低產(chǎn)油田油井加藥控制圖版的建立與應(yīng)用

肖輝（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

油井結(jié)蠟會(huì)影響油田生產(chǎn)，采用化學(xué)藥劑清防蠟是解決油井結(jié)蠟一種行之有效的方式[1-3]。油井井口加藥具有較好的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性[4]。大慶外圍油田主要采用加藥為主，熱洗為輔的清防蠟方式，油井加藥制度一般是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)摸索給出的，主要考慮產(chǎn)量、含水兩個(gè)因素，產(chǎn)量劃分范圍寬泛，且不同油田均采用同一圖版指導(dǎo)加藥。隨著老油田開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)及新油田的不斷投產(chǎn)，原油物性差異大、低產(chǎn)液井比例增加，以往加藥制度無(wú)法滿(mǎn)足精細(xì)管理的需要。為了進(jìn)一步挖潛油井加藥的效益空間，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化加藥，開(kāi)展油井結(jié)蠟規(guī)律研究，建立油井加藥控制圖版，為現(xiàn)場(chǎng)管理提供依據(jù)。

1 油井結(jié)蠟規(guī)律研究

1.1 結(jié)蠟速度分級(jí)評(píng)價(jià)

某外圍采油廠主要開(kāi)發(fā)LHP、AGL、AN等油田，為了優(yōu)選典型油田開(kāi)展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，摸索油井結(jié)蠟規(guī)律。建立以含蠟量、含膠量、析蠟溫度、飽和壓力、凝固點(diǎn)等8項(xiàng)與結(jié)蠟相關(guān)的物性參數(shù)的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)，對(duì)不同油田結(jié)蠟速度級(jí)別進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)，為全廠各油田及今后開(kāi)發(fā)油田推廣提供指導(dǎo)意義。各油田結(jié)蠟綜合評(píng)價(jià)系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。綜合評(píng)價(jià)系數(shù)公式為：

表1 各油田結(jié)蠟綜合評(píng)價(jià)系數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results of comprehensive evaluation coefficient of wax deposition in each oilfield

其中a表示權(quán)重系數(shù)，其大小反映了各因素重要程度，權(quán)重計(jì)算方法如下：

式中：η為油井結(jié)蠟綜合評(píng)價(jià)系數(shù)，無(wú)量綱；a1、a2、a3……a8為權(quán)重系數(shù)，無(wú)量綱；X、Xmax為含蠟量、含蠟量最大值，%；Y、Ymax為含膠量、含膠量最大值，%；Z、Zmax為析蠟溫度、析蠟溫度最大值，℃；M、Mmax為凝固點(diǎn)、凝固點(diǎn)最大值，℃。

根據(jù)結(jié)蠟綜合評(píng)價(jià)系數(shù)計(jì)算結(jié)果分為三個(gè)級(jí)別，各級(jí)別選取典型油田。為此，優(yōu)選LHP、AN等5個(gè)油田（區(qū)塊）進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

1.2 井筒結(jié)蠟規(guī)律室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)原油蠟沉積進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了多個(gè)的蠟沉積模型[5-6]。油井井筒結(jié)蠟規(guī)律室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖1。管道和井筒中結(jié)蠟厚度的預(yù)測(cè)模型國(guó)內(nèi)學(xué)者有過(guò)很多嘗試[7-9]，由于結(jié)蠟速度主要與油井的管壁溫度、產(chǎn)量、含水等動(dòng)態(tài)參數(shù)變化有關(guān)[10]，實(shí)驗(yàn)測(cè)定了典型油田油井在流量為0.5～10 t/d，管 壁 溫 度 為15～50℃，含 水 率 為0%～80%的結(jié)蠟速度。

圖1 油井井筒結(jié)蠟規(guī)律室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the indoor experimental device for wax formation pattern in oil wellbore

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明管壁溫度在30～35℃、產(chǎn)量為3～7 t/d時(shí)結(jié)蠟速度最快，例如LHP油田結(jié)蠟速度與管壁溫度、產(chǎn)量、含水的關(guān)系見(jiàn)圖2、圖3、圖4。

圖2 結(jié)蠟速度與管壁溫度關(guān)系Fig.2 Relation between wax deposition rate and pipe wall temperature

圖3 結(jié)蠟速度與產(chǎn)量關(guān)系Fig.3 Relation between wax deposition rate and output

圖4 結(jié)蠟速度與含水關(guān)系Fig.4 Relation between wax deposition rate and water content

分析結(jié)蠟速度與溫度的關(guān)系，低溫區(qū)域內(nèi)，原油與管壁溫差大，管壁溫度低，原油散熱快，原油黏度大，沉積到管壁的大部分蠟會(huì)因?yàn)楦唣ざ仍偷母呒羟辛Χ粠ё?，?dǎo)致低溫區(qū)域結(jié)蠟量較低；隨著溫度增加，溫度差逐漸減小，蠟分子向管壁運(yùn)動(dòng)的熱動(dòng)力逐漸變?nèi)?，蠟沉積慢，因此隨著管壁溫度增加，結(jié)蠟速度先增加后降低。分析結(jié)蠟速度與產(chǎn)量的關(guān)系，產(chǎn)量較低時(shí)，油流流過(guò)管道的速度慢，使得油溫大幅度下降，黏度增大，沉積到管壁的蠟分子會(huì)因?yàn)樵偷母唣ざ榷挥土鲙ё?，產(chǎn)量增加到一定程度后，隨著流量的增加，油流對(duì)管壁的沖刷能力增強(qiáng)，附著在管內(nèi)壁的蠟分子會(huì)被高速流動(dòng)的原油沖走，因此隨著產(chǎn)量增加，結(jié)蠟速度先增加后降低。隨著含水率增加結(jié)蠟速度下降，當(dāng)含水大于30%時(shí)，結(jié)蠟速度顯著下降，當(dāng)含水大于70%后，結(jié)蠟速度降至較低水平。這主要是由于含水率的增加，會(huì)使得單位體積流體中蠟分子的含量相對(duì)變小，石蠟結(jié)晶的趨勢(shì)會(huì)變小；同時(shí)，含水量增加，容易在管壁面處形成不利于蠟沉積的連續(xù)水膜。因此隨著含水增加，結(jié)蠟速度下降。

1.3 清蠟周期優(yōu)化

根據(jù)結(jié)蠟速度，以油管結(jié)蠟厚度達(dá)到不能滿(mǎn)足生產(chǎn)為臨界點(diǎn)，計(jì)算不同產(chǎn)量、含水級(jí)別油井清蠟周期，采用公式為：

式中：ry為油管半徑，mm；rc為抽油桿半徑，mm；v結(jié)為日結(jié)蠟速度，g/m2；t為清蠟周期，d；ρl為蠟的密度，g/mm3。

1.4 清蠟劑用量?jī)?yōu)化

通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同油田、不同流量下的清蠟速度與濃度關(guān)系見(jiàn)圖5。結(jié)合清蠟周期及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的清蠟劑清蠟速度，計(jì)算不同產(chǎn)量油井所需清蠟劑用量。

圖5 不同流量下的清蠟速度與濃度關(guān)系Fig.5 Relation between wax removal speed and concentration under different flow rates

在已知產(chǎn)量條件下的最高結(jié)蠟速度和結(jié)蠟周期時(shí)，單位長(zhǎng)度和面積管桿柱表面的結(jié)蠟量為：

式中：M結(jié)為結(jié)蠟量，g/m2；t結(jié)為結(jié)蠟時(shí)間，d。

在預(yù)定所需清蠟時(shí)間（例如2 d）條件下，先計(jì)算出所需清蠟速度，然后查清蠟制度圖版，確定對(duì)應(yīng)產(chǎn)量下的清蠟劑濃度，再計(jì)算清蠟劑用量。所需的清蠟速度為：

式中：t清為清蠟時(shí)間，d；v清為日清蠟速度，g/m2。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到該清蠟速度所需的清蠟劑濃度(C清蠟劑)，則對(duì)應(yīng)產(chǎn)量油井所需清蠟劑的質(zhì)量為：

式中：M清蠟劑為清蠟劑用量，t；Q為日產(chǎn)液，t/d；C清蠟劑為清蠟劑濃度，%。

LHP、AN典型油田清蠟周期及清蠟劑用量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 LHP油田清蠟周期及清蠟劑用量計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results of wax removal cycle and amount of wax remover in LHP oilfield

表3 AN油田清蠟周期及清蠟劑用量計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results of wax removal cycle and amount of wax remover in AN oilfield

2 建立加藥控制圖版

為了將室內(nèi)實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果更好的應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合油田實(shí)際，重點(diǎn)考慮產(chǎn)量、含水區(qū)間的劃分，清蠟周期和清蠟劑用量的可操作性，制定各油田加藥控制圖版，圖版的制定遵循以下原則：

1）產(chǎn)量區(qū)間的劃分：兼顧各產(chǎn)量級(jí)別油井的同時(shí)，考慮外圍油田低產(chǎn)井比例高的特點(diǎn)，3 t以下分三級(jí)，3～10 t分兩級(jí)，10 t以上一級(jí)。

2）含水區(qū)間的劃分：按照不同含水級(jí)別油井結(jié)蠟規(guī)律特點(diǎn)，含水50%以?xún)?nèi)分三級(jí)，50%～70%分一級(jí)，70%以上不加藥。

3）清蠟周期的制定：考慮方便現(xiàn)場(chǎng)管理，清蠟周期為15 d的整數(shù)倍。

4）藥劑用量的制定：考慮方便現(xiàn)場(chǎng)管理，清蠟劑用量為10 kg的整數(shù)倍。

以理論加藥制度為基礎(chǔ)，遵循圖版制定原則的基礎(chǔ)上，建立了各油田的加藥控制圖版，例如LHP、AN油田加藥控制見(jiàn)表4。

表4 加藥控制Tab.4 Dosing control

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

依據(jù)清防蠟室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以加藥控制圖版為依據(jù)，在全廠6個(gè)油田優(yōu)選163口井開(kāi)展油基清蠟劑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)8個(gè)月，對(duì)于生產(chǎn)動(dòng)態(tài)發(fā)生變化的井，依據(jù)加藥控制圖及時(shí)調(diào)整清防蠟制度。統(tǒng)計(jì)163口試驗(yàn)井，年可節(jié)省清蠟劑用量29.4 t，清蠟劑價(jià)格4 304元/t，年可節(jié)省藥劑費(fèi)用12.7萬(wàn)元，試驗(yàn)井試驗(yàn)前后上下載荷、載荷差均穩(wěn)定，未發(fā)生結(jié)蠟現(xiàn)象，76口井日耗電較試驗(yàn)前下降，單井日節(jié)電6.5 kWh，年節(jié)電量16.4×104kWh，年節(jié)約清蠟劑費(fèi)用和電費(fèi)23.4萬(wàn)元，清防蠟現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果見(jiàn)表5。

表5 清防蠟現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果Tab.5 Field test results of wax removal and prevention

4 結(jié)論與建議

1）通過(guò)建立含蠟量、析蠟溫度、凝固點(diǎn)、飽和壓力等8項(xiàng)與結(jié)蠟有關(guān)物性參數(shù)的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)，對(duì)不同油田結(jié)蠟速度進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，為準(zhǔn)確選取典型油田提供指導(dǎo)。

2）模擬油井井筒實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，開(kāi)展井筒結(jié)蠟規(guī)律室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是計(jì)算清蠟周期和清蠟劑用量的前提，為加藥控制圖的建立提供了理論依據(jù)。

3）計(jì)算給出了不同油田、不同產(chǎn)量、不同含水級(jí)別油井清蠟制度，并繪制加藥控制圖，具有方便現(xiàn)場(chǎng)管理，符合油田實(shí)際、針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，解決了不同油田個(gè)性化加藥的問(wèn)題，為進(jìn)一步挖潛油井加藥的效益空間提供依據(jù)。