井筒防蠟技術(shù)的研究

關(guān) 喆，吳 明，賈馮睿，李經(jīng)緯

(1. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001； 2. 遼寧石油化工大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

井筒防蠟技術(shù)的研究

關(guān) 喆1，吳 明1，賈馮睿1，李經(jīng)緯2

(1. 遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001； 2. 遼寧石油化工大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

井筒防蠟技術(shù)不僅直接影響油井的采收率和抗負(fù)荷能力，而且對油田的穩(wěn)定生產(chǎn)也有重要的影響。簡要介紹了井筒的結(jié)蠟機理及其主要影響因素，此外，分別從物理、化學(xué)及生物技術(shù)等角度系統(tǒng)闡述了典型防蠟技術(shù)的方法以及優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上，探討了防蠟技術(shù)的最新研究進(jìn)展并指出了今后的發(fā)展趨勢。

含蠟原油；井筒；防蠟技術(shù)；發(fā)展趨勢

含蠟原油在開采過程中，由于溶解氣體的逸出以及膨脹使得原油溫度降低，當(dāng)溫度低于析蠟點時，就會有蠟結(jié)晶析出，不斷的沉積在地層、油管，以及井下裝置中[1,2]。蠟沉積在地層中，會使地層滲透率減小，降低原油采收率，甚至堵塞采油層；蠟沉積在油管中，會導(dǎo)致原油粘度增加，阻力增大，降低油井產(chǎn)能，增加作業(yè)費用，甚至堵塞地面管線。因此井筒防蠟是保證高含蠟井正常生產(chǎn)的重要手段之一[3]，在實現(xiàn)油井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、降低成本等方面具有重要意義。

對于油田單井管線中的蠟沉積問題,國內(nèi)外相關(guān)工作者進(jìn)行了大量的研究工作，研制了多種防蠟產(chǎn)品，同時開發(fā)了許多關(guān)于油井防蠟的技術(shù)，目前，國內(nèi)外油田普遍應(yīng)用的防蠟技術(shù)主要包括熱力防蠟技術(shù)、化學(xué)防蠟技術(shù)、強磁防蠟技術(shù)等[4]。雖然這些防蠟技術(shù)在一定的時期內(nèi)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，但是也存在熱能損失、污染地層、局限性大及施工成本高等諸多問題尚需深入研究。結(jié)合結(jié)蠟機理及主要影響因素系統(tǒng)的分析了物理防蠟技術(shù)、化學(xué)防蠟技術(shù)、微生物防蠟技術(shù)以及其它的一些典型的防蠟技術(shù)的方法，并探討了以上幾種防蠟技術(shù)的現(xiàn)狀及特點，然后針對其特點選擇適合高效的防蠟技術(shù)，實現(xiàn)油井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

1 結(jié)蠟機理及其主要影響因素

當(dāng)溫度低于析蠟點溫度和油流溫度時，原油中管壁處的蠟分子借助于管壁上的結(jié)晶中心（如內(nèi)壁的粗糙凸起、機械雜質(zhì)和砂等）結(jié)晶析出，導(dǎo)致溶解蠟分子和蠟晶顆粒產(chǎn)生徑向濃度梯度，在這個濃度梯度的影響下，蠟晶分子從管中央大量的運移到管壁邊緣，聚集長大，最終以結(jié)晶形式沉積在管壁上。析出的蠟晶多呈薄片狀或針狀結(jié)構(gòu)，石蠟晶體間易結(jié)合成固態(tài)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在一定溫度下有一定的牢固性。影響原油中石蠟沉積的因素有很多，溫度、壓力，流速、原油的組成、管線表面性質(zhì)等都能成為蠟沉積的影響因素，其中溫度和壓力的變化等是石蠟沉積的、流速和原油組成成分是影響結(jié)蠟的主要原因[5-7]。

2 防蠟技術(shù)的應(yīng)用

2.1 物理防蠟技術(shù)

2.1.1 熱力防蠟技術(shù)

熱力防蠟技術(shù)是目前國內(nèi)外油田普遍采用的典型防蠟技術(shù)，主要利用熱能提高抽油桿、油管和液流的溫度，當(dāng)溫度超過析蠟溫度時，使蠟溶解并順油管流走以達(dá)到防蠟?zāi)康?。一般常用的方法是電熱抽油桿加熱、電熱自控電纜加熱和熱化學(xué)防蠟等。電熱抽油桿終端器的深度決定開始加熱的深度和電熱桿的長度，因此終端器下入深度設(shè)計原則應(yīng)是超過析蠟點和凝固點深度。通過合理優(yōu)化的終端器下深、管桿柱組合以及加熱工作制度，制定了適合英東油田高效開發(fā)的電加熱桿防蠟工藝，當(dāng)終端器的下入深度為950～1050 m、一天連續(xù)加熱時間為6 h，停機18 h時，產(chǎn)量由日產(chǎn)7.25 t增加到17.3 t[8]，效果顯著。

熱洗防蠟技術(shù)的應(yīng)用過程穩(wěn)定便捷提溫速度快，同時利用了油井自身的能量，應(yīng)用效果良好，然而這種技術(shù)需要不間斷地加熱以保持原油溫度處于析蠟點之上，將會耗費大量的能源[9]，成本較高，并且對于深井效果不理想。

2.1.2 聲波防蠟技術(shù)

聲波防蠟技術(shù)是利用超聲波打斷長鏈蠟分子結(jié)構(gòu)，改變蠟晶形態(tài)，抑制蠟晶生長，降低原油的粘度，從而減小原油在管路中的流動阻力，在不污染地層的前提下減小原油管輸過程中的能耗。利用聲波發(fā)生器[10]產(chǎn)生的聲波振動可以加強流體的攪拌和勻和能力，使原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)與蠟晶均勻分布，并且這種振動能使蠟晶[11]網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭受強烈的破壞，降低原油粘度和凝固點。同時通過降低聲波場中空化閾和空化產(chǎn)生的條件，使空化現(xiàn)象易發(fā)生，利用空化作用產(chǎn)生局部的高溫高壓的能量爆發(fā)來發(fā)改變流體結(jié)構(gòu)，達(dá)到防蠟?zāi)康腫12]。

采用聲波防蠟作用迅速，對油井無污染，不會破壞油層；成本低；施工工藝簡單；效益高，但是聲波防蠟技術(shù)也有一定的弊端，此技術(shù)要求較高的機械強度，適用于含蠟油井及粘度2 000 mPa·s以下的稠油井，并不受含水的影響。

2.1.3 磁防蠟技術(shù)

磁防蠟技術(shù)是原油在磁場的作用下，蠟分子的排列結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而防止蠟從原油中析出而吸附、沉積在管壁，達(dá)到防蠟的目的。利用變頻電磁場防蠟器對含蠟油進(jìn)行電磁波處理后，引起蠟分子的內(nèi)共振，使蠟晶分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，阻止蠟分子的析出，長大和聚集，并且對已經(jīng)形成的蠟晶有一定的破碎作用，防蠟率可達(dá)54%[13]。同時分析了磁場對石蠟磁性核的作用，在磁場的作用下，油中的磁性核沿磁場進(jìn)動且按能級規(guī)則取向排列，克服石蠟分子間的作用力，改變石蠟的結(jié)晶過程，可以有效防止蠟晶形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，抑制蠟晶的聚集長大[14]。原油經(jīng)磁處理后，塑性粘度、屈服應(yīng)力和防蠟率都有明顯的提高，原油的流變性能得到改善[15]。

采用磁防蠟方法，可以使結(jié)蠟減輕，延長清洗周期，減少繁重的洗蠟操作，從而提高采油效率。但是磁防蠟技術(shù)作用于中低產(chǎn)量井較好，高產(chǎn)井較差。主要由于抗磁物質(zhì)磁處理時間不夠，所以針對不同蠟性和不同產(chǎn)量的油井，需要加大磁場強度或延長磁處理時間。

2.2 化學(xué)防蠟技術(shù)

化學(xué)防蠟技術(shù)主要是通過加入化學(xué)藥劑有效抑制石蠟晶體的析出、聚集、沉積在管壁表面。通過分析合水油田的蠟樣組分和碳數(shù)分布，在不同比例復(fù)配優(yōu)選溶劑的基礎(chǔ)上，優(yōu)化得到高效油基清蠟劑CD-2，與現(xiàn)場使用的CX清蠟劑性能對比，CD-2溶劑的清蠟速率更高，性價比更好[16]。同時分析青海油田的原油性質(zhì)則以丙烯酸甲酯、馬來酸酐、十八醇和苯乙烯為原料，以甲苯為溶劑，制得原油防蠟劑 FLJ-1，當(dāng)FLJ-1防蠟劑濃度為 600 mg/L 時，循環(huán)水溫 5 ℃下，原油的析蠟點降低了 14 ℃，防蠟率為 66.6%[17]。通過分析了春光油田原油性質(zhì)，把采用溶液法合成的苯乙烯-馬來酸二十醇酯-丙烯酰胺三元共聚物與清蠟分散劑復(fù)配后，含 8%聚合物的混合體系在加劑量為 0.8%時防蠟率可以達(dá)到60.33%[18]。

雖然化學(xué)防蠟?zāi)軌蚱鸬匠掷m(xù)防蠟作用，延長油井的熱洗周期，減少油井清防蠟費用，但是通過以上分析可知每個油田的每口油井采出的原油成分各不相同，所以需要單獨設(shè)計適合的清防蠟劑，因而具有很大的局限性。

2.3 微生物防蠟技術(shù)

微生物防蠟技術(shù)是利用微生物自身的粘附性使其粘附在金屬表面形成微生物保護(hù)膜，阻止蠟晶析出。利用微生物防蠟技術(shù)作用在冀東油田現(xiàn)場檢測和室內(nèi)分析發(fā)現(xiàn)[19]，微生物能有效的降解石蠟，阻止蠟晶生長，能使抽油機回壓和負(fù)荷顯著降低，免修期延長，維護(hù)了油井的正常生產(chǎn)。利用從大慶含蠟原油中分離，純化得到的微生物清防蠟菌種和高產(chǎn)表活劑菌種按照不同的比例混合接種，當(dāng)兩種菌種復(fù)配比例是5:3時，培養(yǎng)7 d后，防蠟率達(dá)到57.4%[20]也有采用靜態(tài)掛片失重法和靜態(tài)掛片增重法測定JH-1微生物清防蠟劑的防蠟率，試驗結(jié)果表明，當(dāng)微生物菌劑加量為 5%時，防蠟率達(dá)到78.92%，菌劑加量為10%時，防蠟率為87.53%[21]。

微生物防蠟具有安全環(huán)保, 施工簡單，成本低,對油層無污染等特點，但是微生物防蠟也有一定的局限性，首先微生物的培養(yǎng)條件較為苛刻，其次微生物防蠟技術(shù)不易在環(huán)境溫度高，含鹽濃度大，重金屬離子含量高的油藏條件下使用[22]。

2.4 其它防蠟技術(shù)

2.4.1 表面能防蠟技術(shù)

通過提高管壁的光滑度及改善表面潤濕性使析出的蠟不易聚結(jié)在管壁上達(dá)到防蠟的目的。利用熱處理和化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法[23]在鋼鐵表面制備了一種防結(jié)蠟涂膜，針對于含蠟的油水環(huán)境中，由于水與液體蠟的潤濕性不同，這使得涂膜優(yōu)先吸附一層水膜，而這層水膜可以阻止含蠟油水相與鋼鐵表面的直接接觸，從而抑制蠟晶的沉積與粘附。當(dāng)鋼管表面被一種RBE（多元醇磷酸酯）轉(zhuǎn)化膜處理后，表面具有了較強的親水憎油性，阻礙了蠟的沉積，對脫水原油的防蠟率達(dá) 84.8%[24]。在鋼管涂層中加入鍶鐵氧體（strontium ferrite, SF）制備成SF磁粉涂層，此涂層的防蠟率隨著磁粉磁性的增加而增大，當(dāng)磁粉添量為2 %，防蠟率最大，達(dá)到了77.3 %，再向體系中添加0.6 %的聚乙二醇后，防蠟率達(dá)到80.1 %[25]。

油管防蠟雖然不用考慮蠟晶的結(jié)構(gòu)，具有普適性，但是油管防蠟不耐沖擊，運輸和起下油管要求的條件苛刻。同時涂料油管防蠟使用一段時間后，由于表面蠟清除不凈，及石油中活性物質(zhì)可使管壁表面性質(zhì)發(fā)生變化而失去防蠟效果。

2.4.2 復(fù)合防蠟技術(shù)

復(fù)合防蠟技術(shù)[26]是把防蠟劑防蠟與超聲波振蕩器防蠟結(jié)合起來的一種有效的新的防蠟技術(shù)。當(dāng)流油通過時，超聲波振蕩器產(chǎn)生的聲化作用可以有效地破壞和延緩石蠟結(jié)晶,也在一定程度上降低了原油的表面張力,同時它還可以使原油和防蠟劑得到更充分的混合,有助于提高防蠟效果。這種防蠟技術(shù)已經(jīng)在油田的生產(chǎn)實際中得到了應(yīng)用,取得了較好的防蠟效果。正文內(nèi)容覆蓋粘貼在這里，正文內(nèi)容覆蓋粘貼在這里正文內(nèi)容覆蓋粘貼在這里。

3 結(jié)束語

井筒防蠟技術(shù)是維護(hù)油田正常生產(chǎn)的必要手段之一，以上各種防蠟技術(shù)在各油田均有應(yīng)用,但都存在著一定的問題。所以對已有防蠟技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化,同時也要開發(fā)新的防蠟方案。

（1）物理和化學(xué)防蠟技術(shù)仍是油田主要采用的防蠟技術(shù)，其中，物理防蠟技術(shù)因其效率高，適用范圍廣等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。此外，微生物防蠟技術(shù)也因其作用周期較長，操作費用較低，不影響油的品質(zhì)，對地層無任何污染傷害等優(yōu)點受到了越來越多的重視。

（2）物理防蠟技術(shù)的防蠟率平均可達(dá) 65%，化學(xué)防蠟技術(shù)的防蠟率平均可達(dá)到60%以上，而不同微生物防蠟率不同，最高可達(dá)到80%以上，表面能防蠟率雖可達(dá)80%以上，但是因其施工投資巨大而不被廣泛使用。

（3）單一的防蠟技術(shù)存在著效率較低、局限性較大及性能單一等不足已經(jīng)很難滿足油田高效穩(wěn)產(chǎn)的需求，因此，防蠟技術(shù)的復(fù)合化應(yīng)用將是未來研究的熱點。

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Study on the Paraffin Inhibition Technology of Well Bore

GUAN Zhe1， WU Ming1，JIA Feng-rui1，LI Jing-wei2
（1. School of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China ; 2. School of Information and Control Engineering, Liaoning Shihua University , Liaoning Fushun113001, China）

The paraffin inhibition technology of well bore not only affects the recovery ratio and the load capacity of the oil well, but also has an important influence on the stable production of oil field. In this paper, mechanism and main influence factors of well bore wax precipitation were briefly introduced. In addition, typical paraffin inhibition technologies as well as their advantages and disadvantages were systematically analyzed from physical, chemical and biological technology aspects. On the basis of this, the latest research progress of the paraffin inhibition technology was discussed, and the future development direction of the paraffin inhibition technology was pointed out.

Waxy crude oil; Well bore; Paraffin inhibition technology; Development direction

TE 357

A

1671-0460（2014）12-2615-03

2014-06-01

關(guān)喆（1989-），女，遼寧丹東人，在讀碩士研究生，2012年畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)油氣儲運工程專業(yè)，研究方向：從事管道蠟沉積的研究。E-mail：840834682@qq.com。

吳明（1961-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣儲運工程方向的研究工作。E-mail：wuming0413@163.com。