井筒結(jié)蠟理論及防蠟技術(shù)

蒲泓旭 沈駿峰 齊凱

摘要：原油富含蠟，原油開采過程中結(jié)蠟問題一直伴隨。然而井筒結(jié)蠟問題對我們油井生產(chǎn)有著嚴(yán)重影響，進(jìn)行油井結(jié)蠟防蠟研究直接關(guān)系到油井生產(chǎn)效益。油井井筒結(jié)蠟主要影響會(huì)造成油管內(nèi)，油流通道減小，流動(dòng)阻力也會(huì)隨之增加，抽油桿在上下行程中阻力也會(huì)增大，并且嚴(yán)重的結(jié)蠟會(huì)造成油井停產(chǎn)。本文主要對油井井筒結(jié)蠟相關(guān)理論及機(jī)理進(jìn)行研究，并針對這些理論提出一定的防蠟措施，進(jìn)而優(yōu)化油井生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：原油;結(jié)蠟;阻力;防蠟措施

一、油井結(jié)蠟基本理論

本節(jié)我們對油井結(jié)蠟理論進(jìn)行簡要分析，油井結(jié)蠟過程相對來說比較復(fù)雜，其結(jié)蠟因素是因其原油組分的多樣性，其中原油組分的不同對蠟的沉積也有一定的影響，另一方面，熱傳遞、流體流動(dòng)、蠟的溶解與重新結(jié)晶、蠟的沉積影響等都對結(jié)蠟有一定的影響。

（一）溶解度影響理論

蠟的溶解度決定了蠟是否溶解與溶解的多少。隨著體系溫度的不斷升高，蠟在原油中的溶解度不斷增大，當(dāng)體系溫度升至某一臨界溫度時(shí)，蠟完全溶于原油，體系變?yōu)閱我灰合?隨著體系溫度的不斷降低，蠟的溶解度不斷減小，當(dāng)體系溫度降至某一臨界溫度即析蠟點(diǎn)時(shí)，體系呈過飽和狀態(tài)，開始有蠟晶析出，體系變?yōu)橐?固兩相分散態(tài)。隨著體系溫度的進(jìn)一步降低，析出的蠟量增多，蠟晶顆粒由分散相向連續(xù)相轉(zhuǎn)變，逐漸形成蠟晶網(wǎng)絡(luò)，隨后又被包裹在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)，當(dāng)其強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，分散介質(zhì)被分割成分散相而包圍在其中，只有在一定外力的作用下才能使原油發(fā)生流動(dòng)。[1]

（二）蠟的結(jié)晶理論

原油中蠟的析出通過結(jié)晶方式體現(xiàn)，結(jié)晶過程是由無序相向有序固體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程。當(dāng)原油體系的溫度降至原油的析蠟點(diǎn)時(shí)，開始有蠟晶出現(xiàn)。在冷卻結(jié)晶過程中，原油中的非極性高分子進(jìn)入蠟晶結(jié)構(gòu)內(nèi)與蠟共晶，而極性高分子在蠟晶表面吸附，使蠟晶不斷沉積聚集。

依據(jù)結(jié)晶理論，結(jié)蠟包括3個(gè)過程：①晶核形成;②晶體成長;③晶體連接形成結(jié)構(gòu)。

（三）擴(kuò)散理論

熱量交換機(jī)溫度變化是造成結(jié)晶的原因，井筒中的原油與地層周圍進(jìn)行熱量交換，隨著油流不斷流動(dòng)，其溫度也在緩慢下降，當(dāng)溫度逐步降低至蠟的析出點(diǎn)時(shí)，蠟晶就開始析出。然而由于井筒溫度差異性，析出的蠟會(huì)在油管壁上形成濃度階梯，促使蠟晶或蠟分子通過徑向擴(kuò)散、剪切彌散及布朗運(yùn)動(dòng)向管壁處運(yùn)移，并依靠分子間作用力在管壁處沉積，結(jié)蠟形成。

（四）相對平衡理論

原油中的氣、液、固三相在一定的溫度條件下是存在一定的熱力學(xué)平衡的。如果其中任何一項(xiàng)發(fā)生變化，那么熱力學(xué)平衡就會(huì)被打破，平衡點(diǎn)的破壞改變了蠟晶在原油中本來的溶解度，利用相對平衡理論我們就能判斷井筒內(nèi)是否形成蠟。

二、空心桿熱洗清蠟技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)有清防蠟技術(shù)多樣化，每一種清蠟防蠟技術(shù)都各有利弊，本文將結(jié)合現(xiàn)有清蠟防蠟技術(shù)提出空心桿熱洗清蠟技術(shù)及微生物防蠟技術(shù)。目前我們采用的機(jī)械清蠟技術(shù)施工相對比較復(fù)雜，每次清蠟需要提出油桿，這樣會(huì)進(jìn)一步影響原油的正常生產(chǎn);利用化學(xué) 清蠟要根據(jù)油井采取相應(yīng)的清蠟劑;而電磁清蠟作用有效距離較短，清蠟效果并不理想。結(jié)合上述的清蠟技術(shù)利弊，我們提出了空心桿熱洗清蠟技術(shù)，它作為熱洗清蠟技術(shù)的一種，不僅工藝簡單，熱洗效率高，且不影響油井產(chǎn)量，有效地避免了套管熱洗對油層造成的污染。

（一）技術(shù)原理

空心桿熱清蠟技術(shù)的主要技術(shù)原理是利用底部帶有清洗閥的空心桿與實(shí)心桿相互連接，將連接好的桿下入井內(nèi)，空心桿、井下單流閥和油管之間形成循環(huán)流動(dòng)的通道。如果該油井需要熱洗時(shí)，我們只需要將地面洗井管線接在井口清洗接頭上，利用壓力作用將熱洗介質(zhì)通過空心桿打入油管內(nèi)，清洗的液體通過管桿環(huán)空回到地面，實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)熱洗清蠟。

（二）空心桿深度確定意義

該項(xiàng)技術(shù)對空心桿的下入深度有一定的要求，深度不同對油井產(chǎn)生的影響也就不同。如果空心桿下入深度過深，則會(huì)進(jìn)一步造成油井載荷增加，這樣的話油井的生產(chǎn)能耗就會(huì)對影增大，弱下入過淺，油井內(nèi)部的蠟不能被完全清理，造成清蠟效果不佳。因此在實(shí)施該項(xiàng)技術(shù)時(shí)要確定其下入深度，選擇合理的下入深度對熱洗效率的提高具有重要意義。

微生物防蠟技術(shù)的應(yīng)用

下面我們對比一下各種防蠟技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，在眾多防蠟技術(shù)中，磁防蠟技術(shù)受溫度影響相對比較大;聲波防蠟技術(shù)對井內(nèi)溫度梯度變化要求較高，往往防蠟效果不理想;利用超聲波防蠟，對井下聲學(xué)參數(shù)設(shè)定往往不能做到精準(zhǔn);若采用渦流震蕩技術(shù)，成本過高。因此我們提出微生物防蠟技術(shù)。該技術(shù)具有施工成本低、操作簡便、安全環(huán)保，不僅能維護(hù)油井，還能增產(chǎn)。

微生物防蠟技術(shù)的主要作用機(jī)理就是向井內(nèi)加入優(yōu)選的菌種。利用高效菌種抑制蠟的形成。這類菌種制劑主要是多種好氧及兼性厭氧菌組成的石蠟烴類降解混合菌，這些混合菌種能夠分解蠟組分，迫使長鏈烴斷裂，產(chǎn)生脂肪酸、類脂體等多種生物表面活性劑，通過改變粘土礦物或金屬表面的潤濕性來阻止蠟晶的析出和聚集，從而達(dá)到防蠟的目的。

結(jié)論

本文對油井井筒結(jié)蠟理論進(jìn)行簡要介紹，根據(jù)現(xiàn)有結(jié)蠟理論，結(jié)合現(xiàn)有清蠟、防蠟技術(shù)進(jìn)一步提出了空心桿熱洗清蠟技術(shù)及微生物防蠟技術(shù)。并對兩種技術(shù)的作用機(jī)理進(jìn)行介紹。通過這些介紹進(jìn)一步推進(jìn)今后的清蠟防蠟技術(shù)，具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉竟成.油井井筒結(jié)蠟機(jī)理及清防蠟技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2012.