(diǎn)時，蠟晶的析出進(jìn)一步為重質(zhì)組分提供“橋聯(lián)”，這種“橋聯(lián)”作用與析蠟作用相互促進(jìn)，對原油流變性產(chǎn)生較大影響。

表2 博孜102井油樣色譜測試數(shù)據(jù)表

1.3 石蠟色譜分析

將油樣用正庚烷溶解，濾出不溶物，用正庚烷回流除去不溶物中夾雜的油蠟及膠質(zhì)后，用甲苯回流溶解瀝青質(zhì)，除去溶劑。經(jīng)氧化鋁色譜柱分離出油蠟部分，再以甲苯-丙酮混合物為脫蠟溶劑，用冷凍結(jié)晶法提取蠟質(zhì)。采用氣相色譜法測得提取石蠟的色譜圖（圖1和圖2）。在所選定的色譜條件下，正構(gòu)和異構(gòu)組分分離較清晰，可將石蠟正構(gòu)烷烴按碳數(shù)分開。通過蠟晶碳數(shù)分布統(tǒng)計(jì)，博孜1井蠟樣正構(gòu)烷烴占74.12%，博孜102 井蠟樣正構(gòu)烷烴占85%，石蠟為粗晶蠟與微晶蠟混合型蠟質(zhì)。兩種蠟樣中正構(gòu)烷烴含量均高于異構(gòu)烷烴含量。正構(gòu)烷烴能夠形成大晶塊蠟，為針狀結(jié)構(gòu)，是造成蠟沉積而導(dǎo)致油井堵塞的主要原因［13］。

圖1 博孜1井蠟樣色譜圖

圖2 博孜102井蠟樣色譜圖

2 化學(xué)清防蠟劑實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)以上對博孜區(qū)塊凝析油物性、組分以及蠟樣碳鏈結(jié)構(gòu)的分析，選取對含有該類碳鏈結(jié)構(gòu)的物質(zhì)具有良好溶解能力的溶劑進(jìn)行復(fù)配，得到5種新型化學(xué)清蠟劑體系，同時室內(nèi)合成出8種防蠟降凝劑配方。依據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，針對博孜1井和博孜102井的實(shí)際蠟樣進(jìn)行溶蠟分析，篩選出合適的清蠟劑體系。針對博孜102井凝析油進(jìn)行防蠟降粘實(shí)驗(yàn)，篩選出合適的防蠟降凝劑。

2.1 化學(xué)清蠟劑篩選

1）實(shí)驗(yàn)方法。首先對蠟樣進(jìn)行稱量，精確到0.1 mg，將恒溫水浴溫度分別控制在20±1℃（室溫）、40±1℃（輕微加熱達(dá)到的溫度），將試樣瓶中加入15 mL 溶蠟劑，放入恒溫水浴中恒溫至所需溫度，將蠟樣放入試樣瓶中，觀察不同時間蠟樣的變化。分別在20 ℃下實(shí)驗(yàn)12 h 和40 ℃下實(shí)驗(yàn)2 h 后取出未溶解的蠟樣，自然晾干后稱重。按照下述公式計(jì)算溶蠟速率［14］：

2）溶蠟實(shí)驗(yàn)結(jié)果。取博孜102 井和博孜1 井蠟樣，分別分成5份稱重后，放入5種溶劑中在40 ℃條件下進(jìn)行溶蠟實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見：1號和5號清蠟劑體系對蠟樣的溶解效果較好，在40 ℃條件下，2 h可以將蠟樣全部溶解，溶蠟速率分別達(dá)到0.031 g／min 和0.027 g／min，高于0.016 g／min的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

表3 博孜102井蠟樣40 ℃溶解情況表

表4 博孜1井蠟樣40℃溶解情況表

2.2 清蠟劑閃點(diǎn)及腐蝕性評價

1 號清蠟劑閃點(diǎn)為54 ℃，5 號清蠟劑閃點(diǎn)為25 ℃，滿足現(xiàn)場使用要求。兩種清蠟劑對碳鋼無明顯腐蝕。清蠟劑對O 形橡膠圈拉伸強(qiáng)度及硬度無影響，現(xiàn)場清蠟劑的使用不會影響膠筒的密封性。

2.3 防蠟降凝劑篩選

采用博孜102井凝析油分別評價8種不同的防蠟降凝劑，藥劑加量0.1%，通過降凝實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩選，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5，可以看出，6S號藥劑的降凝幅度較大，效果最佳。

表5 防蠟降凝劑篩選實(shí)驗(yàn)表

2.4 防蠟降凝劑評價

1）原油凝點(diǎn)的測定。原油凝點(diǎn)的降低是檢驗(yàn)清防蠟劑的一項(xiàng)重要指標(biāo)參數(shù)，原油中蠟含量越高，原油的黏度和凝固點(diǎn)也越高，也越容易結(jié)蠟［15-16］。原油凝固點(diǎn)降低幅度越大說明該藥劑抑制蠟晶生長能力越強(qiáng)，防蠟效果越好。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 0541-2009原油凝點(diǎn)測定法，檢測不同藥劑加量下原油凝點(diǎn)值，確定最佳加藥量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖3。防蠟降凝劑在加量為0.10%時凝點(diǎn)值為-15.5 ℃，凝點(diǎn)降低幅度達(dá)22 ℃，說明在低溫度下即便有蠟晶析出，但是蠟晶在清防蠟劑的作用下也不會凝結(jié)，不會產(chǎn)生大的蠟塊影響生產(chǎn)。

圖3 不同加量下凝點(diǎn)降低幅度圖

2）黏溫曲線測試。利用布氏粘度計(jì)，在博孜102 井油樣中加入0.1%的防蠟降凝劑后，進(jìn)行黏度測試，觀察粘溫關(guān)系的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。加入防蠟降凝劑后凝析油樣的黏度明顯降低，新型清防蠟劑起到了很好的降粘作用。

圖4 加藥前后黏溫曲線對比圖

3）偏光顯微分析。將博孜102 井油樣做成薄片，在偏光顯微鏡下觀察其微觀結(jié)構(gòu)（圖5）。圖中白色或灰白色色塊為蠟質(zhì)，可以看出蠟晶為粗晶蠟和微晶蠟的混合物。粗晶蠟主要是指C13-C30的直鏈正構(gòu)烷烴，微晶蠟主要是指C31-C60的多種飽和烴混合物，主要為支鏈在任意位置的長鏈異構(gòu)烷烴，少量大分子正構(gòu)烷烴和長側(cè)鏈環(huán)狀烷烴。微晶蠟在原油中析出的結(jié)晶主要為針形，蠟晶細(xì)小，結(jié)合力強(qiáng)，它與原油中的液態(tài)組分形成的凝膠比石蠟或粗晶蠟與原油中液態(tài)組分所形成的凝膠強(qiáng)度要大得多。

圖5 博孜102井含蠟油微觀照片圖

將博孜102井油樣加入防蠟劑后做成薄片，在偏光顯微鏡下觀察微觀結(jié)構(gòu)（圖6），觀察加入防蠟降凝劑后凝析油中蠟晶的變化。通過對比圖5和圖6可以看到，加入新型清防蠟劑后，含蠟油中的石蠟晶體溶解在新型清防蠟劑中，白色石蠟晶體減少，說明新型清防蠟劑有很好的溶蠟效果，此外，從圖6中還可以看出大量的石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)基團(tuán)在加入新型清防蠟劑后被很好的瓦解并與蠟晶形成很好的共晶體，說明了新型防蠟降凝劑有抑制固相基團(tuán)沉積的能力，能起到抑制蠟晶聚集的效果。

圖6 加劑后含蠟油微觀照片圖

4）屈服值及防蠟率測試。屈服值是測試原油開始產(chǎn)生流動所需達(dá)到與超過的臨界應(yīng)力值。從表6中可見，加藥前后屈服值下降93%。因此，對于加入藥劑后的原油來說，即使溫度降低，原油仍能保持較好的流動。加藥前后，原油結(jié)蠟量降低了96.93%，即防蠟降凝劑的防蠟率達(dá)到96.93%。

表6 屈服值及防蠟率測試表

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

博孜102井從2015年2月底開始，因井筒結(jié)蠟多次出現(xiàn)油壓快速大幅下降情況，油壓最低時降至2 MPa，生產(chǎn)至2015 年7 月23 日發(fā)現(xiàn)油、套壓竄壓，關(guān)井。自2016年11月19日恢復(fù)生產(chǎn)以來，由于結(jié)蠟問題嚴(yán)重，一直采用從環(huán)空注入80 ℃高溫原油的方式維持生產(chǎn)。2017 年1 月7 日，油管因結(jié)蠟被堵死，隨后從油管注入清蠟劑并關(guān)井溶蠟，待油壓上升后從環(huán)空注入濃度為2‰的清蠟劑，加藥后采用高溫原油循環(huán)的工藝。2017年1月22日，油壓從9 MPa上升為89 MPa，解堵成功。隨后，采用在熱洗原油中加入0.1%防蠟降凝劑的方式進(jìn)行開采至2017 年3 月6日，生產(chǎn)期間油壓及產(chǎn)量正常。博孜102井清防蠟作業(yè)生產(chǎn)曲線見圖7。從現(xiàn)場應(yīng)用效果來看，所研制的化學(xué)清蠟劑和防蠟降凝劑取得了良好應(yīng)用效果。

圖7 博孜102井生產(chǎn)曲線圖

4 結(jié)論

1）博孜區(qū)塊凝析油含蠟量和重質(zhì)組分含量高，含蠟量高達(dá)7.93%～8.90%，C7+以上組分在85%以上，容易析蠟、結(jié)蠟，蠟質(zhì)成分為粗晶蠟和微晶蠟的混合物。

2）針對博孜102 井和博孜1 井的蠟樣特性，篩選出適用的化學(xué)清蠟劑，在40 ℃條件下，2 h可以完全溶解蠟樣，溶蠟速率達(dá)到0.031 g／min，并且具有閃點(diǎn)高、腐蝕性小的特點(diǎn)；針對博孜102 井原油特性，研制出防蠟降凝劑配方，防蠟劑合理加藥量為0.1%，降黏效果明顯，屈服值下降93%，防蠟率為96.93%。

3）化學(xué)清蠟劑和防蠟降凝劑在博孜102 井成功解除了井筒蠟堵，并且可以保持氣井的穩(wěn)定生產(chǎn)，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。