油田清防蠟工藝簡(jiǎn)述與研究

安黨璽

（陜西省西安市西安石油大學(xué)，陜西 西安 710000）

0 引言

油井結(jié)蠟是國(guó)內(nèi)外油田開(kāi)采都會(huì)遇到的難題之一，這一問(wèn)題也是各石油工程師迫切所要解決的，根據(jù)蠟自身的元素結(jié)構(gòu)，以及地層中巖石性質(zhì)等各方面考慮，油田中常用的幾種清防蠟技術(shù)都是近幾十年來(lái)此領(lǐng)域的專(zhuān)家教授在實(shí)踐中總結(jié)出的具有較高清防蠟效果的工藝技術(shù)。對(duì)主要的10種清防蠟工藝做出簡(jiǎn)述，對(duì)其在油田中的使用方法以及利弊作為本文研究的重點(diǎn)。

1 結(jié)蠟機(jī)理

井筒中沉積的蠟可分為兩類(lèi)：石蠟和微晶蠟。在開(kāi)采過(guò)程中，井筒的穩(wěn)定從內(nèi)部向外梯度遞減，只有當(dāng)筒壁的溫度開(kāi)始低于原油析蠟點(diǎn)時(shí)，石蠟就會(huì)如下圖所示筒壁優(yōu)先析出，因此在筒的中心與筒壁之間蠟分子會(huì)形成濃度差，蠟分子就會(huì)從中間向筒壁擴(kuò)散，為筒壁繼續(xù)結(jié)蠟創(chuàng)造有利條件[1-2]。

圖1 結(jié)蠟過(guò)程示意圖

2 影響結(jié)蠟因素

（1）原油自身的溫度：當(dāng)油溫較高時(shí)，筒壁的溫度也相對(duì)較高石蠟不易沉積，但當(dāng)油溫降低時(shí)，相較而言筒壁的溫度下降幅度大則此處的原油粘度會(huì)升高，蠟分子擴(kuò)散至筒壁形成沉積[3]。（2）原油流速：原油流動(dòng)速度越快結(jié)蠟速率會(huì)減小，這是因?yàn)橥矁?nèi)熱損耗減少，對(duì)筒壁沖刷增強(qiáng)。（3）原油含水率：含水率增加使得筒內(nèi)蠟分子在單位體積的流體中的含量降低，并且會(huì)在筒壁形成連續(xù)水膜，這些都不利于石蠟沉積。（4）原油壓力：壓力降低原本溶解在原油中的氣體析出，使得蠟分子難以維持溶解狀態(tài)從而不斷析出結(jié)晶[4]。（5）機(jī)械雜質(zhì)：原油本身存在的一些機(jī)械雜質(zhì)，會(huì)給蠟沉積提供必要的晶核，使其更容易結(jié)晶[5]。

3 石蠟沉積對(duì)油井造成的危害

在開(kāi)采過(guò)程中，油管，抽油泵，抽油桿等設(shè)備的管壁容易出現(xiàn)結(jié)蠟情況，這就會(huì)使得油井產(chǎn)量降低，并且會(huì)增加能源消耗，甚至?xí)p少設(shè)備使用壽命，增加地面運(yùn)輸系統(tǒng)負(fù)荷，對(duì)泵危害巨大，影響懸點(diǎn)的載荷，甚至?xí)褂吞锿．a(chǎn)[6]。

4 油井清防蠟技術(shù)的種類(lèi)

4.1 物理清防蠟技術(shù)

（1）機(jī)械清蠟。將專(zhuān)業(yè)的清蠟工具直接下入到抽油井筒內(nèi)，刮除管壁和抽油桿上的蠟，然后靠液流的方法將刮下的積蠟帶回到地面。當(dāng)蠟沉積不嚴(yán)重時(shí)用刮蠟片，若結(jié)蠟嚴(yán)重將換作清蠟鉆頭。但是機(jī)械清蠟時(shí)革除下來(lái)的蠟塊易落入井底造成阻礙，設(shè)備長(zhǎng)期使用會(huì)造成嚴(yán)重磨損。

（2）電加熱清防蠟。電加熱采油技術(shù)主要是利用電能轉(zhuǎn)化為熱能提高筒內(nèi)溫度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)清蠟和防蠟。將電纜通過(guò)空腹抽油桿下到井下，電纜通電加熱抽油桿，達(dá)到加熱油管內(nèi)原油的效果，管壁的溫度逐漸升高可融化掉積蠟，一直加熱井筒內(nèi)溫度保持在析蠟點(diǎn)之上，如此以來(lái)既清除了積蠟也起到了防蠟沉積的作用[7-8]。國(guó)內(nèi)首選的方法是熱載體循環(huán)洗井、電熱自控電纜加熱、電熱抽油桿加熱和熱化學(xué)清蠟。

（3）表面能防蠟。主要有兩種工藝油管玻璃內(nèi)襯和涂層防蠟，這樣做的目的是給石蠟沉積帶來(lái)阻礙，它的防蠟機(jī)理是使管壁相較之前更光滑，使管壁表面達(dá)到親水憎油的性質(zhì)。油管內(nèi)襯是在管壁上襯一層玻璃襯里達(dá)到提高表面光滑度以及親水的效果，起到防蠟作用。涂層油管是在管壁上涂一層能使管壁變光滑的物質(zhì)，例如聚氨基，酯類(lèi)等涂料。

（4）聲波防蠟。聲波防蠟的作用機(jī)理是聲波發(fā)生器在井下產(chǎn)生較高頻率的聲波，當(dāng)含蠟原油通過(guò)聲波發(fā)生器時(shí)蠟分子隨之產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，使得結(jié)蠟的大分子鏈斷裂，聲波的振動(dòng)使原油中的膠質(zhì)，瀝青質(zhì)和蠟分子攪拌均勻，降低了蠟分子間相互碰撞的機(jī)會(huì)，蠟分子間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而起到防蠟作用[9]。此方法適用于低含水量的油井。

（5）磁防蠟。在磁場(chǎng)的作用下蠟分子發(fā)生極化，抑制了蠟晶的析出，并且使已經(jīng)析出的蠟晶無(wú)法聚集在一起，從而避免蠟沉積在管壁上。磁防蠟的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但是選擇磁防蠟裝置難度大，其影響因素有很多，例如原油性質(zhì)，油管壓力，地層流體分布情況等，適用于低含水油井。

（6）微生物清防蠟。微生物清防蠟是近幾年國(guó)內(nèi)外的新興技術(shù)，是根據(jù)油井地層沉積物組分來(lái)篩選出相適應(yīng)的微生物。它們能以石蠟為食，破壞其長(zhǎng)碳鏈結(jié)構(gòu)，釋放出輕質(zhì)組分可溶解在原油中，使得原油中的蠟不易析出，微生物的本體和一些代謝產(chǎn)物具有表面活性劑的性質(zhì)，可以改變管壁潤(rùn)濕性[10]，使得蠟分子不易結(jié)晶沉積，起到防蠟作用。

（7）熱洗清防蠟。是以水或者油為熱載體把熱能傳遞到井筒內(nèi)，使井筒溫度升高，將沉積在管壁，抽油泵等地方的蠟融化，并通過(guò)流體帶出井筒的方法，實(shí)現(xiàn)清防蠟的目的。熱油比熱水清蠟效果更好，因?yàn)闊嵯春笥途什粫?huì)上升，對(duì)地層傷害小，溶蠟速度快。

4.2 化學(xué)清蠟劑

（1）油基清防蠟劑。油基清防蠟劑的配方主要是由對(duì)蠟有較強(qiáng)溶解能力的溶劑油，表面活性劑和少量聚合物組合而成的[11-12]。利用表面活性劑的潤(rùn)濕、滲透、分散作用，為溶劑油與蠟增加接觸面積，這樣做能使得蠟快速溶解，加入聚合物是為了與原油中析出的晶體成為共晶體 ，其分子中既有親油基團(tuán)也有親水基團(tuán)，親油基團(tuán)與蠟共晶而親水基團(tuán)在外側(cè)，有效阻止蠟形成網(wǎng)目結(jié)構(gòu)，以此來(lái)達(dá)到降凝降粘效果，最終實(shí)現(xiàn)一定的清防蠟?zāi)康摹?/p>

（2）水基清防蠟劑。主要是由水和多種表面活性劑組成的，表面活性劑包括穩(wěn)定劑，互溶劑等。利用表面活性劑的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)特性吸附在有油管表面促進(jìn)蠟從油管表面脫落，蠟結(jié)構(gòu)變得松散，表面張力變小，活性分子將很容易將其溶下來(lái)，來(lái)達(dá)到清防蠟的效果。

（3）乳液型清防蠟劑。此清防蠟劑采用的是乳化技術(shù)，在有機(jī)溶劑中加入水，乳化劑，穩(wěn)定劑，快速攪拌成的乳狀液。內(nèi)相是有良好清蠟效果的有機(jī)溶劑，外相是表面活性劑，配制而成水包油型的乳液。將乳液加入油井后，在井底達(dá)到破乳溫度從而釋放出對(duì)蠟有較好溶解性的有機(jī)溶劑，直接高效清除積蠟。

（4）固體防蠟劑。主要成分是高壓聚乙烯和EVA，高壓聚乙烯是一種高分子，非結(jié)晶型防蠟劑，它的分子量在20000左右，是支鏈線型結(jié)構(gòu)。防蠟劑中的 EVA，含有的一些元素組成極性基團(tuán)，又有與蠟分子結(jié)構(gòu)相似的-（-CH2-CH2-）-n鏈接，當(dāng)原油溫度降低時(shí)它與蠟產(chǎn)生共晶作用，極性基團(tuán)延伸在外抑制住蠟晶的生長(zhǎng)[13]。由于高壓聚乙烯和石蠟鏈節(jié)相似，在溫度降低時(shí)高壓聚乙烯首先析出，其后析出的石蠟易附著在其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，聚乙烯是高分支型的，它們之間彼此游離，不相互聚集成團(tuán)，所以不會(huì)在油套管內(nèi)壁表面沉積，從而達(dá)到防蠟?zāi)康摹?/p>

5 研究總結(jié)

我國(guó)油田再生產(chǎn)過(guò)程中油井都存在著不同程度的結(jié)蠟現(xiàn)象，油管結(jié)蠟在原油生產(chǎn)以及運(yùn)輸中都帶來(lái)許多工藝，經(jīng)濟(jì)的難題，因此發(fā)展油井清防蠟工藝是一項(xiàng)很重要的建設(shè)。文章中已經(jīng)總結(jié)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的幾種清防蠟技術(shù)，根據(jù)不同油井的特性，結(jié)蠟的影響因素，油藏屬性，選擇最適合當(dāng)下油井所需的清防蠟技術(shù)是開(kāi)采過(guò)程中非常重要的一步。

機(jī)械清蠟：最常使用的是尼龍刮蠟器，質(zhì)量輕，操作簡(jiǎn)單，成本較低，不污染油層，比較適合短周期油井清蠟，缺點(diǎn)是刮蠟器會(huì)使得油管表面粗糙，容易再次形成結(jié)蠟，是自噴井和抽油井常用的除蠟方法。

電加熱清防蠟：加熱溫度可受人為控制，加熱迅速，熱能能夠充分使用，容易掌握使用方法，大部分油田都比較適用，但是不適用井斜角比較大的井。缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)投入比較大，對(duì)地層會(huì)造成一定程度的傷害。

表面能防蠟：使用壽命長(zhǎng)，成本低，更耐腐蝕，延長(zhǎng)檢泵周期，缺點(diǎn)是內(nèi)襯涂料易損壞，對(duì)于井下作業(yè)要求高，適合自噴井和氣舉井，不適用于稠油井和低產(chǎn)井。

聲波防蠟：防蠟效果跟機(jī)械防蠟效果相比更好，有效期長(zhǎng)，可重復(fù)利用，缺點(diǎn)是只可以接在泵下，而且也不能多級(jí)串聯(lián)，不適用于井底溫度變化較大的油井。

磁防蠟：使蠟質(zhì)發(fā)生變化，可延長(zhǎng)結(jié)蠟周期，磁場(chǎng)的作用距離長(zhǎng)范圍大，適用于抽油機(jī)井和自噴井，缺點(diǎn)是對(duì)溫度有要求，溫度不能過(guò)高，不同井需選不同的磁防蠟器，在防蠟后期還需配合化學(xué)清防蠟劑使用，防蠟效果更好。

微生物清防蠟：這個(gè)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是環(huán)保，對(duì)地層傷害小，由于微生物的繁殖性用量也不大，可適當(dāng)改變油藏滲透性，對(duì)油井的適用范圍也比較廣，但對(duì)技術(shù)要求比較高，篩選和培育也比較復(fù)雜。

熱洗清防蠟：工藝簡(jiǎn)單，清蠟比較徹底，無(wú)論原油什么性質(zhì)，蠟沉積性質(zhì)如何，都可以有效清除，適用于低產(chǎn)井，低壓井，低含水井，邊遠(yuǎn)井，缺點(diǎn)是成本設(shè)備費(fèi)用高，對(duì)參數(shù)要求高，耗時(shí)耗能都高。

油基清防蠟劑：與原油可以很好的融合，溶蠟速率快，國(guó)內(nèi)常用的溶劑油有二硫化碳、四氯化碳、氯仿、苯、二甲苯、汽油、煤油、柴油、凝析油和石油醚等[11，14]，由于溶劑油的凝點(diǎn)低，所以也適用于冬天使用，是油田中常用的化學(xué)清防蠟劑，缺點(diǎn)是油劑燃點(diǎn)低易著火，有些溶劑油有毒性，可能會(huì)對(duì)地層造成不可逆的損害。

水基清防蠟劑：表面活性劑種類(lèi)有多種國(guó)內(nèi)常用的有甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇單丁醚，二乙二醇乙醚，丙酮等[15]，燃點(diǎn)高不易著火，因?yàn)闊o(wú)味無(wú)毒環(huán)保高效，所以可以安全使用，適用于含水率高的油井，缺點(diǎn)是藥劑所需造價(jià)高，對(duì)復(fù)配要求高，清防蠟見(jiàn)效慢。

乳液型清防蠟劑：是油基和水基的結(jié)合，具有它們?nèi)康膬?yōu)點(diǎn)，溶蠟速率快，還安全無(wú)毒，缺點(diǎn)是儲(chǔ)存運(yùn)輸困難較大，對(duì)破乳的時(shí)間和溫度有嚴(yán)格的條件限制。

6 結(jié)語(yǔ)

在原油開(kāi)采過(guò)程中，油井的清防蠟是必不可少的步驟，在清防蠟過(guò)程中也不是只使用單一的技術(shù)，通常是物理清防蠟和化學(xué)清防蠟組合使用，達(dá)到更好的效果?；瘜W(xué)清防蠟技術(shù)在油田使用中效果明顯，同時(shí)還具有降凝、降粘等作用，是未來(lái)清防蠟技術(shù)主攻方向，所以我們需要不斷優(yōu)化現(xiàn)有的化學(xué)清防蠟劑，創(chuàng)新復(fù)配方案，研究開(kāi)發(fā)環(huán)保高效的清防蠟劑，使我國(guó)的原油開(kāi)采有質(zhì)的飛躍，造福人民，提高經(jīng)濟(jì)效益。