一種高效防蠟降凝劑的研制與應(yīng)用

王偉波，趙 靜，李 玥，朱奕霖，關(guān)博文

（1.西安長慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018；2.西安工程大學(xué)，陜西西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司宜黃天然氣項目部，陜西西安 710018）

長慶原油是一種典型的含蠟原油，以長慶某原油為例[1]：密度=0.868 7 g/cm3，凝固點23 ℃，含蠟量為15.21%，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量為6.4%。其膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量較少，凝點較高，含蠟量相對較多，姬塬油田138 井區(qū)于2015 年開始投入開發(fā)建設(shè)，現(xiàn)有油井147 口，井筒主要矛盾為結(jié)蠟導(dǎo)致的檢泵較多，2017-2018 年作業(yè)頻次1.13 次/年X 口，比全廠平均檢泵頻次高0.46 次/年X 口，因結(jié)蠟導(dǎo)致的作用占總作業(yè)量的75.5%，且結(jié)蠟段主要集中在尾管附近，導(dǎo)致油井進(jìn)液困難或球座蠟堵，油井蠟卡、斷桿，甚至形成“躺井”。造成采油成本上升，后續(xù)處理問題增多?，F(xiàn)場使用的化學(xué)清蠟劑多是易燃易爆品，或是有毒，存放和使用起來存在很多安全隱患，且針對該區(qū)塊效果并不明顯，嚴(yán)重影響該區(qū)塊的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

通過對現(xiàn)場結(jié)蠟機(jī)理及規(guī)律的分析，利用現(xiàn)有化學(xué)防蠟、降凝技術(shù)進(jìn)行整合優(yōu)化，針對該區(qū)塊的特點設(shè)計開發(fā)出一種新型高效、穩(wěn)定、安全的原油防蠟降凝劑。

1 實驗部分

1.1 儀器

清防蠟測試儀；恒溫水??；電動往復(fù)振蕩器；氣相色譜儀；YMS 型數(shù)顯液體密度計。

1.2 藥品

OP-10（工業(yè)品）；TX-7（工業(yè)品）；十二烷基苯磺酸（工業(yè)品）；SPAN-80（工業(yè)品）；TX-10（工業(yè)品）；1227（工業(yè)品）；TWEEN-60（工業(yè)品）；TWEEN-80（工業(yè)品）；十二烷基苯磺酸鈉，1#蠟晶改性劑（產(chǎn)地：美國）；2#非離子表面活性劑（工業(yè)品）；3#陽離子表面活性劑（工業(yè)品）；甲醇（工業(yè)品）；pH 值試紙。

1.3 實驗方法

1.3.1 合成原理 利用非離子表面活性劑和離子型表面活性劑靜電穩(wěn)定理論[2]，在乳化、增溶和穩(wěn)定機(jī)理的基礎(chǔ)上，將蠟晶改進(jìn)劑以納米顆粒的形式均勻的分散在水中，開發(fā)出一種新型高效防蠟降凝劑。與常規(guī)防蠟劑相比，蠟晶改進(jìn)劑含量提高60%以上，針對該區(qū)塊原油特點，防蠟和降黏性能提高70%以上，可有效降低原油凝點10 ℃以上。

1.3.2 防蠟率、降黏率的測定 SY/T 6300-2009 采油用清、防蠟劑技術(shù)條件。

1.3.3 凝點的測定方法 按照GB/T 510-1983 石油產(chǎn)品凝點測定法測定。

1.3.4 密度的測定 采用YMS 型數(shù)顯液體密度計測定。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 油樣含蠟量分析

本項研究采用原油全烴氣相色譜分析方法[3]，對原油中正庚烷以前輕烴、C8～C36正構(gòu)烷烴等烴類化合物的全烴分析，以面積歸一化法計算各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。138 井區(qū)管線混合油樣和138 井區(qū)尾管混合油樣測試結(jié)果（見表1）。

表1 油樣飽和烷烴組分分布

通過測試結(jié)果可以看出，138 井區(qū)底尾管混合油樣C18以后的飽和烷烴組分含量普遍高于138 井區(qū)混合油樣，且138 井區(qū)管線混合油樣中含輕質(zhì)油組分較高，達(dá)到了30.3%，138 井區(qū)尾管混合油樣含輕質(zhì)油組分較低，僅為27.39%；對比2 種油樣中軟蠟和硬蠟組分含量，可以看出138 井區(qū)井底尾管混合油樣軟蠟和硬蠟含量與138 井區(qū)管線混合油樣相比要高1.16%和0.95%。原油從井底到地面管線的過程中，原油中的軟蠟和硬蠟含量降低。

2.2 蠟樣含蠟量分析

采用原油全烴氣相色譜分析方法對138 井區(qū)管線混合蠟樣和138 井區(qū)井下150 m 混合蠟樣測試結(jié)果（見表2）。

表2 蠟樣飽和烷烴組分分布

通過對現(xiàn)場蠟樣飽和烷烴結(jié)果分析，可以看出現(xiàn)場結(jié)蠟以硬蠟為主，硬蠟含量達(dá)到了60%以上，所取的蠟樣中，硬蠟組分飽和烷烴碳數(shù)在C29～C31（對應(yīng)的凝點在63～68 ℃）含量最高。

2.3 原油析蠟點的測定

原油析蠟點的測定依照SY/T 0522-2008《原油析蠟點測定 旋轉(zhuǎn)黏度計法》進(jìn)行測試，測試結(jié)果（見圖1）。

圖1 138 井區(qū)原油黏溫曲線

從圖1 可以看出，138 井區(qū)原油析蠟點較高（29.6 ℃），井口及地面管線溫度低于原油析蠟溫度時大量的蠟在井筒及地面管線中析出，聚集形成結(jié)構(gòu)致密的蠟團(tuán)，沉積在油井管壁上。

結(jié)合飽和烷烴凝點[4]及138 井區(qū)油樣和蠟樣的分析結(jié)果，可以看出原油中含量在20%以上的硬蠟，是造成原油凝固點高和油井結(jié)蠟的主要原因，硬蠟組分飽和烷烴碳數(shù)在C29～C31含量最高，是結(jié)蠟組分中的主要成分。

2.4 高效防蠟降凝劑的研究

高效防蠟降凝劑以表面活性劑和蠟晶改性劑為主組分，復(fù)配以低分子醇而成。其中的表面活性劑是油溶性和水溶性表面活性劑，蠟晶改性劑為一種乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，可吸附在蠟晶上，干擾蠟晶生長，防止蠟晶相互的溶解性，兼從金屬表面剝離蠟晶的作用。

2.4.1 理化指標(biāo)性能測試 通過實驗可以看出（見表3），高效防蠟降凝劑CY-12 不含有機(jī)氯和二硫化碳，凝點可達(dá)-32 ℃，符合長慶油田冬季使用，閃點為46 ℃，增強了該類產(chǎn)品的安全系數(shù)，可更好的服務(wù)油田生產(chǎn)。

表3 高效防蠟降凝劑CY-12 理化指標(biāo)

2.4.2 防蠟降黏性能測試 防蠟率和降黏率依照SY/T 6300-2009 進(jìn)行測試，選用138 井區(qū)混合油樣進(jìn)行測試，測試結(jié)果（見表4）。

表4 防蠟性能對比實驗

通過實驗可以看出，針對以上2 個油樣，高效防蠟降凝劑CY-12 防蠟率和降黏率可達(dá)70%以上，與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，防蠟降黏效果提升了50%，具有較好的防蠟、降黏效果。

2.4.3 原油含水率對防蠟性能的影響 在測試防蠟性能過程中，由于原油含水率不同，測試的防蠟率和降黏率也存在較大的差異[5]。本文選取油樣，在138 井區(qū)尾管混合油樣中加入一定量的采出水，配制出不同含水率的油樣，依照SY/T 6300-2009《采油用清、防蠟劑技術(shù)條件》對防蠟、降黏性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果（見圖2，圖3）。

通過實驗可以看出，隨著含水率的升高而油樣中的蠟質(zhì)組分下降，測試的防蠟、降黏性能逐漸升高，高效防蠟降凝劑的防蠟和降黏性能明顯高于目前在用的1#和2#防蠟劑，當(dāng)含水率大于50%以上時，高效防蠟降凝劑的防蠟率和降黏率均達(dá)到90%以上。

2.4.4 原油降凝性能測試 在測試原油中加入不同濃度藥劑，加熱至45 ℃1 h 后，依照GB/T 510-1983《石油產(chǎn)品凝點測定法》對改性后的原油進(jìn)行測試。測試結(jié)果（見表5）。

通過實驗可以看出，高效防蠟降凝劑具有較好的降凝效果。針對138 井區(qū)管線混合油樣，在加入0.15%的高效防蠟降凝劑后，原油凝點從22 ℃降低至14 ℃，降凝效果明顯，符合現(xiàn)場油樣降凝的要求。

圖2 不同含水率對防蠟率的影響

表5 138 井區(qū)管線混合油樣降凝實驗

2.4.5 破乳性能測試 破乳實驗選用138 井區(qū)管線混合油樣進(jìn)行測試，測試方法依照SY/T 5280-2000《原油破乳劑通用技術(shù)條件》進(jìn)行測試，測試結(jié)果（見表6）。

表6 138 井區(qū)管線混合油樣脫水實驗 單位：%

通過實驗可以看出，高效防蠟降凝劑針對138 井區(qū)管線混合油樣有一定的破乳性能，加藥濃度為0.15%以上時，120 min 原油脫水率可達(dá)到80%以上，對于原油脫水具有一定的輔助效果。

2.4.6 現(xiàn)場應(yīng)用情況 2019-2020 年，在姬塬油田應(yīng)用182 口井，油井回壓平均降低30%以上，對比檢泵井加藥后載荷變化，最大載荷平均下降0.75 kN，最小載荷平均下降1.11 kN，載荷差平均上升0.36 kN。截止目前現(xiàn)場油井運行平穩(wěn)、降回壓效果明顯，結(jié)蠟周期平均延長4 倍以上，累計減少洗井次數(shù)642 次，減少檢泵次數(shù)80 次，節(jié)約熱洗清蠟費用90.64 萬元；節(jié)約檢泵清蠟費為115.5 萬元，減少原油產(chǎn)量損失227.9 t。

圖3 不同含水率對降黏率的影響

3 結(jié)論

（1）138 井區(qū)原油中含量在20%以上的硬蠟且析蠟點較高（29.6 ℃），井口及地面管線溫度低于原油析蠟溫度時大量的蠟在井筒及地面管線中析出，聚集形成結(jié)構(gòu)致密的蠟團(tuán)，沉積在油井管壁上，是造成原油凝固點高和油井結(jié)蠟的主要原因。

（2）利用非離子表面活性劑和離子型表面活性劑靜電穩(wěn)定理論，在乳化、增溶和穩(wěn)定機(jī)理的基礎(chǔ)上，將蠟晶改進(jìn)劑以納米顆粒的形式均勻的分散在水中，可有效提高藥劑的有效性能，針對該區(qū)塊防蠟率和降黏率可提高至70%以上。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用情況表明，該防蠟降凝劑可有效減輕抽油機(jī)負(fù)荷，延長油井熱洗清蠟和檢泵周期的效果，具有較好的現(xiàn)場應(yīng)用前景。