熱洗清蠟工藝技術(shù)對(duì)比研究及應(yīng)用

王國(guó)正，崔 奮，顧兆林，王贊社，張德松

（1.西安交通大學(xué)，西安 710049；2.吐哈油田公司機(jī)械廠，新疆哈密 839009）①

熱洗清蠟工藝技術(shù)對(duì)比研究及應(yīng)用

王國(guó)正1，2，崔 奮1，2，顧兆林1，王贊社1，張德松2

（1.西安交通大學(xué)，西安 710049；2.吐哈油田公司機(jī)械廠，新疆哈密 839009）①

油井的清蠟問題一直是采油工藝的難題。采用熱洗的方法進(jìn)行清蠟是國(guó)內(nèi)各油田廣泛使用的工藝技術(shù)。通過對(duì)套管反洗、套管短路反洗、套管溫控反洗、空心抽油桿正洗等熱洗工藝技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，提出各種工藝技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)范圍。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用效果較好的空心抽油桿正洗工藝技術(shù)和配套井下工具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，取得了較好的效果。應(yīng)用效果顯示，空心抽油桿正洗工藝技術(shù)可以解決低壓、低滲、高含蠟等特殊油田的清蠟問題。

清蠟；熱洗；正洗；反洗；配套工具

在油田開發(fā)過程中，隨著地層壓力下降、含水量上升、地層溫度變換等因素的影響，使油井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生石蠟和大量的結(jié)垢。油井結(jié)蠟成為油井生產(chǎn)過程中的一個(gè)常見的破壞性問題，已成為制約原油生產(chǎn)的一個(gè)重要因素，所以各油田油井清防蠟工作已成為油井正常維護(hù)的一項(xiàng)重要工作。

我國(guó)各油田原油以蠟基原油為主，各主要油田原油的含蠟量各不相同，大多是高黏易凝原油，含蠟量高，黏度大，原油結(jié)蠟使油流通道減小，影響油井的生產(chǎn)能力，增加動(dòng)力載荷，嚴(yán)重時(shí)使油井停產(chǎn)、上修。因此，油井清蠟工藝技術(shù)備受油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)注。

用于油田清蠟的工藝技術(shù)眾多［1］，常用的有機(jī)械清蠟、熱力清防蠟、表面能防蠟（內(nèi)襯和涂油管）、化學(xué)劑清防蠟、超聲波清防蠟、磁清防蠟和微生物清防蠟技術(shù)等。其中采用熱洗的方法清蠟，因其操作方便、清蠟徹底、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)內(nèi)各油田廣泛使用的工藝技術(shù)。

1 油井結(jié)蠟機(jī)理和一般性規(guī)律

在地層中一定壓力和溫度的作用下，石蠟溶解在原油中形成穩(wěn)定體系。在原油舉升到地面的過程中，隨著壓力、溫度的不斷降低和脫氣等原因，溶解度降低，蠟不斷結(jié)晶析出?；跀U(kuò)散理論［2-3］的徑向擴(kuò)散、剪切彌散和布朗運(yùn)動(dòng)造成石蠟不斷沉積在桿管壁面上，造成油井結(jié)蠟。

從油井結(jié)蠟的機(jī)理入手，進(jìn)行的相關(guān)理論和試驗(yàn)研究表明，油井結(jié)蠟具有以下一般性規(guī)律：

1） 油井結(jié)蠟一般均在上部一段位置。隨著油井深度的增加，溫度和壓力逐步提高，結(jié)蠟逐漸減少，可以忽略。因此油井存在一個(gè)理論結(jié)蠟點(diǎn)位置。該位置深度隨油井參數(shù)的變化而不同，而且隨參數(shù)變化而移動(dòng)。

2） 結(jié)蠟主要集中在結(jié)蠟點(diǎn)以上的油管內(nèi)壁和抽油桿外壁上。油套環(huán)空及結(jié)蠟點(diǎn)以下壁面結(jié)蠟較少，可以忽略。

3） 油井結(jié)蠟趨勢(shì)和速率隨油氣比的增加、溫度梯度的增加、壓力的降低及含水的下降而呈增加趨勢(shì)。

因此，采用熱洗的工藝進(jìn)行清蠟，熱量分布要盡量符合一般性規(guī)律的要求，熱洗參數(shù)要隨油井參數(shù)的變化而變化，才能取得好的效果。

2 熱洗清蠟工藝技術(shù)對(duì)比分析

熱洗清蠟的工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以解決不同地質(zhì)條件的問題。

2.1 套管反洗工藝技術(shù)

套管反洗工藝的原理是：熱洗液從套管閥進(jìn)入，經(jīng)過油套環(huán)空、抽油泵、桿管環(huán)空，從油管閥返回地面流程。管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

套管反洗工藝流量大，熱洗徹底。平均洗1次井需90～100℃的熱水30～60 m3，泵掛在1 000～1 200 m的井反洗循環(huán)壓力需6～10 MPa，啟動(dòng)壓力有時(shí)高達(dá)25 MPa。

從工藝流程分析和現(xiàn)場(chǎng)使用情況證明，該工藝具有以下局限性：

1） 對(duì)于低壓低滲地質(zhì)條件，洗井過程的高壓造成注水和壓井效應(yīng)，熱洗液倒灌地層，堵塞喉道，污染地層，使油井產(chǎn)量降低，嚴(yán)重時(shí)造成油井上修。

2） 熱洗液熱量分布不合理，熱量給套管和地層以及井低的傳熱占據(jù)了總熱量的1／2，無(wú)效的流動(dòng)增加了流程阻力，無(wú)效的傳熱降低了熱使用效率。

3） 長(zhǎng)期熱洗使套管承受高溫高壓，影響套管壽命。

4） 熱洗過程需要液量較多，時(shí)間長(zhǎng)，洗后排液時(shí)間長(zhǎng)，影響產(chǎn)量。

以上局限性使得該工藝技術(shù)只能在一般地質(zhì)條件優(yōu)良的油井使用，而且能耗和熱損失較大。

圖1 套管反洗工藝流程

2.2 套管短路反洗工藝技術(shù)

采用隔離油層的套管短路反洗工藝技術(shù)有效地克服了套管反洗對(duì)敏感地層的影響［4］，其原理是：在抽油泵下部安裝上接頭帶孔的卡瓦封隔器，將油層進(jìn)行隔離，防止熱洗液進(jìn)入油層對(duì)地層造成污染。封隔器下面安裝單流閥和篩管絲堵，原油可以上流，熱洗液不能下流。管柱結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該工藝技術(shù)保留了熱洗徹底的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有以下優(yōu)勢(shì)：

1） 避免了敏感地層的污染。

2） 卡瓦封隔器將油管柱錨定，起到了防止抽吸過程中油管的伸縮作用，這樣能減少?zèng)_程損失，提高抽油泵效，避免油管脫落，有效預(yù)防工程事故。

3） 生產(chǎn)時(shí)不影響測(cè)量動(dòng)液面，檢泵作業(yè)時(shí)上提管柱解封，膠筒收縮，不會(huì)造成抽吸井噴。

以上這些優(yōu)勢(shì)比常規(guī)套管反洗工藝具有根本性的改善。但是熱效率低仍然是其不足之處。

圖2 套管短路反洗工藝流程

2.3 套管溫控反洗工藝技術(shù)

套管溫控反洗工藝是為了在不污染地層的同時(shí)，克服無(wú)效的流動(dòng)和熱損失，提高熱效率的一種工藝技術(shù)。核心工具是溫控短路封堵器［5］。其原理是：在結(jié)蠟點(diǎn)以下油管上連接溫控短路封堵器，其中的溫控元件能隨溫度的升高而膨脹，隨溫度的降低而收縮；在熱洗過程中，熱洗液到達(dá)溫控短路封堵器時(shí)，溫控元件膨脹推動(dòng)滑套打開閥眼，推動(dòng)膠筒脹開，封堵套管下部環(huán)空，防止熱洗液繼續(xù)下行，形成短路熱洗；熱洗結(jié)束時(shí)，溫度逐漸降低，溫控元件收縮，滑套閥眼關(guān)閉，膠筒恢復(fù)，不影響后續(xù)生產(chǎn)和測(cè)試。溫控短路封堵器如圖3所示。

圖3 溫控短路封堵器結(jié)構(gòu)

該工藝技術(shù)不僅避免了油層污染，而且溫控短路封堵器安裝在結(jié)蠟點(diǎn)附近，避免了井筒下部和井底的熱量損失。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：不僅熱效率大幅提高，而且熱洗液用量和施工時(shí)間減少30%～50%；洗后排液快，產(chǎn)能恢復(fù)時(shí)間短。

同時(shí)，由于熱洗液仍然從套管進(jìn)入，對(duì)套管和水泥的傳熱不可避免。溫控元件的靈敏性和可靠性也是制約管柱壽命的因素。

2.4 空心抽油桿正洗工藝技術(shù)

空心抽油桿正洗清蠟工藝?yán)^承了以前各種工藝的優(yōu)點(diǎn)，能將熱量的利用提高到極限。同時(shí)因?yàn)楣苤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)［6-9］。其原理是：將結(jié)蠟點(diǎn)以上桿柱更換為空心抽油桿，在結(jié)蠟點(diǎn)附近設(shè)置單流閥；熱洗液從井口光桿三通進(jìn)入，從結(jié)蠟點(diǎn)流出，經(jīng)桿管環(huán)空返回地面流程。其管柱結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 空心抽油桿正洗清蠟工藝流程

該工藝流程具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1） 熱洗液不進(jìn)入油層，不污染地層。

2） 熱洗液只在結(jié)蠟段流動(dòng)，熱量幾乎全部用于融蠟，避免了套管、井筒下部及井底熱損失，比套管反洗熱效率提高40%以上。

3） 套管免受高溫高壓，延長(zhǎng)了壽命。

4） 管柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可實(shí)現(xiàn)不停產(chǎn)作業(yè)。

5） 對(duì)于稠油井，熱洗過程兼具泵上摻稀降黏工藝。

6） 熱洗用液量、施工時(shí)間、返液時(shí)間縮短40%～50%，洗后排液快，不影響產(chǎn)量。

4 空心桿正洗清蠟工藝應(yīng)用

4.1 工藝參數(shù)確定

4.1.1 下入深度的確定

空心桿下入深度主要是根據(jù)油井結(jié)蠟深度來(lái)確定，通過計(jì)算常規(guī)生產(chǎn)井的井下油流沿井筒的溫度分布找出析蠟所在位置。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，合理的下入深度是結(jié)蠟點(diǎn)以下50～100 m，既節(jié)約成本又滿足油井熱洗需要。

4.1.2 熱洗參數(shù)的確定

1） 介質(zhì)入口溫度的確定 入口溫度主要根據(jù)原油析蠟溫度、硬蠟溶化溫度及原油含蠟量、結(jié)蠟量等多方面來(lái)考慮。通過計(jì)算，吐哈油田和青海油田原油石蠟的溶化溫度一般在49～60℃之間，這就要求井筒中循環(huán)清蠟的最低溫度不低于50℃。綜合熱洗效果、地面設(shè)備情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析后，一般認(rèn)為在10 m3／h排量情況下，熱洗介質(zhì)為水時(shí)，熱洗入口溫度一般控制在100～120℃為宜；熱洗介質(zhì)為油時(shí)，熱洗入口溫度一般控制在110～130℃。

2） 循環(huán)排量及用液量的確定 熱洗循環(huán)排量應(yīng)在不超過地面設(shè)備安全要求的前提下，盡可能采用大排量，以降低空心桿的溫度徑向損失，提高縱向溫度，這與測(cè)試結(jié)果的要求一致，在入口溫度100℃的情況下，一般采用10 m3／h的排量。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在4.5 h熱洗時(shí)間內(nèi)，入口100℃時(shí)，熱洗深度可達(dá)1 000 m甚至更深。

3） 熱洗周期 由于空心抽油桿熱洗效果優(yōu)于油套反洗，因此熱洗周期應(yīng)適當(dāng)比油套反洗熱洗周期延長(zhǎng)，一般油井常規(guī)熱洗周期為15～20 d，采用空心抽油桿熱洗周期可延長(zhǎng)到30～40 d。也可根據(jù)油井顯示判斷油井結(jié)蠟情況來(lái)確定熱洗周期。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

青海油田采油二廠躍進(jìn)工區(qū)地層非常敏感，原油含臘均超過17%以上，多數(shù)井套管反洗后產(chǎn)量下降50%以上。先后使用電伴熱、化學(xué)劑等方法，但經(jīng)常出現(xiàn)蠟堵上修事故。

通過檢測(cè)和計(jì)算，采油二廠躍進(jìn)區(qū)油井含蠟20%，石蠟溶化溫度52℃，結(jié)蠟點(diǎn)一般在300～800 m，為了適用大部分井的應(yīng)用，采用?34 mm×5.5 mm空心桿，下入深度統(tǒng)一為1 000 m。經(jīng)試驗(yàn)，熱洗時(shí)間由原來(lái)的3 h延長(zhǎng)到4～5 h，熱洗效果良好。

自2010年開始在40口井使用空心抽油桿正洗清蠟工藝對(duì)比試驗(yàn)，取得了較好的使用效果。部分典型井平均數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 青海油田躍進(jìn)工區(qū)典型井平均數(shù)據(jù)對(duì)比

空心抽油桿正洗清蠟工藝在青海油田取得了良好的使用效果。在40口井的試驗(yàn)中，有1口井出現(xiàn)了空心抽油桿內(nèi)腔原油上返，造成堵塞。

針對(duì)這一現(xiàn)象，筆者對(duì)井底單流和井口單流進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和地面試驗(yàn)。成功開發(fā)了井下兩級(jí)防堵單流閥。適應(yīng)于惡劣工況的防堵，得到國(guó)家專利授權(quán)［10］。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 井下兩級(jí)防堵單流閥

該兩級(jí)單流閥具有開啟壓力小，在兩級(jí)全部堵塞的情況下，依靠?jī)杉?jí)的壓力差能將堵塞最薄弱的溢流孔自動(dòng)打開，而使其他流道打開。

2012年，該工具在青海油田、寶浪油田累計(jì)使用50件，至今未發(fā)生堵塞，使用效果良好。

5 結(jié)論

1） 方便、徹底、低成本地清除蠟沉積是熱洗清蠟工藝的目的，防止地層污染和提高熱效率是實(shí)現(xiàn)該目的的關(guān)鍵指標(biāo)?？招某橛蜅U正洗清蠟工藝技術(shù)在各指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化。

2） 空心抽油桿正洗清蠟工藝在保護(hù)地層和提高熱效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的低成本工藝路線。在低壓低滲井、稠油井中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

3） 空心抽油桿熱洗工藝管柱可靠性的關(guān)鍵是結(jié)蠟點(diǎn)返液?jiǎn)瘟鏖y的密封性和防堵性，合理的工具結(jié)構(gòu)是保證工藝成功的關(guān)鍵。

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Comparative Study and Application of Thermal Well-flushing Paraffin Removal Technology

Paraffin removal is a difficult problem in oil recovery.The thermal well-flushing is comprehensive used in many oilfields because of its convenience and entirety.An introduction is given on contrast and range of casing inverted flushing，casing short circuit inverted flushing，casing temperature-control inverted flushing，hollow rods obverse flushing.For nice effect of hollow rods obverse flushing，technology and matching tools have been optimized to obtain good benefits.The effect proved that paraffin removal of low-pressure，low-infiltration and serious wax deposition can be solved favorably.

paraffin removal；thermal well-flushing；obverse flushing；inverted flushing；matching tools

TE934.5

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.022

1001-3482（2014）09-0081-05

2014-03-27

王國(guó)正（1976-），男，陜西武功人，高級(jí)工程師，主要從事鉆采工藝及鉆采機(jī)械技術(shù)研究，E-mail：wanggzh＠petrochina.com.cn。