海上油井清防蠟技術(shù)分析

張貴清 ，劉小攀 ，李 倫 ，徐鴻志 ，郝志偉

1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司，天津 300451

2.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300451

海上油田油井結(jié)蠟現(xiàn)象較為普遍[1]，以渤海某油田為例，在20口油井中有6口井發(fā)生蠟堵，年關(guān)停時(shí)間超過(guò)100 d，影響產(chǎn)量3 000 m3左右[2]。蠟的沉積會(huì)導(dǎo)致油流通道變窄，舉升功耗增加，產(chǎn)液量下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡管柱、堵死油管和地面管道等情況，造成停工停產(chǎn)[3-4]，需要及時(shí)進(jìn)行清防蠟作業(yè)。由于清防蠟技術(shù)適應(yīng)性不同，以及受海上采油平臺(tái)空間、開(kāi)采周期和開(kāi)發(fā)成本限制，需要結(jié)合海上采油實(shí)際情況進(jìn)行清防蠟工藝技術(shù)優(yōu)選，才能達(dá)到保障油井正常生產(chǎn)的目的。

1 油井結(jié)蠟機(jī)理

1.1 結(jié)蠟機(jī)理

原油在開(kāi)采前為單相液態(tài)，蠟分子完全溶解在原油之中。當(dāng)油田進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，原油所處的高溫高壓條件發(fā)生變化，原油從儲(chǔ)層輸送至井口的過(guò)程中沿程壓力和溫度均有所下降。當(dāng)原油壓力降低至一定值時(shí)，蠟的溶解平衡條件被破壞，蠟開(kāi)始從原油中結(jié)晶析出；當(dāng)原油溫度下降到析蠟點(diǎn)時(shí)，蠟分子之間通過(guò)色散力相互團(tuán)結(jié)，并形成蠟晶微粒[5]，在油流中和管壁上析出。

1.2 結(jié)蠟過(guò)程 （見(jiàn)圖1）

圖1 結(jié)蠟過(guò)程示意

隨著井筒流體溫度的下降，結(jié)蠟過(guò)程可以歸納為三步[6]：第一步，當(dāng)井筒流體溫度低于析蠟點(diǎn)時(shí)，蠟以結(jié)晶形式從原油中析出；第二步，原油溫度繼續(xù)下降，蠟晶逐漸聚集長(zhǎng)大；第三步，長(zhǎng)大的蠟晶沉積在管道或設(shè)備的表面上。

2 影響結(jié)蠟的因素

2.1 影響析蠟點(diǎn)的因素

析蠟點(diǎn)主要受壓力和原油各組分含量（包括蠟含量、低分子烴含量、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量、溶解氣含量）影響。原油含蠟是原油結(jié)蠟的根本原因，蠟含量越高，油井越易結(jié)蠟[7]。低分子烴含量越高，原油溶蠟?zāi)芰υ胶?，析蠟點(diǎn)越低[8]。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的存在對(duì)析蠟點(diǎn)的影響較為復(fù)雜，一方面，使蠟結(jié)晶均勻分散，不易造成蠟沉積；另一方面，使原油溶蠟?zāi)芰ψ儾睿忠子诮Y(jié)蠟。原油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高時(shí)，蠟的沉積強(qiáng)度增強(qiáng)，不易被油流沖走。當(dāng)壓力低于飽和壓力時(shí)，原油中的溶解氣析出，使得原油對(duì)蠟的溶解能力降低，析蠟點(diǎn)升高[9]。

2.2 影響結(jié)蠟程度的因素

結(jié)蠟程度主要受產(chǎn)液量、油流成分和管壁性質(zhì)影響[10]。產(chǎn)液量越大，油流在井筒中舉升所需的時(shí)間越短，原油熱損失越少，原油結(jié)蠟程度越低。油流成分的影響主要包括含水率和機(jī)械雜質(zhì)。油流含水率越高，結(jié)蠟越少。這是因?yàn)樗谋葻崛荼扔痛螅土鳠崃可⑹ё兟?，不利于蠟晶形成；同時(shí)，含水率越高，管壁上易形成連續(xù)水膜，無(wú)親水基團(tuán)的蠟分子越不易在管壁上沉積[11]。當(dāng)含水率大于70%時(shí)，原油被乳化形成O/W乳狀液，一部分蠟分子被水包住，不利于蠟晶聚積。油流中的機(jī)械雜質(zhì)并不影響蠟分子的析出，但只要蠟分子析出，機(jī)械雜質(zhì)便可作為蠟結(jié)晶的核心，從而加快結(jié)蠟進(jìn)程。管壁性質(zhì)的影響因素包括管壁光滑程度和親水性。管壁越光滑，蠟越不易附著；管壁表面親水性越強(qiáng)，越不利于結(jié)蠟。

3 海上油田主要的防蠟技術(shù)

3.1 化學(xué)防蠟

化學(xué)防蠟是向井筒中加入防蠟劑干擾蠟晶析出、長(zhǎng)大和聚集的一種防蠟方式，最大優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)過(guò)程中不需要停井，不影響油井正常生產(chǎn)，適用于不同的井型和井況[12]。由于原油對(duì)防蠟劑具有很強(qiáng)的選擇性，防蠟劑的選擇將直接影響防蠟效果，因此，對(duì)于不同油田/區(qū)塊，需要針對(duì)性地進(jìn)行防蠟劑篩選及配方優(yōu)化。防蠟劑按形態(tài)可以分為液體型和固體型[13]。液體型防蠟劑可以與原油快速混合，破壞蠟晶結(jié)構(gòu)，防止蠟晶沉積。使用時(shí)，液體型防蠟劑通過(guò)管道環(huán)空加入，簡(jiǎn)單易操作，初期投入成本較低，但存在用量大，作用周期短的問(wèn)題。為此，人們開(kāi)發(fā)了固體型防蠟劑，它主要是由高壓聚乙烯、表面活性劑和穩(wěn)定劑經(jīng)模具壓制而成的固態(tài)產(chǎn)品，它在井筒中由外而內(nèi)緩慢釋放有效成分。聚乙烯作為蠟分子的結(jié)晶中心，通過(guò)阻隔作用和空間障礙，降低蠟晶的生長(zhǎng)與聚集速度，進(jìn)而起到防蠟的作用。固體型防蠟劑比液體型防蠟劑作用持久，成本也相對(duì)較低。防蠟劑按成分可以分為表面活性劑型和高分子聚合物型。表面活性劑型防蠟劑具有滲透性、潤(rùn)濕性和分散性，通過(guò)在蠟晶表面和油管表面吸附以防止蠟的沉積；高分子聚合物型防蠟劑分子結(jié)構(gòu)與蠟分子類似，具有長(zhǎng)鏈烷基，可與蠟分子共同結(jié)晶，而其分子鏈上的極性基團(tuán)，可干擾蠟晶正常聚集，使其晶型發(fā)生扭曲，難以進(jìn)一步長(zhǎng)大成形。潿洲油田針對(duì)海上某結(jié)蠟油井，優(yōu)選出配伍性良好的防蠟劑，通過(guò)周期性注入防蠟劑，該井平穩(wěn)生產(chǎn)5年，累計(jì)貢獻(xiàn)原油6×104m3[14]。

3.2 隔熱油管防蠟

隔熱油管是將隔熱材料填入內(nèi)管和外管之間的環(huán)空，并將環(huán)空抽真空后，裝入吸氣劑制作而成的。隔熱油管中的隔熱材料或真空狀態(tài)可有效阻止熱能散失，使井筒油流溫度保持在析蠟點(diǎn)以上，實(shí)現(xiàn)防蠟的目的[15]。隔熱油管按材質(zhì)可分為P110和N80兩種，按視導(dǎo)熱系數(shù)劃分為5個(gè)隔熱等級(jí)，其中E級(jí)的視導(dǎo)熱系數(shù)為0.002～0.006 W/（m·℃），保溫效果最好，應(yīng)用也最為廣泛。隔熱油管在渤海油田已經(jīng)應(yīng)用多井次，它在J油田4口油井的應(yīng)用效果如表1所示。

由表1可知，采用隔熱油管防蠟工藝后，4口油井產(chǎn)液量均顯著升高，蠟堵的問(wèn)題得到有效解決，油井產(chǎn)能得到釋放，基本不再需要進(jìn)行周期性清蠟作業(yè)，長(zhǎng)期防蠟效果顯著。但隔熱油管應(yīng)用效果受諸多因素影響，如下入深度、油流含水率、產(chǎn)液量等，且具有較強(qiáng)的階段性。隔熱油管在渤海油田的應(yīng)用表明，該工藝對(duì)于油流含水率、產(chǎn)液量較為明確的油井防蠟效果更為明顯。成本方面，隔熱油管高于普通油管，前期一次性投入較大，更適用于結(jié)蠟嚴(yán)重、易頻繁發(fā)生蠟堵的油井[16]。

表1 隔熱油管在渤海J油田應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

3.3 涂層油管防蠟

涂層油管防蠟是通過(guò)提高油管表面的光滑度和改善油管表面的親水能力，創(chuàng)造不利于蠟沉積的條件，使蠟不易附著在油管表面的一種防蠟工藝[17]。該工藝采用的涂層是熱的不良導(dǎo)體，具有隔熱作用，有助于減少井筒內(nèi)流體的熱量損失。渤海油田涂層油管防蠟試驗(yàn)表明，機(jī)械清蠟會(huì)導(dǎo)致鈦納米涂層脫落，從而失去防蠟?zāi)芰?，因此，該工藝未在渤海油田得到大范圍?yīng)用。大港油田埕海二區(qū)采用防蠟涂層油管，在油管內(nèi)壁形成復(fù)合涂層，該涂層是以納米包覆材料和高分子合金材料為填料與環(huán)氧樹(shù)脂形成化學(xué)鍵附著在油管壁上的。如表2所示，埕海二區(qū)3口結(jié)蠟較為嚴(yán)重的油井下入防蠟涂層油管后，3口井機(jī)械清蠟周期明顯延長(zhǎng)，由原來(lái)的3～4d延長(zhǎng)至33～74 d，防蠟效果顯著[18]。

表2 埕海二區(qū)防蠟涂層油管應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

3.4 磁防蠟

磁防蠟作用機(jī)理是利用磁場(chǎng)使蠟分子中磁性核按能級(jí)規(guī)則排列，且圍繞磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖2），形成數(shù)量龐大的晶核，晶核增多使得原油中的蠟晶分散度和對(duì)稱性增加，蠟晶間的色散力減弱，從而降低了蠟晶的生長(zhǎng)速度，改變了結(jié)蠟過(guò)程。磁場(chǎng)中，蠟晶的析出發(fā)生在原油內(nèi)部，而非油管表面，減少了管壁上蠟的沉積[19]。磁性防蠟器按安裝位置可分為井口和井下2種類型。冀東灘海油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，井口和井下磁性防蠟器均具有一定的降黏防蠟效果[20]。美國(guó)Ener-Tec公司生產(chǎn)的可調(diào)式直流防蠟器在深海采油中得到了廣泛應(yīng)用[21]。

圖2 磁防蠟原理示意

4 海上油田主要的清蠟技術(shù)

4.1 化學(xué)清蠟

化學(xué)清蠟是利用清蠟劑將已沉積在油管壁上的蠟溶解或分散開(kāi)，使其溶解或懸浮在原油中隨油流流出井筒，其作用機(jī)理如圖3所示。

圖3 清蠟劑作用原理示意

清蠟劑可以分為油基清蠟劑、水基清蠟劑和乳液型清蠟劑3種類型[22]。油基清蠟劑主要成分為有機(jī)溶劑，如苯、二甲苯、石腦油、煤油、柴油等。這些有機(jī)溶劑對(duì)蠟有很強(qiáng)的溶解能力，溶蠟速度快，注入油井后見(jiàn)效快；同時(shí)油基清蠟劑凝固點(diǎn)低，冬季使用方便。然而，油基清蠟劑密度較小，不適用于含水率較高的油井；其較低的閃點(diǎn)也使得油基清蠟劑在使用時(shí)存在較大的安全隱患。

水基清蠟劑通常是多種表面活性劑的水溶液，有時(shí)也需要加入互溶劑和堿性物質(zhì)。表面活性劑通過(guò)滲透作用和分散作用滲入蠟晶縫隙，并通過(guò)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)作用，使蠟晶表面親水，進(jìn)而導(dǎo)致蠟晶分散在油流中。水基清蠟劑更適用于高含水油井，但見(jiàn)效時(shí)間比油基清蠟劑慢。

乳液型清蠟劑一般由油基清蠟劑和水基清蠟劑乳化而成，它同時(shí)具備油基清蠟劑和水基清蠟劑的清蠟效果，也克服了油基型清蠟劑毒性較大和水基型清蠟劑使用溫度受限的問(wèn)題，但這種清蠟劑必須同時(shí)滿足儲(chǔ)存時(shí)乳液狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定和入井后在井底溫度下立即破乳的雙重要求，制備和使用條件比較苛刻。冀東灘海油田選取5口井進(jìn)行化學(xué)清蠟作業(yè)，其中電泵井和自噴井日產(chǎn)油平均增加4.7 t，抽油機(jī)井上下載荷均有所下降，平均上載荷下降5.85%，平均下載荷下降3.31%[20]。

4.2 機(jī)械清蠟

機(jī)械清蠟是指用帶有刮蠟器的工具刮除油管壁上的蠟，并靠油流將蠟攜帶至井口的清蠟方法[23]。目前渤海油田應(yīng)用較多的機(jī)械清蠟方式是鋼絲作業(yè)清蠟，該方法是采用鋼絲攜帶通井規(guī)下入油管，通井規(guī)在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中刮除井筒中的沉積蠟，其優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)周期短、單次費(fèi)用低，適用于結(jié)蠟不嚴(yán)重、井斜較小的油井。對(duì)于結(jié)蠟嚴(yán)重的井，則可采用清蠟鉆頭清蠟。如果尚未堵死，選用麻花鉆頭；如果蠟質(zhì)異常堅(jiān)硬或已經(jīng)堵死，則選用矛刺鉆頭。

4.3 熱洗清蠟

熱洗清蠟是利用溫度超過(guò)析蠟點(diǎn)的熱流體循環(huán)清洗管壁，使管壁上的沉積蠟從管壁表面剝離并重新溶解到原油中的清蠟方法[24]。該種清蠟工藝適用于結(jié)蠟較為嚴(yán)重但井筒循環(huán)通道仍然暢通的油井。熱流體可以是熱油、熱水或加熱的有機(jī)溶劑。潿洲某油田采取熱洗清蠟及化學(xué)防蠟相結(jié)合的方式對(duì)1口井進(jìn)行清防蠟作業(yè)，結(jié)果表明，僅采取熱洗清蠟措施時(shí)日產(chǎn)油量為20 m3，采取熱洗清蠟和化學(xué)防蠟復(fù)合措施后，日產(chǎn)油量增加至42 m3，且穩(wěn)產(chǎn)4個(gè)月以上，采油效率大幅度提高[25]。

4.4 電加熱清蠟

電加熱工藝是將鋼鎧電纜下入井筒內(nèi)，通過(guò)電纜發(fā)熱來(lái)加熱井筒內(nèi)的流體至析蠟點(diǎn)以上，避免流體內(nèi)的蠟質(zhì)析出的清蠟方法[26]。該工藝相比其他清蠟工藝具有占地面積小、見(jiàn)效快、有效期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)[27]，尤其適用于頻繁蠟堵的油井。鋼鎧電纜需要采用帶壓注入設(shè)備下入，可從油管下入，也可從油套環(huán)空下入。該工藝通過(guò)邏輯控制可同時(shí)對(duì)整個(gè)井組進(jìn)行分時(shí)、分井加熱，是一種很有應(yīng)用前景的海上油田清蠟工藝。

4.5 連續(xù)油管清蠟

連續(xù)油管清蠟是應(yīng)用連續(xù)油管連接清蠟工具串，依靠工具串上的沖洗工具和鉆磨工具清除管壁結(jié)蠟的清蠟方法[28]。沖洗工具主要是用來(lái)清除管壁結(jié)蠟不嚴(yán)重的油井，而鉆磨工具則適用于結(jié)蠟嚴(yán)重的油井，特別是發(fā)生蠟堵的井況。該種清蠟工藝可帶壓操作，施工效率高，清蠟效果徹底，但單次作業(yè)費(fèi)用較高。

5 結(jié)論

（1）海上油田清防蠟工作應(yīng)遵循“以防為主、清防結(jié)合”的原則，以延長(zhǎng)清蠟周期、降低工作強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效益為目的，組合運(yùn)用各種清防蠟工藝，提高清防蠟措施作業(yè)有效率，保障海上油田正常生產(chǎn)。

（2）由于受海上油田開(kāi)采方式的局限，目前海上油田使用的清防蠟工藝與陸地油田相比較為單一，在一定程度上限制了海上油田的清防蠟效果。因此，應(yīng)結(jié)合海上油田開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)成本低、作用有效期長(zhǎng)的工藝技術(shù)，以豐富海上油田清防蠟技術(shù)手段。