高含蠟油井石蠟防治研究技術(shù)

劉芳

摘 要： 介紹了油井的清防蠟方法，概括了機(jī)械清蠟、熱力清防蠟、添加內(nèi)襯的表面能防蠟等方法的適用條件以及特點(diǎn)。并且著重針化學(xué)藥劑的清蠟、防蠟技術(shù)進(jìn)行了綜述，簡述了各方法所使用的藥劑以及使用特點(diǎn)，并且分析了在高含蠟油井中的應(yīng)用。對油井的石蠟防治技術(shù)進(jìn)行研究，有助于提高油田的生產(chǎn)效率，意義十分重大。

關(guān) 鍵 詞：石蠟；防蠟劑；表面活性劑；稠環(huán)芳香烴；聚合物

中圖分類號：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1842-04

Abstract： Paraffin control and paraffin removal methods of oil well were introduced； use conditions and characteristics of the mechanical paraffin removal method， heating paraffin removal method and lining paraffin control method were summarized. And chemical control and paraffin removal technology was reviewed， its characteristics were discussed as well as chemical agents used in the method， and its application in high waxy oil wells was analyzed.

Key words： Paraffin； Paraffin inhibitor； Surfactant； Polycyclic aromatic hydrocarbons； Polymer

我國生產(chǎn)的原油多為高含蠟原油以及瀝青質(zhì)膠質(zhì)含量高的稠油。在開釆以及運(yùn)輸?shù)倪^程中，溫度較高時(shí)，原油表現(xiàn)出較好的流動特性，符合牛頓流體特性。當(dāng)溫度降低時(shí)，熔融在其中的石蠟會以結(jié)晶的方式析出，一方面析出的蠟晶會摻雜在原油中，使原油的粘度增大，另一方面由于擴(kuò)散作用，蠟晶逐漸沉積附著在管道壁面上[1]。這種沉積的負(fù)面作用極大，會導(dǎo)致儲油層的孔隙率以及滲透率下降，使原油產(chǎn)量下降；此外在管道設(shè)備上的沉積將導(dǎo)致輸油管道輸送能力下降，甚至完全堵塞，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。因此在開采含蠟基原油的過程中，對于石蠟等固體沉積相危害的防治不容忽視。

1 油井清防蠟方法

油田常用清防蠟技術(shù)，按照作用方式不同可以分為機(jī)械清蠟、熱力清防蠟、表面能防蠟、磁防蠟、微生物清防蠟，以及化學(xué)藥劑清防蠟技術(shù)6大類[2]。

1.1 機(jī)械清蠟技術(shù)

機(jī)械清蠟是一種既簡單又直觀的清蠟方法，利用刮蠟工具，把附著在油管中的蠟刮掉，這種方法在自噴井于抽油井中應(yīng)用廣泛[3]。

采用機(jī)械法清蠟時(shí)要掌握油井的結(jié)蠟周期，及時(shí)清除油井結(jié)蠟，避免結(jié)蠟過厚阻礙刮蠟片除蠟作業(yè)。當(dāng)油井結(jié)蠟過于嚴(yán)重，直接使用刮蠟片不能有效下井時(shí)，則使用鉆頭清蠟的辦法，直接清除油井中的積蠟，當(dāng)油管通徑后再使用刮蠟片清除積蠟[4]。

1.2 熱力清防蠟技術(shù)

可以通過加熱的方式來提高油管和其中流體的溫度，當(dāng)溫度高于蠟的熔點(diǎn)時(shí)，可以起到清蠟的作用。一般采用比熱容大的載體，如熱水、熱油等，將其注入井筒中，以提高井筒溫度，達(dá)到除蠟的效果。除了熱載體循環(huán)洗井熱力除蠟法外，還有熱化學(xué)清蠟等。

熱化學(xué)清蠟方法是利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能來清除蠟堵。這種方法在較早的時(shí)期，通常應(yīng)用于清除井底附近油層[5]。例如使用NaOH、Al、Mg等與HCl等作用產(chǎn)生大量熱能：

傳統(tǒng)的熱化學(xué)清蠟法在實(shí)施時(shí)，需要在被堵段上方附近反應(yīng)，由于反應(yīng)瞬間完成且放出大量的熱，操作時(shí)需要特別注意。近年來，隨著對反應(yīng)催化劑的深入研究，各種類型的新型可控?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)催化劑層出不窮。這些催化劑的特點(diǎn)是可以根據(jù)不同的要求精確控制反應(yīng)的時(shí)間。

但是這種方法效率較低，從經(jīng)濟(jì)環(huán)保的角度考慮，目前很少單獨(dú)使用此種清蠟方法，通常與熱酸處理聯(lián)合使用[6]。

1.3 表面內(nèi)襯防蠟技術(shù)

此方法主要通過改善油管表面的潤濕性，添加的內(nèi)襯具有親水憎油的特性，此外還可通過提高油井內(nèi)流體的流速來創(chuàng)造不利于石蠟沉積的條件[7]。

如向其中加入主要組成成分為SO2的玻璃襯里，油井液中的水先將內(nèi)壁潤濕，形成的水膜起到了光滑內(nèi)壁的作用，析出的蠟不易附著于管壁上，起到了防蠟的作用[8]。但是此種襯里不耐沖擊，因此不能在條件苛刻的油井，如自噴井上使用。

此外，另一種方法是在油管內(nèi)部涂刷親水性強(qiáng)的涂料，目前應(yīng)用廣泛的是聚氨基甲酸酯，此種方法防蠟效果較好，但在使用一段時(shí)間后仍然存在管壁表面性質(zhì)變化而使防蠟效果減弱。如美國艾克公司（ICO）的鋼管內(nèi)涂層PC—300、PC—400和DPC液體涂料，防蠟效果顯著，但存在不耐磨的缺點(diǎn)。

2 化學(xué)藥劑清蠟技術(shù)

化學(xué)藥劑清蠟是目前在油田中應(yīng)用非常廣泛的一類清防蠟技術(shù)。此外，某些清蠟劑還能起到原油降凝、降粘的效果。清蠟劑主要分為油溶型、水溶型和乳液型清蠟劑三種類型。

2.1 油溶性清蠟劑

這種類型的清蠟劑主要由溶劑，以及表面活性劑和少量的聚合物構(gòu)成。在此配方中有機(jī)溶劑起到溶解管壁上沉積蠟的主導(dǎo)作用，而表面活性劑可以輔助有機(jī)溶劑可以深入蠟的孔隙中，從而提高接觸面積，達(dá)到加快反應(yīng)速度的作用，使得附著于管壁上的蠟?zāi)軌蚣铀倜撀?。加入的部分聚合物可以起到提供晶核的作用，在清蠟過程中還可以起到防蠟的作用。其特殊的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)阻礙了蠟的生長。

油溶性清蠟劑溶蠟?zāi)芰軓?qiáng)。其具體成分主要有芳經(jīng)、餾份油，以及三氯甲烷、四氯乙烯等溶劑。日本第一工業(yè)制藥公司，以及美國Dowell公司等國外產(chǎn)品的清防蠟劑中都添加有表面活性劑[9]。國內(nèi)發(fā)展的各系列防蠟劑，如油溶性燒基季按鹽類應(yīng)用效果也很好。但此類清蠟劑通常毒性較高且存在防火安全等問題，限制了其使用。

2.2 水溶性清蠟劑

水溶性清蠟劑由水、表面活性劑和堿等按照一定的比例調(diào)和而成。在使用時(shí)通常根據(jù)所在油田的原油性質(zhì)調(diào)配不同的配方。常用的表面活性劑有烷基磺酸鹽、烷基苯橫酸鹽等。在此種清蠟劑中，表面活性劑的作用是改變油管表面的性質(zhì)。使其由親油性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，從而達(dá)到使石蠟從管道表面脫落的作用，此外還能保護(hù)油管表面，起到防蠟效果。

水基型清蠟劑的通常組成為醇類、酸類、醇酸類等。英國2012年的專利報(bào)道中釆用了聚氧乙烯十八烷胺、聚氧乙稀油醇醚、等為原料的親水性清防蠟劑，防蠟效果明顯。

2.3 乳液型清蠟劑

向油溶型清蠟劑中加入水和乳化劑，可以制成水包油形乳狀液，也就是通常所說的乳液型清蠟劑。這種清蠟劑具有溶解速度快的特點(diǎn)，此外由于外層是水密度大，在井底破乳后對井底的清蠟作用更加明顯。但是此類清蠟劑在制備和儲存時(shí)必須保持穩(wěn)定的狀態(tài)，使用條件比較苛刻。

3 化學(xué)藥劑防蠟技術(shù)

防蠟劑旨在抑制原油中蠟晶生長、聚集以及在管道表面的沉積主要有表面活性劑型、稠環(huán)芳香烴型、聚合物型三種類型。

3.1 表面活性劑型

表面活性劑型防蠟劑可通過吸附作用改變極性，起到阻止蠟晶進(jìn)一步生長的作用。此類防蠟劑可分為油溶性和水溶性表面活性劑[10]。

油溶性表面活性劑通過吸附在蠟晶表面，使得蠟晶表面由非極性變成極性，從而抑制了蠟晶長大。此類表面活性劑主要有石油磺酸鹽和聚氧乙稀脂肪胺等（圖1）。

水溶性表面活性劑通過改變管道內(nèi)表面極性的方法，阻止了蠟在油管表面的附著、沉積。水溶性表面活性劑主要有烷基磺酸鹽類、聚氧乙稀烷基脂肪醇醚類、聚氧丙烯丙二醇醚等。

國內(nèi)的研究中趙玉華等[11]研制的一種水基防蠟劑，具體組成包含了分散劑、表面活性劑以及其他助劑等。經(jīng)油田現(xiàn)場試驗(yàn)，延長油井清蠟周期，效果較好。朱好華等[12]研制了一種防凍乳液型防蠟劑，低溫穩(wěn)定效果好，凝固點(diǎn)可下降至-30℃，低溫應(yīng)用條件好（圖2）。

3.2 稠環(huán)芳香烴型防蠟劑

稠環(huán)芳香烴型防蠟劑的作用機(jī)理是主動參與晶核形成，但是這些物質(zhì)由于自身的形貌特征，不能使生成的晶核正常生長，從而將結(jié)晶遏制在萌芽狀態(tài)。常用的是一些稠環(huán)芳烴以及其衍生物。如提煉自煤焦油部分的萘、蒽、菲、并四苯等混合稠環(huán)芳烴等（圖3）。

這些稠環(huán)芳烴在原油中的溶解度較低，能先于石蠟析出，為原油中的石蠟提供了晶核。石蠟?zāi)茉诖祟惓憝h(huán)芳烴所提供的晶核上析出，影響了蠟晶的排列，小顆粒的蠟結(jié)晶容易隨著原油被攜帶出地面。

3.3 聚合物型防蠟劑

聚合物型防蠟劑多為梳狀聚合物，分子的較長側(cè)鏈中具有與石蠟分子結(jié)構(gòu)相類似的親油性基團(tuán)。因此，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，此聚合物易與石蠟分子形成共結(jié)晶。由于分子中還存在有極性基團(tuán)，使得晶核的生長發(fā)生了扭曲，阻礙晶核進(jìn)一步長大。長分子鏈的聚合物所交聯(lián)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使生成的小晶核各自處于較為分散的狀態(tài)，彼此之間不能聚集長大，有效避免了沉積，容易被油流帶走（圖4）[13]。

當(dāng)此類梳狀聚合物的側(cè)鏈長度為凝結(jié)蠟的碳數(shù)最大值時(shí)，最有利于溶解在原油中蠟的析出。此時(shí)效果最佳。與此同時(shí)，梳狀聚合物還可以產(chǎn)生很好的復(fù)配協(xié)同效應(yīng)。應(yīng)用前景廣闊[14]。

4 結(jié)束語

原油的石蠟沉積問題由來已久，嚴(yán)重阻礙了石油的開采和生產(chǎn)過程，大大降低了生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的化學(xué)方法存在污染重，毒性強(qiáng)的缺點(diǎn)，目前開發(fā)環(huán)境友好型清蠟防蠟試劑是研究的重點(diǎn)。此外，為了進(jìn)一步提高清蠟效率，需要進(jìn)一步研究清蠟、 防蠟的作用機(jī)理，積極探索新方法與新配方，以開發(fā)出高效環(huán)保的清防蠟劑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何繼偉，等. 油田集輸管道防蠟技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 當(dāng)代化工，2015（05）：1138-1139+1142.

[2] 劉愛華，章結(jié)斌，陳創(chuàng)前. 油田清防蠟技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)，2009（01）：1-3+7.

[3] 唐立杰，等. 物理清防蠟技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析[J]. 價(jià)值工程，2010（31）：153-154.

[4] 金偉，楊斌. 熱油管道的結(jié)蠟與清蠟[J]. 廣西輕工業(yè)，2009，（07）：23-24.

[5] 肖進(jìn)軍. 油井結(jié)蠟及清防蠟技術(shù)探討[J]. 化學(xué)工程與裝備，2010（07）：65-66.

[6] 廖永剛. 油井結(jié)蠟機(jī)理及清防蠟技術(shù)研究[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013，24：99.

[7] 徐梅，劉衛(wèi)東，石彥. 低壓水敏儲層清防蠟技術(shù)[J]. 石油與天然氣化工，2010（05）：446-450+456+369-370.

[8] 薛世君. 油井結(jié)蠟機(jī)理與清防蠟技術(shù)的配套應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2010，20：106-108.

[9] Cregory A Hieks. Uniform Program Reduces Peduces Paraffin Removal Costs[J]. Oil&Gas Journal， 2012 ，20： 85-90.

[10] 王仲廣. 清防蠟工藝技術(shù)淺談[J]. 精細(xì)與專用化學(xué)品，2011（10）：49-51.

[11] 趙玉華，李佳樽，蘭芳，等. 鴨兒峽油田水基防蠟劑研究試驗(yàn)[J].內(nèi)蒙古石油化工，2009（20）：30-34.

[12] 朱好華，馬勇，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.

[13] 陳剛，等. 聚丙烯酸酯類防蠟劑的合成與性能研究[J]. 石油與天然氣化工，2010（02）：140-143+88.

[14] 王毛毛，等. 油井清防蠟劑的國內(nèi)研究進(jìn)展[J]. 石油化工應(yīng)用，2014（12）：6-8+17.