一種可回收重復(fù)使用的清蠟劑清蠟效果實(shí)驗(yàn)研究

馬磊，楊志，許發(fā)賓，徐靖，康露*，張旭

(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

對(duì)于含蠟量高的油井，油管結(jié)蠟是其生產(chǎn)中存在的普遍現(xiàn)象。以南海US17-2油田為例，其原油含蠟量13%～19%，析蠟點(diǎn)48 ℃、凝固點(diǎn)33 ℃。該油藏為正常溫壓系統(tǒng)，但由于產(chǎn)量較低、海水溫度低，海水段井筒溫度低于析蠟點(diǎn)、結(jié)蠟風(fēng)險(xiǎn)大。因此，需要在制定完井生產(chǎn)方案時(shí)提前制定該油田的防蠟及結(jié)蠟后的清蠟措施。油管清蠟方法包括化學(xué)清蠟、機(jī)械清蠟、熱力清蠟等，不同清蠟方法各有特點(diǎn)及其適用條件。海上油田尤其是采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)的深水油田，受水下井口、井身結(jié)構(gòu)、完井生產(chǎn)管柱等的約束，化學(xué)清蠟是行之有效甚至是唯一的手段，且其加注工藝成熟。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于化學(xué)清防蠟劑的研究較多，但無論是油基、水基還是乳液型，基本是在常壓下進(jìn)行[1]，試劑難以回收和重復(fù)使用。如在油田應(yīng)用的油溶性清蠟劑多以甲苯、二甲苯為主要溶劑，只能一次性使用。為此，開發(fā)一種高效、環(huán)保、可回收重復(fù)使用的新型清蠟劑對(duì)油田降本增效和環(huán)境保護(hù)有積極意義。

1 可回收重復(fù)使用清蠟劑的優(yōu)選

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

目前，現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，清防蠟劑的溶蠟速率、防蠟率測(cè)試方法針對(duì)的是常壓下為液態(tài)的清防蠟劑，測(cè)試過程中只涉及溫度因素而不改變壓力與試劑相態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)常溫下蒸氣壓較低、常溫常壓為氣態(tài)加壓后為液態(tài)類特殊試劑清蠟?zāi)芰捌潴w積回收率的測(cè)試，本實(shí)驗(yàn)采用帶壓測(cè)定裝置[2-3]，該裝置流程如圖1所示。

圖1 帶壓測(cè)定清蠟劑溶蠟速率與回收比率的裝置流程

其中，反應(yīng)釜、計(jì)量筒通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可帶壓直接觀察試劑相態(tài)并對(duì)液態(tài)試劑進(jìn)行計(jì)量，反應(yīng)釜與計(jì)量筒實(shí)物如圖2所示。

圖2 反應(yīng)釜與計(jì)量筒實(shí)物圖

1.2 化學(xué)清蠟劑單劑的篩選

石蠟為固態(tài)烴類混合物，易溶于石油醚、汽油、煤油、甲苯、二甲苯等非極性溶劑。人們對(duì)高含蠟高凝油，以及不同試劑對(duì)石蠟的溶解特性開展了研究[4-10]，發(fā)現(xiàn):46#和70#石蠟在試劑中的溶解度的大小順序?yàn)榧妆?石油醚>石腦油(50～100 ℃餾分)>甲苯-甲乙酮>甲乙酮，并且隨著溫度變化，石蠟在甲苯、石油醚、石腦油中的溶解度變化比較平緩[4]；二甲醚(DME)對(duì)石蠟的溶解度參數(shù)值在四氯化碳和二甲苯之間[5],立足于二分法思想以及類比原則推理DME也應(yīng)為一種清蠟性能優(yōu)越的試劑。同時(shí)DME清潔、無毒、使用過程中對(duì)環(huán)境無污染，物理性能與LPG(液化石油氣)相近且燃燒性能更好，價(jià)格較低(比甲苯約低20%)，可作為車用燃料。

為驗(yàn)證DME的溶蠟及回收利用潛力，實(shí)驗(yàn)選取來源廣、成本較低的10種試劑進(jìn)行對(duì)比。

1.3 化學(xué)清蠟劑溶蠟速率對(duì)比測(cè)試

1.3.1 溶蠟速率計(jì)算方法

溶蠟速率測(cè)試與計(jì)算參照《采油用清防蠟技術(shù)條件》進(jìn)行，其中溶蠟速率計(jì)算公式如下：

(1)

式中：v—溶蠟速率，g/min；M—溶蠟前蠟球質(zhì)量，g；m—溶蠟后蠟球質(zhì)量，g；t—溶蠟時(shí)間，min。

1.3.2 單劑溶蠟速率對(duì)比實(shí)驗(yàn)

選取常用溶蠟主劑甲苯、二甲苯、汽油、煤油、環(huán)己烷、正庚烷、石腦油、石油醚，以及常溫常壓下呈氣態(tài)，飽和蒸汽壓較低的LPG、DME。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比性，均在同等條件下進(jìn)行測(cè)試，即分別在溶蠟反應(yīng)釜中加入不同試劑，在20 min、45 ℃和1.5 MPa條件下測(cè)定56#石蠟的溶解速率。每種試劑重復(fù)測(cè)試3次以減小實(shí)驗(yàn)誤差，得到各試劑的平均溶蠟速率，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見，DME與其他常用溶蠟主劑相比具有更高效的溶蠟?zāi)芰?，在加入表面活性劑后溶蠟速率?huì)更高，是苯系溶劑的優(yōu)良代替品。

圖3 10種常用試劑溶蠟速率對(duì)比

1.3.3 與油田溶蠟劑溶蠟速率的對(duì)比

油田使用的清防蠟劑一般為復(fù)配試劑，其溶蠟速率在0.045 2～0.072 0 g/min[11-16]?？梢姡珼ME單劑與油田復(fù)配清防蠟劑相比，溶蠟速率仍然更高。

2 DME回收與回收后的重復(fù)溶蠟測(cè)試

2.1 體積回收率測(cè)試

在溶蠟反應(yīng)結(jié)束后將殘液從溶蠟反應(yīng)釜12驅(qū)替進(jìn)入回收罐16，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，將泄壓閥20打開使中間容器22上部泄壓，此時(shí)，試劑將從回收罐16汽化進(jìn)入中間容器22下部，推動(dòng)中間容器22內(nèi)的活塞到達(dá)容器頂部后，對(duì)中間容器22上部加壓，使中間容器22下部的試劑液化并進(jìn)入計(jì)量筒25計(jì)量。重復(fù)上述步驟直至無試劑液化到計(jì)量罐。該溫度下試劑的體積回收率為：

(2)

式中：f2—體積回收率，%；Vb—加注的溶蠟試劑體積，mL；Va—回收試劑體積，mL。

不同溫度下DME的體積回收率如圖4所示。由圖4可見：常溫下，DME體積回收率達(dá)到61.78%；60 ℃時(shí)DME體積回收率大于95%。

圖4 不同溫度條件下DME的體積回收率

2.2 回收試劑的溶蠟速率測(cè)試

將回收后的DME重新用于溶蠟實(shí)驗(yàn)，重復(fù)溶蠟及回收4輪次，得到各輪次回收DME的溶蠟速率如圖5所示。由圖5可知，回收DME的溶蠟速率會(huì)隨著回收次數(shù)的增加而降低，但第4輪次回收后溶蠟速率仍明顯高于圖3所示的其他試劑。

圖5 回收DME的溶蠟速率

3 結(jié) 論

a.DME具有良好的溶蠟性能，其溶蠟速率明顯高于甲苯、二甲苯等溶蠟劑。

b.DME常溫常壓下呈氣態(tài)，常溫下蒸氣壓低、經(jīng)降壓升溫所得體積回收率高。

c.DME經(jīng)過4輪次回收后再溶蠟，其溶蠟速率有所降低，但與其他溶劑相比，仍具明顯優(yōu)勢(shì)；

d.DME本身可作為車用燃料，來源廣、價(jià)格低、無毒性，是苯系溶蠟劑的優(yōu)良替代品，具有廣泛的應(yīng)用前景。