FMES/OP-8二元體系在油田清蠟劑中的應(yīng)用

高 松

上海喜赫精細(xì)化工有限公司，上海 201620

原油在開采上升過程中，隨著地面溫度和壓力的降低以及原油中輕質(zhì)氣體組分的不斷析出，當(dāng)溫度下降到一個低溫臨界點的時候，原油內(nèi)部溶解的石蠟便以結(jié)晶體形式析出、聚集并沉積在深井泵的閥門、抽油桿和油管壁等設(shè)備上，出現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象。結(jié)蠟量較多時易堵塞閥門，不能靈活地操作開關(guān)引起大量漏油，也會導(dǎo)致管道油流空間逐漸減小，抽油桿輸送能力降低，油井產(chǎn)量下降，從而增大油井負(fù)荷，出現(xiàn)井卡、抽油桿斷脫等生產(chǎn)事故［1］。

苯、甲苯、二甲苯等芳香烴和一些環(huán)烷烴、長鏈烷烴與原油中的石蠟分子有相似的結(jié)構(gòu)，多用來作為清蠟劑，可以注入地下原油中以改善原油流動性，溶解沉積在輸油管道上的蠟質(zhì)。但是這類溶劑存在密度小、難以沉降至油管底部、僅能溶化表層蠟質(zhì)等缺點。為了進(jìn)一步提高溶劑的清蠟效率，在溶劑中加入表面活性劑可以提高清蠟體系的密度、分散力和滲透力，從而加速蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞，促進(jìn)溶劑的溶蠟作用［2］。脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸鹽（FMES）具有與石蠟和瀝青類似的長碳鏈脂肪酸結(jié)構(gòu)，對蠟質(zhì)和瀝青有明顯的剝離效果［3］。將剝離效果明顯的FMES 與乳化力優(yōu)異的辛基酚聚氧乙烯醚-8（OP-8）組成二元表面活性劑體系，能明顯降低石蠟與管壁間的界面張力，加快有機溶劑進(jìn)入石蠟內(nèi)部，使大的蠟塊分散為小顆粒脫離至原油中，從而提高清蠟效率［4］。因此，本文將FMES 與OP-8 復(fù)配并與溶劑油、粗苯等制成清蠟劑，研究清蠟劑的溶蠟速率和清蠟率等性能指標(biāo)，并將其應(yīng)用于油井現(xiàn)場清蠟實驗，驗證清蠟效果，為提高原油產(chǎn)收率提供參考。

1 實驗

1.1 主要試劑與儀器

FMES、無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉（EDDHA-Na），工業(yè)級，上海喜赫精細(xì)化工有限公司；乙二醇丁醚，工業(yè)級，江蘇天音溶劑制造有限公司；OP-8，工業(yè)級，上海清奈實業(yè)有限公司；粗苯，工業(yè)級，上海焦化有限公司；200#溶劑油，工業(yè)級，鎮(zhèn)江南海中聯(lián)化工有限公司；石蠟切片，工業(yè)級，蘇州凱博精細(xì)化工有限公司。

小型擺洗機，張家港鑫源發(fā)實驗設(shè)備有限公司；YG091型表面張力儀，萊州市電子儀器有限公司；OCMA-310型實驗室小型烘箱，泰安奧愷威實驗儀器儀表有限公司；AB104型電子天平，上海凱德國際貿(mào)易有限公司；WSB-V 型傾點測試儀，蘭州三拓智能電子設(shè)備有限公司；FJ200 型高速分散均質(zhì)機，上海滬析實業(yè)有限公司。

1.2 清蠟劑制備方法

稱取一定質(zhì)量的表面活性劑FMES、OP-8、200#溶劑油、粗苯、正已醇和EDDHA-Na，用FJ200型均質(zhì)機攪拌均勻，即制得清蠟劑。

1.3 測試方法

1.3.1 凝固點

按照GB/T 510—2018［5］《石油產(chǎn)品凝點測定法》測試清蠟劑凝固點。在100 mL 試管底部注入無水乙醇2 mL，向試管中倒入待測樣品至刻度線，將試管牢固地裝在套管中，保證試管外壁與套管內(nèi)壁距離相等，放入低溫冷凍液中，試管侵入冷凍液的深度不少于80 mm。將試管傾斜45 °，保持試管內(nèi)部藥劑液面位置沒有發(fā)生移動1 min，此刻的溫度即為凝固點。

1.3.2 溶蠟速率

參照Q/SY DQ0829—2006［6］《采油用清、防蠟劑技術(shù)條件》方法，準(zhǔn)確稱量10 g石蠟切片裝入溶蠟測試杯中，升溫到70 ℃至石蠟完全融化為液體，冷卻后稱量石蠟和測試杯總質(zhì)量，記為m1。將測試杯放入測試儀，加入清蠟劑溶液，恒溫40 ℃，啟動攪拌器，計時3 min 后取出溶蠟試杯倒置30 min，瀝干表面液體并稱質(zhì)量，記為m2。溶蠟速率計算見式（1）。

式中：v為溶蠟速率，g/（min·m2）；m1為初始蠟球與測試杯的總質(zhì)量，g；m2為殘留蠟球與測試杯的總質(zhì)量，g；A為測試杯橫截面積，m2。

1.3.3 閃點

參照GB/T 261—2008［7］《賓斯基-馬丁閉口杯法》對清蠟劑閃點進(jìn)行測定。

1.3.4 清蠟率

將石蠟（熔點50 ℃）、石蠟（熔點62 ℃）、瀝青和石英砂粉（粒徑178 μm）按照質(zhì)量比4∶4∶1∶1混合，在70 ℃恒溫水浴條件下攪拌均勻。將尺寸為10 cm×20 cm×0.6 cm 的不銹鋼片用石油醚徹底除凈，室溫晾干，用精密天平稱其質(zhì)量，記為m0。將稱量好的不銹鋼試片浸入混合蠟中靜置5 min，取出后垂直懸掛于空氣冷卻1 h后準(zhǔn)確稱質(zhì)量，記為m3。將帶蠟試片放入擺洗機，清蠟劑工作液保持溫度40 ℃，擺動頻率為100 次/min，擺動時間5 min，取出試片，瀝干并室溫干燥后稱質(zhì)量，記為m4。清蠟率k的計算見式（2）。

2 結(jié)果與討論

2.1 FMES與OP-8復(fù)配后的清蠟效果

管道的蠟垢在生成過程中會包裹不同電荷的雜質(zhì)，如帶正電荷的Ca2+、Mg2+和Fe3+，同時蠟垢表面也會附帶負(fù)電荷的硬脂酸瀝青類雜質(zhì)。FMES屬于陰離子型表面活性劑，其帶負(fù)電荷的親水基—SO3-可以與帶負(fù)電荷的蠟垢產(chǎn)生靜電排斥作用，與帶正電荷的蠟垢產(chǎn)生靜電吸引作用，兩種靜電作用都可將蠟垢松動并加速蠟垢剝離脫落［8］。陰離子型表面活性劑的缺陷是乳化力不夠，需要借助非離子型表面活性劑的乳化作用削弱蠟垢與硬表面的結(jié)合力，因此將兩者復(fù)配是提高表面活性劑清蠟效果的有效途徑［9］。OP-8 乳化力優(yōu)異，可以將蠟乳化成水包油型微乳顆粒，有助于FMES 對蠟垢進(jìn)一步的剝離。將乳化力優(yōu)異的非離子型表面活性劑OP-8 和分散剝離力優(yōu)異的陰離子型表面活性劑FMES 復(fù)配，并通過單因素試驗研究OP-8 和FMES 的最佳清蠟用量比例，F(xiàn)MES 和OP-8 復(fù)配后不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w）時的清蠟率見表1。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w）FMES與OP-8的清蠟率

由表1 可知：單獨使用FMES 的清蠟效果要好于單獨使用OP-8 的效果，說明對于蠟垢的清洗，OP-8 的乳化作用不如FMES 的剝離和分散作用效果理想。這是由于在40 ℃溫度條件下，蠟以固體形式存在，乳化劑OP-8 很難突破蠟質(zhì)表層擴散進(jìn)入蠟垢內(nèi)部［10］。FMES 與OP-8 復(fù)配后具有明顯的協(xié)同增效作用，F(xiàn)MES 和OP-8 質(zhì)量比為1∶1的清蠟率最高，達(dá)到35.72%。

2.2 FMES/OP-8 二元體系與溶劑協(xié)同清蠟作用

溶劑是清蠟劑的重要組成部分，考慮溶劑的密度、價格、清蠟效果，選擇200#溶劑油和粗苯作為清蠟溶劑。200#溶劑油閃點大于30 ℃，密度為0.8 g/cm3，主要成分是長直碳鏈的烷烴［11］，靜態(tài)溶蠟率大于350 g/（min·m2）。粗苯為焦化企業(yè)生產(chǎn)焦炭的副產(chǎn)品［12］，價格低廉，主要組分是苯（50%～70%）、甲苯（10.5%～20%）和二甲苯（3%～6.2%），密度為0.9 g/cm3，溶蠟率大于450 g/（min·m2）。以O(shè)P-8和磺酸鹽FMES 質(zhì)量比1∶1為清蠟劑的主要表面活性劑成分，與不同比例的200#溶劑油和粗苯復(fù)配，清蠟效果見表2。

由表2 可知：表面活性劑占比大的1 號和2 號實驗，靜態(tài)溶蠟速率和動態(tài)清蠟率均不理想，200#溶劑油和粗苯占比越大，清蠟劑的靜態(tài)溶蠟速率和動態(tài)清蠟率越高，說明表面活性劑只能起到輔助清蠟的作用，用量不宜太高，特別是乳化劑OP-8 用量過多，不僅會乳化蠟垢，也會將溶劑油乳化為水包油（O/W）型微乳液，將溶劑油的顆粒包裹起來而失去溶蠟的作用［13］，因此乳液型清蠟劑配方應(yīng)該以溶劑油為主。10 號配比清蠟劑的清蠟效果最好，當(dāng)二元表面活性劑、200#溶劑油和粗苯溶劑油的質(zhì)量比為1∶2∶5 時，其靜態(tài)溶蠟率為366 g/（min·m2），清蠟率為82.17%。根據(jù)表2 的實驗結(jié)果最終確定的清蠟劑配方見表3。

表3 清蠟劑配方

按照表3 配方制得清蠟劑，根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 261—2008、GB/T 510—2018 等測試方法，測試其凝固點、閃點、溶蠟速率等性能指標(biāo)，結(jié)果如表4 所示。由表4 可知：測試結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，另外將1 份清蠟劑與99 份原油混合攪勻，經(jīng)測試，原油的黏度由38.50 下降為32 mPa·s，密度幾乎沒有變化，原油本身凝固點可下降2 ℃。

表4 清蠟劑性能指標(biāo)

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

按照表3 配方制得清蠟劑用于現(xiàn)場油田采油井的清蠟作業(yè)，在利津縣采油場對該配方清蠟劑進(jìn)行了第1 次現(xiàn)場試驗，試驗井為直井，沉沒度大于200 m，井深1 618 m，從套管將配制好的清蠟劑150 kg 加入油套環(huán)形空間，輸送到井下空心光桿的頂部，與地層產(chǎn)出液混合后由井下空心桿處進(jìn)入油管內(nèi)，關(guān)井溶蠟浸泡24 h，每2 h活動抽油機1次，防止蠟垢脫落下沉，最后與產(chǎn)出液混合后一起舉升抽出地面?，F(xiàn)場試驗反饋抽油馬達(dá)上載電流下降，上載負(fù)荷下降5%，平均產(chǎn)油量提高0.4 m3/d，清蠟周期為15 d，清蠟作業(yè)達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié)論

1）FMES 的碳鏈長，分散性能優(yōu)異，低溫條件下對結(jié)蠟和瀝青有良好的剝離效果，與乳化性能優(yōu)異的非離子型表面活性劑OP-8 組成二元體系具有明顯的協(xié)同增效作用，對結(jié)蠟的去除效果理想。

2）將陰離子型表面活性劑FMES 與非離子型表面活性劑OP-8 按照1∶1 的質(zhì)量比組成二元體系具有最佳的清蠟效果，該二元表面活性劑體系有利于將清蠟劑滲透入結(jié)蠟與管壁的結(jié)合處，降低結(jié)蠟在管壁的結(jié)合力，使結(jié)蠟更容易解析脫落至油流中。

3）將FMES、OP-8、200#溶劑油、粗苯、正己醇和EDDHA-Na 6 種原料分別按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%、6%、24%、60%、3%和1%復(fù)配制得清蠟劑，兼有水基和油基清蠟劑的特點，在清蠟的同時也具有防蠟的效果，符合清蠟劑產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。