文昌油田海底輸油管線在線清蠟技術(shù)研究

吳小梅，吳 娟，梅 平，陳 武

（長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

中海石油湛江分公司文昌油田8－3平臺(tái)至14－3平臺(tái)海底輸油管線經(jīng)過一段時(shí)間的集輸，管線中存在嚴(yán)重的結(jié)蠟現(xiàn)象，導(dǎo)致輸油量不斷下降。為使油田生產(chǎn)正常有序進(jìn)行，需要進(jìn)行在線清蠟作業(yè)。O／W型乳液清蠟劑因結(jié)合了油基和水基清蠟劑的優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)今清蠟劑的主要發(fā)展方向之一[1］。該類清蠟劑既保留了有機(jī)溶劑及表面活性劑的清蠟效果，又克服了此類溶劑對(duì)人體的毒害。

作者針對(duì)文昌油田海管結(jié)蠟堵塞問題開展在線清蠟技術(shù)研究，擬為清除集輸過程中管線內(nèi)部的凝油、結(jié)蠟從而減小輸油回壓和磨阻提供科學(xué)依據(jù)，以保證油田的正常生產(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

固體蠟樣取自文昌油田海底輸油管線現(xiàn)場(chǎng)。

苯、甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、正庚烷、氫氧化鈉，分析純；柴油、煤油、JFC、OP－10、AEO9、TW40、TW60、TW80、SPAN60、油酸鈉，工業(yè)品。

78HW－1型恒溫磁力攪拌器；萬用電爐；DK－98－1型電熱恒溫水浴鍋；AL204型分析天平。

1.2 固體蠟樣成分分析

固體蠟樣成分分析，參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T 7550－2012《原油中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量測(cè)定法》[2］。

1.3 在線乳液型清蠟劑的配方設(shè)計(jì)

1）將0.5g黑蠟放入裝有20mL不同有機(jī)溶劑的帶塞試管中進(jìn)行動(dòng)態(tài)溶蠟實(shí)驗(yàn)（利用恒溫水浴振蕩器在水平方向來回振動(dòng)4h），進(jìn)行乳液型清蠟劑的油相篩選；然后以不同的油水相比例在40℃下高速攪拌制成O／W型乳液，在50℃下進(jìn)行動(dòng)態(tài)溶蠟實(shí)驗(yàn)，以確定有機(jī)溶劑含量。

2）以不同的表面活性劑（乳化劑、潤濕劑和分散劑）配制含有機(jī)溶劑50%的O／W型乳液（其中水相為去離子水），比較乳液的穩(wěn)定性及破乳性；再比較單一表面活性劑的潤濕效果、分散性能，進(jìn)行表面活性劑的篩選。

3）在水相中加入不同量的助劑堿氫氧化鈉，配制成油水比為1∶1的乳液，測(cè)定清蠟率并觀察乳液穩(wěn)定性，確定助劑堿的添加量。

1.4 不同因素對(duì)清蠟劑體系性能的影響研究

在20mL清蠟劑體系中加入0.5g黑蠟（干燥至恒質(zhì)量），50℃下恒溫振蕩8h，濾出未溶物，烘干冷卻至恒質(zhì)量，稱量，計(jì)算清蠟率。

固定其它條件不變，依次考察蠟塊質(zhì)量、溫度、清蠟劑用量、清蠟時(shí)間對(duì)清蠟率的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 固體蠟樣的成分（表1 ）

表1 固體蠟樣的成分／%Tab.1 The composition of solid wax／%

由表1 可知，文昌油田固體蠟樣中無機(jī)鹽成分占11.34%，有機(jī)成分占88.66%。

2.2 在線清蠟劑體系研究

根據(jù)文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，確定在線清蠟劑體系為乳液型清蠟劑，該清蠟劑由油相和水相構(gòu)成。有機(jī)溶劑作為乳液的油相，水相選擇合適的乳化劑、潤濕劑及分散劑，此外還加入了堿作為穩(wěn)定劑，制得乳液型清蠟劑。

2.2.1 乳液型清蠟劑油相的篩選

單一有機(jī)溶劑的溶蠟性能如表2 所示。

表2 單一有機(jī)溶劑的溶蠟性能Tab.2 The wax soluble performance of the single organic solvent

由表2 可知，甲苯、二甲苯及環(huán)己烷的溶蠟性能較好，故將其兩兩復(fù)配進(jìn)行動(dòng)態(tài)溶蠟實(shí)驗(yàn)，以期產(chǎn)生更佳的清蠟效果，結(jié)果如表3 所示。

表3 復(fù)配有機(jī)溶劑的溶蠟性能Tab.3 The wax soluble performance of the complex organic solvents

由表3 可知，當(dāng)V二甲苯∶V環(huán)己烷＝1∶1時(shí)，清蠟效果最好，因此，選擇二甲苯－環(huán)己烷混合溶劑（體積比1∶1）為主清蠟劑。

進(jìn)一步考察有機(jī)溶劑含量對(duì)清蠟率的影響，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，有機(jī)溶劑含量越高，清蠟率越高。乳液中有機(jī)溶劑的含量高，可以增強(qiáng)溶蠟?zāi)芰?、縮短溶蠟時(shí)間；但有機(jī)溶劑含量過高時(shí)，乳液的成本增加，且乳液的穩(wěn)定性降低。綜合考慮清蠟率及乳液穩(wěn)定性能，選擇有機(jī)溶劑含量為50%。

表4 有機(jī)溶劑含量對(duì)清蠟率的影響／%Tab.4 The effect of organic solvent content on the paraffin removal rate／%

2.2.2 乳液型清蠟劑水相中表面活性劑的篩選

表面活性劑是清蠟劑體系的乳化劑、分散劑和潤濕劑，對(duì)清蠟劑性能起關(guān)鍵作用。分別以不同表面活性劑配制乳液，比較其穩(wěn)定性及破乳性，再比較單一表面活性劑的潤濕性和分散性，結(jié)果如表5 ～7所示。

表5 表面活性劑的乳化性能比較Tab.5 The comparison of surfactant emulsifying performance

由表5 可知，OP－10和AEO9的乳化性能較穩(wěn)定，其中0.5%AEO9乳化性能最佳且破乳效果好，故選擇0.5%AEO9作為乳化劑。

表6 表面活性劑的潤濕性能比較Tab.6 The comparison of surfactant wetting performance

由表6可知，1%JFC的8h的清蠟率為100%，潤濕效果顯著，故選擇1%JFC作為潤濕劑。

表7 表面活性劑的分散性能比較Tab.7 The comparison of surfactant dispersion performance

由表7可知，0.5%SPAN60分散體系顆粒細(xì)小，分散很均勻，分散性能好。故選擇0.5%SPAN60作為分散劑。

2.2.3 助劑堿添加量的確定

堿能與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)作用，生成表面活性物質(zhì)使之溶解，可提高清蠟劑對(duì)黑蠟的清除能力，同時(shí)還增加了乳液水相的極性，減小乳化劑在水中的溶解度，使更多的乳化劑在油水界面上吸附，因此，清蠟劑中加入堿性物質(zhì)作為助劑可改善乳液的穩(wěn)定性并提高清蠟速度[3－4］。以氫氧化鈉作為助劑堿，考察其添加量對(duì)清蠟率及乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如表8所示。

表8 氫氧化鈉添加量對(duì)清蠟率及乳液穩(wěn)定性的影響Tab.8 The effects of sodium hydroxide addition amount on the paraffin removal rate and emulsion stability

由表8可知，隨著氫氧化鈉添加量的增加，清蠟率逐漸上升、乳液穩(wěn)定性提高，但氫氧化鈉添加量超過1%后效果不明顯，故選擇氫氧化鈉的最佳添加量為1%。

綜上，針對(duì)文昌油田海管清防蠟，最終確定的乳液型清蠟劑配方為：油相（V二甲苯∶V環(huán)己烷＝1∶1）∶水相（1%JFC＋0.5%SPAN60＋0.5%AEO9＋1%NaOH）＝1∶1。

2.3 不同因素對(duì)清蠟劑體系性能的影響

2.3.1 蠟塊質(zhì)量對(duì)清蠟率的影響（圖1）

由圖1可知，清蠟率隨所加蠟塊質(zhì)量的增加而下降，20mL清蠟劑體系中加0.5g蠟樣時(shí)，清蠟率最高，達(dá)到83.43%。

2.3.2 溫度對(duì)清蠟率的影響（圖2）

圖1 蠟塊質(zhì)量對(duì)清蠟率的影響Fig.1 Effect of wax mass on paraffin removal rate

圖2 溫度對(duì)清蠟率的影響Fig.2 Effect of temperature on paraffin removal rate

由圖2可知，溫度在40℃以下清蠟率較低；隨著溫度的升高，清蠟率迅速上升；但超過50℃后升幅不明顯。這是因?yàn)?，清蠟劑?0℃以下很難破乳并發(fā)揮清蠟效果。

2.3.3 清蠟劑用量對(duì)清蠟率的影響（圖3）

圖3 清蠟劑用量對(duì)清蠟率的影響Fig.3 Effect of paraffin removal agent volume on paraffin removal rate

由圖3可知，清蠟率隨清蠟劑用量的增加而上升，但清蠟劑用量超過20mL后升幅趨緩；50mL清蠟劑中加0.5g蠟樣時(shí)清蠟率達(dá)到88.56%。

2.3.4 清蠟時(shí)間對(duì)清蠟率的影響（圖4）

由圖4可知，隨著清蠟時(shí)間的延長，清蠟率不斷上升，8h后清蠟率隨時(shí)間延長升幅不明顯。

圖4 清蠟時(shí)間對(duì)清蠟率的影響Fig.4 Effect of paraffin removal time on paraffin removal rate

2.4 清蠟機(jī)理初探

乳液型清蠟劑[5－6］是在油溶型清蠟劑中加入水和乳化劑及穩(wěn)定劑后形成的水包油型乳液。這種乳液進(jìn)入油井后，在管道集輸溫度下，具有強(qiáng)溶解性能的有機(jī)溶劑相能夠從水相中迅速破乳出來，釋放出對(duì)蠟具有良好溶解性能的有機(jī)溶劑和油溶性表面活性劑，并且在潤濕劑、分散劑及助劑的作用下能很好地將蠟溶解而達(dá)到清蠟效果。

3 結(jié)論

（1）對(duì)南海西部文昌油田現(xiàn)場(chǎng)蠟樣分析結(jié)果表明，蠟樣中無機(jī)鹽成分占11.34%，有機(jī)成分占88.66%。

（2）確定在線乳液型清蠟劑體系配方為：油相（V二甲苯∶V環(huán)己烷＝1∶1）∶ 水 相 （1%JFC＋0.5%SPAN60＋0.5%AEO9＋1%NaOH）＝1∶1。

（3）在20mL乳液型清蠟劑體系中加入0.5g蠟樣，在50℃下清蠟8h，清蠟效果較好，清蠟率達(dá)83%以上。

（4）乳液型清蠟劑的清蠟機(jī)理為：具有強(qiáng)溶解性能的有機(jī)溶劑相從水相中迅速破乳出來，在潤濕劑、分散劑及助劑的作用下能很好地將蠟溶解而達(dá)到清蠟效果。

[1]崔正剛.乳液清蠟劑溶蠟效率的研究[J］.油田化學(xué)，1994，11（2）：108－112.

[2]SY／T 7550－2012，原油中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量測(cè)定法[S］.

[3]陳馥，曲金象，劉福海.乳液型清防蠟劑 QFJ－1的研制[J］.應(yīng)用化學(xué)，2005，22（12）：1375－1377.

[4]陳亮.環(huán)保型原油破乳劑與清防蠟劑的研制、室內(nèi)評(píng)價(jià)及應(yīng)用[D］.西安：西安理工大學(xué)，2008.

[5]張貴才，葛際江，孫銘勤，等.表面活性劑用作水基防蠟劑的研究[J］.鉆采工藝，2006，29（1）：91－95.

[6]朱好華，馬勇，杜彪，等.防凍乳狀型防蠟劑 YZ238的研制[J］.石油與天然氣化工，2009，38（3）：241－244.