新型水包油清蠟劑的研制及現(xiàn)場試驗

展轉盈，倪 軍

(陜西延長石油 (集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075)

蠟在油層中一般以溶解態(tài)存在，在原油開采過程中，含蠟原油沿油管上升，隨著壓力和溫度的不斷降低，以及原油中輕質組分的不斷逸出，當原油接觸到一個溫度低于臨界濁點的表面時，即出現(xiàn)蠟沉積［1－2］。蠟晶呈薄片狀并形成固態(tài)的三維網(wǎng)狀結構［3－4］，有一定的牢固性，蠟沉積在管道中會造成原油流動阻力增大，結蠟嚴重還會影響油井正常產(chǎn)液，甚至出現(xiàn)蠟卡管柱、蠟堵地面管線等現(xiàn)象。

目前常用的清蠟劑分為油基和水基兩類。長慶油田使用的油基清蠟劑溶蠟速度快、防蠟效果好、對油套管腐蝕性小，在油套環(huán)空中加入清蠟劑后，不會影響正常生產(chǎn)，但是該清蠟劑存在易燃、易爆及毒性較大等問題［5］。遼河油田使用的水基清蠟劑結合熱氣驅共同混注，適用范圍較寬;但受低溫等因素影響，該清蠟劑溶蠟速度慢，冬季易凍結。水包油型清蠟劑具有較好的穩(wěn)定性，對人體無毒，受溫度影響小，但現(xiàn)有的水包油型清蠟劑大多采用單一的有機溶劑作為油相，單一的表面活性劑作為乳化劑［6］，密度小、加注效率低。針對目前使用的清蠟劑存在的諸多問題，開發(fā)了一種新的水包油型清蠟劑，具有溶蠟效率高、成本低、環(huán)保性好的特點。該清蠟劑的合成進一步改進和優(yōu)化了水包油型清蠟劑的性能，克服常規(guī)清蠟劑毒性大、易燃、溶蠟效率低等缺點，適用性更好。

1 實驗制備方法

1.1 實驗藥品和儀器

藥品:苯、甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、石油醚、正己醇、氯化鈉 (NaCl)、十二烷基磺酸鈉、吐溫80、甲酸鈉。

儀器:電熱恒溫水浴鍋、磁力攪拌器、恒溫干燥箱、ZYM型數(shù)顯液體密度計。

1.2 制備方法

常溫常壓下，向反應容器中加入設計量的蒸餾水、氯化鈉、甲酸鈉 (加重劑)和表面活性劑混合均勻，攪拌至表面活性劑完全溶解，再逐滴緩慢加入分散劑攪拌至溶液透明，加入設計量的油相，混合攪拌至溶液透明，得到穩(wěn)定水包油型清蠟劑，靜置待用。

2 新型水包油清蠟劑的研制

2.1 不同有機溶劑及其含量對溶蠟速率的影響

取15mL不同水包油型溶劑加入100mL的量筒中，置于45℃的水浴鍋中，用細線將蠟球懸浮沉浸在水包油型中，測試蠟球完全溶解時間，計算溶蠟速率。

溶蠟速率公式:

式中 r——溶蠟速率，g/min;

mb——蠟球質量，g;

t——蠟球溶完所用的時間，min。

(1)不同類型單一有機溶劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+17%復配型表面活性劑+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有機溶劑。

(2)不同比例混合有機溶劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+17%復配型表面活性劑+10%正己醇+不同比例的苯—甲苯混合有機溶劑。

不同類型單一有機溶劑清蠟劑溶蠟速率結果見表1。由表1數(shù)據(jù)可知，以苯和甲苯為溶劑的清蠟劑溶蠟速率較大;但原油中瀝青質、膠質中含有短側鏈和稠環(huán)芳香烴，單一的有機溶劑清蠟劑溶蠟效果并不理想;因此，采用溶蠟速率較高的苯和甲苯的混合物作為溶劑，其溶蠟速率見表2。由表2可知，苯和甲苯復配的混合有機溶劑清蠟劑的溶蠟效果明顯優(yōu)于單一有機溶劑清蠟劑，且當m(苯)∶m(甲苯)=2∶3時，溶蠟效果最佳。

表1 單一有機溶劑清蠟劑溶蠟速率表Table 1 Wax dissolution rate wax remover of single organic solvent

表2 不同比例混合有機溶劑清蠟劑溶蠟速率表Table 2 Wax dissolution rate of the wax remover of mixed organic solvent by different proportions

苯和甲苯的混合有機溶劑作為清蠟劑的油相時，油相含量不同，溶蠟速率也不同 (圖1)。當油相含量為55%時，溶蠟效果最佳。這是因為油相含量增加會降低清蠟劑與蠟塊分子之間的極性，加速溶解，另外油相增多會形成較多的雙電層油包水或水包油離子氛，降低范德華力使得蠟塊脫落，增加溶蠟速率。但當油相含量大于55%，親水親油平衡值降低導致體系不穩(wěn)定，溶蠟速率降低。

圖1 油相含量對溶蠟速率的影響圖Fig.1 Effect of oil phase content on wax dissolution rate

2.2 表面活性劑配比及含量對溶蠟速率的影響

測試方法同2.1步驟。

(1)不同比例混合型表面活性劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+17%不同比例混合型表面活性劑+8%正己醇+55%苯—甲苯混合有機溶劑。

表面活性劑在水中達到一定濃度時，可以使體系具有較低的界面張力，有助于清蠟劑進入膠質和瀝青質片狀分子之間，達到快速溶蠟的目的。單一的表面活性劑清蠟劑難以滿足多組分體系的乳化要求，同時單一作用對溶蠟效果有一定的影響［7－8］。采用陰離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑混合作為混合型表面活性劑對溶蠟效果進行實驗，陰離子型表面活性劑選用十二烷基磺酸鈉，非離子型表面活性劑選用吐溫80(表3)。從表3結果顯示，隨著非離子型表面活性劑含量的增加，清蠟劑溶蠟速率先增加后降低，當m(陰離子型)∶m(非離子型)=4∶1時，混合型表面活性劑清蠟劑溶蠟效果最佳。

表3 不同比例混合型表面活性劑對溶蠟速率的影響表Table 3 Effect of mixed surfactant of different proportions on wax dissolution rate

(2)不同量混合型表面活性劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+不同量混合型表面活性劑+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有機溶劑。

從清蠟劑中混合型表面活性劑含量對溶蠟速率影響研究 (圖2)可知，當混合型表面活性劑的含量為17%時，其溶蠟速率最快。這是因為隨著混合型表面活性劑含量增加，體系內部油水界面張力降低，表面活性劑分子不斷浸透、潤濕使得蠟塊之間的黏滯作用降低，剝離蠟塊所需要的功降低，溶蠟速率增加。但表面活性劑含量過大時，當大于臨界膠束濃度 (CMC)之后，反而會增加黏度，影響水包油型體系的穩(wěn)定性，降低表面活性劑分子與蠟塊之間的范德華力，溶蠟速率降低。

圖2 混合型表面活性劑含量對溶蠟速率的影響圖Fig.2 Effect of mixed surfactant content on wax dissolution rate

2.3 分散劑含量對清蠟劑溶蠟速率的影響

測試方法同2.1步驟。

不同含量分散劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+3.5%甲酸鈉+17%混合型表面活性劑+不同量正己醇+55%苯—甲苯混合有機溶劑。

水包油型清蠟劑制備過程中，醇類作為分散劑被廣泛使用［9－10］，其不僅可以作為互溶劑，還可以降低體系界面張力，提高清蠟速率。醇類的選擇對水包油型的形成很重要，碳數(shù)太高不利于形成水包油型，碳數(shù)太低會降低體系的閃點，不利于清蠟劑的安全要求，目前一般選用正己醇作為分散劑。由正己醇含量對清蠟劑溶蠟速率的影響研究可知 (圖3)，隨著正己醇含量的增加，溶蠟速率呈先增大后降低的趨勢，當正己醇含量達到10%時，溶蠟速率最大。這是因為隨著正己醇的加入，體系中油水界面張力逐漸降低，降低了蠟塊之間的黏附功，能夠更快溶解蠟塊。然而當正己醇達到一定量后，表面活性劑有效成分降低，表—界面張力逐漸增大，正己醇分子卷曲導致水包油型體系不夠穩(wěn)定，溶蠟速率降低。

圖3 正己醇對清蠟劑溶蠟速率的影響圖Fig.3 Effect of hexanol on wax dissolution rate of wax remover

2.4 加重劑含量對溶蠟速率的影響

測試方法同2.1步驟，加重劑選用甲酸鹽類。

不同含量加重劑清蠟劑配方:2%氯化鈉+不同含量甲酸鈉+17%混合型表面活性劑+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有機溶劑。

甲酸鹽易溶于水且無毒，對環(huán)境不會產(chǎn)生較大的傷害，可增加水包油型清蠟劑的密度，提高清蠟劑在溶蠟過程中的加注效率，在此以甲酸鈉作為加重劑，其含量對清蠟劑密度和溶蠟速率的影響結果見表4。由表4可知，隨著甲酸鈉的加入，清蠟劑溶蠟速率先增大后保持不變，當甲酸鈉含量為3.5%時，其溶蠟速率最佳。這是因為甲酸鹽加重劑增加了水包油型清蠟劑密度，使得水包油型更加穩(wěn)定，阻止油水相分離，另外單粒水包油分子能更快地吸附于蠟塊表面，使得剝離速度加快，增加溶蠟速率。

表4 甲酸鈉含量對清蠟劑密度和溶蠟速率的影響表Table 4 Effect of sodium formate content on density and wax dissolution rate of wax remover

此外，氯化鈉可增加膠束的表面膜硬度，降低醇的用量，所以為提高水包油型清蠟劑的穩(wěn)定性，本實驗制備的清蠟劑中加入了2%的氯化鈉。

通過對上述重要參數(shù)的分析測試，確定新型水包油型清蠟劑最佳配方為:苯—甲苯混合有機溶劑55%、混合型表面活性劑17%、正己醇10%、氯化鈉2%、甲酸鈉3.5%，其余為水。

3 性能評價

通過實驗對制備的水包油型清蠟劑與常規(guī)油基清蠟劑的性能指標進行對比 (表5)。由表5可知，水包油型清蠟劑的各項指標均優(yōu)于常規(guī)油基清蠟劑。

表5 水包油型清蠟劑室內性能評價結果表Table 5 Lab performance assessment of oil-in-water wax remover

4 現(xiàn)場試驗

延長油田定邊采油廠延352井、延185井、延354井和延186井均有結蠟現(xiàn)象，每個月需進行熱洗一次;對延352井、延185井采用特制加藥罐，從套管加入100kg水包油型清蠟劑;對鄰井延354井、延186井加入100kg常規(guī)油基清蠟劑，之后每隔5天加入15kg清蠟劑，持續(xù)時間30天后抽油機載荷量 (表6)。

表6 水包油型清蠟劑現(xiàn)場試驗效果表Table 6 Field test results of oil-in-water wax remover

由表6可知，與加藥前相比，延352試驗井平均載荷降低了25.07%，較鄰井延354井高出約20個百分點;延185試驗井平均載荷降低了48.01%，較鄰井延186非試驗井高出約33個百分點。新型水包油型清蠟劑使得結蠟井機耗降低明顯，性能優(yōu)于常規(guī)油基清蠟劑。

5 結束語

(1)利用水包油型合成工藝，研制出一種新型水包油型清蠟劑，具有溶蠟效率高、成本低、環(huán)保性好的特點。

(2)實驗分析確定新型水包油型清蠟劑最佳配方為:55%苯—甲苯混合有機溶劑、17%混合型表面活性劑、10%正己醇、2%氯化鈉、3.5%甲酸鈉劑，其余為水。

(3)該新型水包油型清蠟劑性能優(yōu)于常規(guī)油基清蠟劑，推廣應用前景廣闊。

［1］陳馥，曲金明，王福祥，等.油井清防蠟劑的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.石油與天然氣化工，2003，32(4):243－245.

［2］王風蘭．國內外石油防蠟劑的發(fā)展現(xiàn)狀 ［J］.沈陽化工，1991(1):28－31.

［3］李克華．油井清蠟劑的類型及發(fā)展 ［J］.鉆采工藝，1991，14(3):66－67.

［4］Ahn S，Wang K S，Shuler P J.Paraffin crystal and deposition control by emulsification［R］.The 2005 SPE International Symposium on Oilfield Chemistry，Houston，USA 2005.

［5］宋連銀，王偉波，楊海燕，等.一種水包油型清蠟劑的研制［J］.石油化工應用，2014，33(3):117－119.

［6］劉彝，陳馥，張啟根，等.水包油型清蠟劑的研究［J］. 鉆采工藝，2008，31(1):114－116.

［7］李明忠，趙國景，張貴才，等.油基清蠟劑性能研究［J］.石油大學學報 (自然科學版)，2004(2):61－63，141.

［8］吳大康，吳學慶，李克華，等.合水油田系列清蠟劑的優(yōu)化研究 ［J］.長江大學學報 (自然科學版)，2010(3):513－515.

［9］劉威.淺談清蠟劑文獻綜述 ［J］.科技信息 (科學教研)，2007(17):294.

［10］李良紅，李紹文，陳武，等.乳液型清防蠟劑WH－1的研制［J］.精細石油化工進展，2007，8(3):1－3，9.