油井電磁防蠟室內(nèi)試驗平臺的設(shè)計和方法

高寶元，高詩惠

(1. 中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 鉆采工程技術(shù)研究院，陜西 西安 710018；2. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

某油田開發(fā)層系較多，各層系原油性質(zhì)的不同，油井結(jié)蠟程度存在差異，有的區(qū)塊結(jié)蠟程度比較嚴(yán)重。原油從油層滲流到井底，又從井底舉升到地面上，過程中壓力和溫度不斷下降，蠟就會從原油中不斷析出。如果蠟沉積到油層流通孔道中，就會堵塞油層空隙，降低了油層滲透率，阻礙油流入井；如果蠟沉積到井筒設(shè)備的表面上不僅縮小流通截面積，增加油流阻力，影響油井產(chǎn)能，還可能造成抽油泵失效和損壞；如果蠟沉積到油管的內(nèi)壁表面上，則會減小油管的有效直徑，嚴(yán)重時會把油管堵死，造成抽油桿卡死，增加井口回壓和躺井率，迫使油井停產(chǎn)，結(jié)蠟會影響油井正常生產(chǎn)，加大抽油井懸點載負(fù)荷，增加了系統(tǒng)能耗，降低了系統(tǒng)效率和泵效，使油井產(chǎn)量下降。油井結(jié)蠟是影響油井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的突出問題之一，所以在油井生產(chǎn)過程中，防蠟是很重要的一項工作[1]。目前防蠟的手段比較多， 通常采用阻垢劑、緩蝕劑等化學(xué)藥品來防止油井結(jié)蠟。這種方法勞動強(qiáng)度大，成本高，效果差，污染環(huán)境[2]。針對在室內(nèi)沒有辦法檢驗油井電磁防蠟效果的問題，設(shè)計出油井電磁防蠟室內(nèi)通用動態(tài)試驗平臺，解決了油田沒有專門的在室內(nèi)準(zhǔn)確模擬出動態(tài)環(huán)境下油井電磁防蠟情況的缺陷[3]。

1 油井電磁防蠟機(jī)理

根據(jù)電磁波傳播理論，電場轉(zhuǎn)換為磁場，磁場又轉(zhuǎn)換為電場，電磁場沿著油井管線向兩端傳播，在能量沿管線傳播過程中磁場作用于管線內(nèi)的原油，通過磁致膠體效應(yīng)，使原油中蠟質(zhì)點帶有負(fù)電荷，經(jīng)磁場處理后，蠟質(zhì)點在感應(yīng)磁場的作用下，其分子間的力受到干擾，不再按原來的規(guī)律排列，抑制了蠟晶的生長，減緩了蠟結(jié)晶過程；通過氫鍵異變效應(yīng)，在一定強(qiáng)度磁場作用下可以打斷蠟的氫鍵，改變蠟的鍵角或鍵的強(qiáng)度，使其不易構(gòu)成鍵架，破壞了蠟晶間的聚結(jié)，使蠟晶不易聚集，從而防止蠟從原油中析出，堆積在油井筒內(nèi)表面和抽油桿上，使它失去脫離原油而附著在油井筒內(nèi)表面和抽油桿上的能力，使蠟分子懸浮在原油中，不易結(jié)晶析出從而達(dá)到防蠟的目的[4]。

2 油井電磁防蠟室內(nèi)試驗平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

油井電磁防蠟室內(nèi)試驗平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示[5]，包括恒溫水浴箱和變頻電磁場激勵源，恒溫水浴箱內(nèi)設(shè)有2個實驗箱，恒溫水浴箱外兩側(cè)分別設(shè)有循環(huán)泵，2臺循環(huán)泵分別連接變頻器；循環(huán)泵的出口分別與2個實驗箱的下端進(jìn)口連通，循環(huán)泵的上端進(jìn)口分別與對應(yīng)的實驗箱的上端出口連通；其中1個實驗箱的出口與其對應(yīng)的循環(huán)泵進(jìn)口連通的管線上設(shè)置感應(yīng)器；變頻電磁場激勵源與感應(yīng)器連接，位于恒溫水浴箱外。

圖1 油井電磁防蠟室內(nèi)試驗平臺結(jié)構(gòu)示意

平臺包括流體循環(huán)部分和溫控部分。其中流體循環(huán)部分又可分為電磁場處理部分、對比實驗部分和流速控制部分。

2.1 流體循環(huán)部分

實驗選用2臺循環(huán)泵分別為電磁場處理部分和對比實驗部分提供循環(huán)所需動力。電磁場處理部分在實驗過程中將變頻電磁激勵源的輸出端經(jīng)導(dǎo)線連接感應(yīng)器，即可形成變頻電磁場對流過的液體進(jìn)行電磁處理，而對比實驗部分直接通過管線與實驗箱連通實現(xiàn)循環(huán)。流速控制部分中，為了能夠控制流體的流速使用了變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率即可改變循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速從而實現(xiàn)對流體流速的控制[6]。該實驗中，流體采用的是原油，流量計量采用電磁流量計。

2.2 溫控部分

溫控部分中，為了能夠控制原油的溫度并盡量使溫度恒定在設(shè)定值上，將實驗箱放置于恒溫水浴箱中保證實驗原油溫度穩(wěn)定。為了使原油能夠循環(huán)且電磁場處理部分和對比實驗部分相互不干擾，將2個相同尺寸的實驗箱并排架在恒溫水浴箱上并使箱體浸沒在水浴中。實驗箱底部內(nèi)側(cè)正中央和2個側(cè)面內(nèi)部中央均貼有試片，試片材質(zhì)為鋼片。實驗箱的出口與其對應(yīng)的循環(huán)泵進(jìn)口連通的管線上均設(shè)有流量計。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的控制，溫控部分使用了1個超級恒溫器與水箱內(nèi)的水進(jìn)行循環(huán)，通過調(diào)節(jié)超級恒溫器的溫控元件就可以使水箱內(nèi)的水溫恒定在設(shè)定溫度。

為了得到不同位置的結(jié)蠟量，實驗中使用了多個試片。在2個實驗箱中用鐵絲分別掛2個試片，用防水玻璃膠在2個實驗箱的底部和其中2個側(cè)面分別貼一個試片。電磁場處理部分與對比實驗部分試片位置一致。

3 油井電磁防蠟室內(nèi)試驗方法

油井電磁防蠟室內(nèi)試驗方法如下：

1)分別稱量幾個試片的質(zhì)量并掛在實驗箱內(nèi)，同時在實驗箱底部和側(cè)面均貼上試片，對試片進(jìn)行編號并記錄，靜置24 h且使試片不易脫落。

2)將變頻電磁激勵源輸出端導(dǎo)線在感應(yīng)器上纏繞20～40圈(試驗時通常纏繞30圈)。

3)設(shè)定實驗需要的恒溫水浴箱的溫度。

4)在2個實驗箱中加入等量的原油，液位為80 cm，并檢驗各部分的密閉性。

5)打開變頻電磁場激勵源并開啟循環(huán)泵使原油開始循環(huán)。

6)每4 h觀察實驗箱及恒溫水浴箱中的液面高度，根據(jù)現(xiàn)場情況向2個實驗箱中加入等量的原油并及時向恒溫水浴箱中補(bǔ)水，確保實驗箱浸沒在水浴中。

7)實驗運(yùn)行1個周期(7 d或15 d)后停止循環(huán)，排出實驗箱及管線中的液體，取出各個試片并放入干燥箱中烘干且稱重，同時在顯微鏡下觀察結(jié)垢形態(tài)，記錄并分析各種結(jié)垢情況得到溫度、流速對電磁防蠟效果的影響規(guī)律。

通過比對結(jié)果，通電磁的試驗箱中的試片質(zhì)量幾乎沒有變化，而正常實驗的試驗箱中的試片上結(jié)了蠟，使得試片的質(zhì)量明顯增加。因此，該電磁實驗?zāi)苡行У胤乐菇Y(jié)蠟。同時，在該試驗中，試片采用的材質(zhì)與各部件連接的管線(即油管)的材質(zhì)相同，能有效地延長管線的使用壽命[7]。

4 室內(nèi)試驗效果

該油井電磁防蠟室內(nèi)試驗平臺，可以短時間內(nèi)證明電磁防蠟效果，是一種低成本、高效率的長效性防蠟方法。該方法能產(chǎn)生變頻強(qiáng)電磁場，引起蠟分子的內(nèi)共振，導(dǎo)致蠟晶結(jié)構(gòu)與形狀發(fā)生變化，抑制了蠟分子的結(jié)晶過程，同時對已形成的蠟晶產(chǎn)生一定的破碎作用，從而達(dá)到防蠟的目的[8]；可明顯減少因蠟卡、蠟堵等造成的修井作業(yè)次數(shù)，延長油井修井周期；由于熱洗和作業(yè)次數(shù)的減少可明顯提高油井生產(chǎn)時率，保證連續(xù)不間斷生產(chǎn)，從而達(dá)到增加原油產(chǎn)量的目的；油井使用電磁防蠟后，流體阻力顯著降低，其流體運(yùn)行速度與原記錄比較，可提高10%～15%，有利于提高泵效和系統(tǒng)效率[9]。

5 優(yōu) 點

1)電磁防蠟與化學(xué)防蠟相比，沒有副作用，沒有維護(hù)工作量，不受雨雪天氣等惡劣環(huán)境的影響，同時也不受道路、機(jī)械故障的影響，解決了路途遠(yuǎn)和路況差，油井的加藥和熱洗作業(yè)難的問題[10]。而原方法是從井口加入化學(xué)清蠟劑會殘留在原油中，同時對環(huán)境有污染。電磁防蠟的應(yīng)用可以解決藥劑費(fèi)用高，勞動強(qiáng)度大，清蠟次數(shù)頻繁等問題。

2)由于油井變頻電磁防蠟效率高，作用時間長，使用方便，無須割開管道，無需停產(chǎn)安裝，功率小，節(jié)能環(huán)保，安全可靠，省去或減少阻垢劑、緩蝕劑等化學(xué)藥品的使用，節(jié)省人工阻除垢費(fèi)用，應(yīng)用前景將是十分廣闊的[11]。

6 結(jié)束語

油井電磁防蠟室內(nèi)試驗平臺對人體和環(huán)境沒有任何影響，屬于安全、環(huán)保、節(jié)能型室內(nèi)設(shè)備，符合安全環(huán)保要求[12]。油井電磁防蠟室內(nèi)試驗平臺可在室內(nèi)安全環(huán)保準(zhǔn)確地模擬出動態(tài)環(huán)境下油井電磁防蠟情況，利用靜態(tài)實驗優(yōu)選出的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)實驗，通過對比試驗結(jié)果，了解油井結(jié)蠟方面的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀，摸索出適合油田特征的油井防蠟技術(shù)及方法，并得到溫度、流速等對電磁防蠟效果的影響規(guī)律[13]。