油井結蠟與防蠟

1、油井結蠟與防蠟前言油井結蠟是油田開發(fā)過程中存在已久的問題，當原油從地下抽到地面時，由于溶解氣體的逸出和膨脹而使原油溫度逐漸降低，蠟就從原油中按分子量的大小順序結晶析出，并繼而沉積在油管內壁上，致使井筒變窄，油井產(chǎn)量降低，嚴重時還會堵塞油管造成油井停產(chǎn)。清防蠟技術就是根據(jù)原油物性及油井開采狀況的復雜性，并根據(jù)不同區(qū)塊。不同油井、區(qū)塊開采的不同時期以及油井結蠟狀況的不同，為清蠟、阻止蠟沉積而采取的一種有效的工藝。第一章油井結蠟的過程及結蠟因素為了制定油田防蠟和清蠟等措施，必須充分了解影響結蠟的各種因素和掌握結蠟規(guī)律。通過對油井結蠟現(xiàn)象的觀察和實驗室對結蠟過程的研究，初步認為影響結蠟的因素主要包括四

2、個方面：原油組分（包括蠟、膠質和瀝青的含量）、油井的開采條件（如溫度、壓力、氣油比和產(chǎn)量等）、原油中的雜質（泥、沙和水等）以及沉積表面的粗糙度和表面性質。1.1 油井結蠟的過程（ 1）當溫度降至析蠟點以下時，蠟以結晶形式從原油中析出。（ 2）溫度、壓力繼續(xù)降低，氣體析出，結晶析出的蠟聚集長大，形成蠟晶體。（ 3）蠟晶體沉積于管道和設備等的表面上。從形成新相（石蠟晶體）所需要的能量角度來看，石蠟首先要在油流中的雜質及固體表面粗糙處形成，因為這樣所需的能量小。大量研究表明：原油對蠟的溶解度隨溫度的降低而減小，當溫度降低到原油對蠟的溶解度小于原油的含蠟量的某一值時，原油中溶解的蠟便開始析出，蠟開始析

3、出時的溫度陳為蠟的初級結晶溫度或析蠟點。1.2 影響結蠟的因素1 .原油的性質及含蠟量油井結蠟的內在因素是因為原油中溶解有石蠟，在其他條件相同的前提下，原油中含蠟量越高，油井就越容易結蠟。另外，油井的結蠟于原油組分也有一定的關系。原油中所含輕質餾分越多，則蠟的初始結晶溫度就越低，保持溶解狀態(tài)的蠟就越多，即蠟不易析出。實驗證明，在同一含蠟量的原油中，含輕質成分少的原油，其中的蠟更容易析出。2 .原油中的膠質、瀝青質實驗表明，隨著膠質含量的增加，拉的初始結晶溫度降低。這是因為膠質為表面活性物質，它可以吸附于石蠟結晶的表面，組織結晶體的長大。瀝青質時膠質的進一步聚合物，它不溶于油，而是以極小的顆粒分

4、散于油中，可成為石蠟結晶的中心，對石蠟結晶起到良好的分散作用。由此可見，由于膠質、瀝青質的存在蠟晶雖然析出，但不容易聚合、沉積。但當原油中膠質。瀝青質含量過不多存在時，原油溶蠟能力變差，石蠟結晶容易析出，在管壁上沉積的蠟的強度也將明顯增加，而不易被油流沖走，又促進了結蠟。因此原油中的膠質、瀝青質對結蠟的影響是矛盾的兩個方面，既能減緩結蠟，又促進結蠟。3 .原油中的水和機械雜質原油中的水和機械雜質對蠟結晶溫度影響不大。但是原油中的細小沙粒及機械雜質將成為石蠟析出的結晶核心，從而促使石蠟結晶的析出，并加劇了結蠟過程。油井含水量增加，結蠟程度有所減輕，其原因主要有：一是水的比熱容大于油，古含水量增加

5、后可減少液流溫度的降低；二是含水量增加后易在管壁形成連續(xù)水膜，不利于蠟沉積于管壁。4 .液流速度、管壁粗糙度及表面性質油井生產(chǎn)實踐證明，高產(chǎn)井結蠟情況沒有低產(chǎn)井嚴重。這是因為在通常情況下，高產(chǎn)井的壓力高、脫氣少、蠟的初始結晶溫度低，同時液流速度大，井筒流體在流動過程中熱損失小，從而使液流在井筒內保持較高的溫度，蠟不易析出。另一方面由于液流流速高，對管壁的沖刷能力強，蠟不易沉積在管壁上。但是，隨著流速的增大，單位時間內通過管道某位置的蠟量增加，加劇了結蠟過程，因此，液流速度對結蠟的影響有正反兩個方面的作用。管材不同，結蠟量也不同。顯然管壁越光滑，蠟越不容易沉積。根據(jù)有關表面性質對結蠟影響的研究，

6、管壁表面親的潤濕性對結蠟有明顯影響，表面親水性越強，越不易結蠟。第二章油井和管道中的清蠟方法2.1 機械清蠟技術機械清蠟是指專門的工具刮除油管壁上的蠟，并靠液流將蠟帶至地面的清蠟方法。在自噴井中采用的清蠟工具主要有刮蠟片和清蠟鉆頭等。一般情況下采用刮蠟片，如果結蠟嚴重，則用清蠟鉆頭。有桿抽油井的機械清蠟是利用安裝在抽油桿上的活動刮蠟器請除油管和抽油桿上的蠟。常用尼龍刮蠟器，再抽油桿相距一定距離（一般為沖程長度之半）兩端因定限位器，在兩限位器之間安裝尼龍刮蠟器。抽油桿帶著尼龍刮蠟器在油管中往復運動，上半沖程刮蠟器在抽油桿上滑動，刮掉抽油桿上的蠟，下半沖程由于限位器的作用，抽油桿帶動刮蠟器刮掉油管

7、上的蠟。同時油流通過尼龍刮蠟器的傾斜開口和齒槽，推動刮蠟器緩慢旋轉，提高刮蠟效果，由于刮蠟器的油流速度加快，時刮下來的蠟易被油流帶走，而不會造成淤積堵塞，從而達到清蠟的目的。2.2 熱力清蠟技術熱力清防蠟技術是利用熱能提高井筒流體溫度，熔化沉積于井筒中的蠟達到清防蠟的一種方法。對于含蠟原油，當原油溫度超過析蠟溫度時，則起到油井防蠟作用：對于高凝油及稠油，則利用其流動性對溫度敏感的特性，通過井筒加熱達到降粘降阻的目的。熱力清防蠟技術根據(jù)其加熱介質不同分為熱流體循環(huán)清蠟、電熱清蠟和熱化學清蠟三大類。（ 1）熱流體循環(huán)清蠟法熱流體循環(huán)清蠟法的熱載體時地面加熱后的流體物質，如水或油等，通過熱流體在井筒

8、中的循環(huán)傳熱給井筒流體，提高井筒流體的溫度，使得蠟沉積熔化后在溶于原油中，從而達到清蠟的目的。根據(jù)循環(huán)通道的不同，循環(huán)方式不同。熱流體循環(huán)清蠟時，應選擇比熱容大、溶蠟能力強、經(jīng)濟來源廣泛的介質，一般采用原油、地層水、活性水、清水及蒸汽等。雖然熱清洗采用加熱爐，進行定期清洗，受天氣和路況的限制比較大。但是在許多油田目前均使用該方法。（ 2）超聲波電熱清蠟技術目前油田采油中所用的超聲波技術主要利用超聲波的聲能擊碎原油和石蠟的高分子鏈，使之變?yōu)榈头肿渔?，提高了流動性，使其利用的電能一部分轉為聲能而另一部分轉為熱能，而轉為熱能的部分則白白的浪費了。超聲波電熱清蠟裝置即利用了電能轉換成的聲能，又利用電能

9、在傳輸過程中釋放的熱能，對能源進行了綜合利用。其主要機理是將發(fā)射機產(chǎn)生的大功率電振蕩傳輸給布設在結蠟區(qū)的換能器，將電振蕩轉換成強聲壓波，作用于結蠟區(qū)，在輔以電熱元件釋放的熱能，使油井結蠟有序的脫落，達到解蠟的目的。超聲波復合防蠟技術（超聲波+固體防蠟劑）。超聲波復合防蠟技術是把固體清蠟劑防蠟與超聲波防蠟有機結合起來的一種防蠟新工藝。超聲波振蕩起是依據(jù)超聲波原理設計的。當油流通過時，振蕩產(chǎn)生的聲化作用可有效地破壞和延緩石蠟結晶，還可降低原油的表面張力，同時它還起到充分攪拌混合固體防蠟劑與原油的作用，提高了防蠟效果。目前，在超聲波清防蠟解堵技術的基礎上結合偏心井口的實際情況所設計出的一種新型清蠟技

10、術環(huán)空超聲波技術。在偏心并實際清蠟時，首先利用車骰發(fā)電機組向發(fā)射機提供所需電能，然后將小直徑換能器用特種電纜與車載15 / 10超聲波發(fā)射機連接，并將換能器通過連接電纜從偏心井口的測試閥門工作孔下入有套環(huán)空850米，過理論結蠟點位置后開機，利用超聲波和電熱消除結在抽油桿、油管和套管壁上的積蠟，從而達到清蠟的目的。2.3微生物清蠟技術目前，解決井筒結蠟的主要措施是熱洗。但熱洗要動用大型車輛，操作不便，同時熱洗會造成油井怠產(chǎn)，對油層造成傷害。因此常規(guī)的井筒維護措施具有風險大、燃料消耗大和成本高等缺點。微生物防蠟技術則針對原油含蠟的特點以及結蠟機理，帥選合適的細菌組合注入井筒，利用微生物細菌及其代謝

11、產(chǎn)物的作用，阻止石蠟結晶，防止或緩解井筒結蠟，達到代替或逐漸替代傳統(tǒng)清防蠟措施的目的。微生物種類很多，有細菌、放射菌和真菌（包括霉菌和酵母菌）幾大類。用于清防蠟的微生物主要有兩種：一種是食醋性微生物，一種是食膠質和瀝青質微生物。微生物單井清防蠟機理涉及復雜的生物。生化、物理和化學過程。通過試驗研究后認為，微生物清防蠟機理主要表現(xiàn)在以下方面。（ 1）細菌對石蠟的降解作用：研究表明，原油所含輕質組分越多，則蠟的初始結晶溫度就越低，保持溶解狀態(tài)的蠟就越多，即蠟不易析出。所以篩選合適的菌種，在一定程度上降解原油中的某些重質組分，相應地增加其中的輕質組分就可以起到防止油井結蠟的作用，特殊的細菌能降解正構

12、烷烴的碳鏈；細菌的代謝產(chǎn)物能改善原油流動性，降低析拉點，從而達到抑制井筒結蠟的目的。（ 2）細菌體及其代謝產(chǎn)物的表面效應：蠟晶的析出，必須首先有蠟核（固相），即蠟晶析出的附著體，但如果在蠟結晶析出之前搶先在蠟核表面的附著，從而達到阻止結蠟的目的。微生物防蠟技術的另一個防蠟機理就是，利用細菌體的表面效應及其代謝產(chǎn)物中的活性物質，在井筒內，首先吸附于井筒環(huán)境內各固體表面，從而減緩流體中的蠟在這些固體表面的附著，起到防止或減緩井筒結蠟的作用。通過電鏡拍攝細菌在巖石（微珠）中生長的情況，發(fā)現(xiàn)巖石顆粒表面細菌大量的生長繁殖，形成了高濃度的生物膜。（ 3）細菌對蠟的分散作用：將高溫狀態(tài)下同等數(shù)量的溶解石蠟

13、分別加入清水與防蠟菌液中發(fā)現(xiàn)在同等時間內清水中石蠟析出并凝聚，而在菌液中石蠟仍保持溶解狀態(tài)。微生物清防蠟技術現(xiàn)場實踐表明：（1）具有增油效果。一是微生物處理后油井產(chǎn)液量上升，帶動產(chǎn)油量上升，分析認為可能是微生物改善了原油的流動性，降低了原油流動阻力，從而提高泵效，使油井產(chǎn)液量上升。二是含水下降，分析認為可能是微生物注入地層后降低了原油與巖石的界面張力，使原油更容易從巖石表面剝離，井下流體中攜帶的原油增加，表現(xiàn)為處理后產(chǎn)油量增加，含水下降。（ 2）維護效果由于細菌體及其代謝產(chǎn)物其有改善井筒原油流動狀況的優(yōu)點，所以微生物單井處理技術有明顯的油井維護作用（特別是對含蠟油井），其維護效果主要表現(xiàn)為延長

14、熱洗周期甚至代謝熱洗和減少化學藥劑的用量。該技術克服了傳統(tǒng)清防蠟技術的特點，不會造成地層傷害、不會產(chǎn)生油井怠產(chǎn)，不會污染環(huán)境，可廣泛應用于各種含蠟油井，是一種新型的、經(jīng)濟的、且環(huán)保的油井清防蠟技術，因此越來越受到石油業(yè)的重視。微生物清防蠟技術是近年來發(fā)展起來的一種技術，在我國已逐步推廣應用，目前已在大慶、中原和冀東等油田開展了試驗和現(xiàn)場應用。第三章油井和管道中的防蠟技術根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和對防蠟機理的認識，為了防止油井結蠟，可從三方面著手：（ 1）阻止蠟晶的析出。在原油開采過程中，采用某些措施（如提高井筒流體的溫度等），使得油流溫度高于蠟初始結晶溫度，從而阻止蠟晶的析出。（ 2）抑制石蠟結晶的聚

15、集。在石蠟結晶已析出的情況下，控制蠟晶長大和聚集的過程。如在含蠟原油中加入防止和減少石蠟聚集的某些化學劑抑制劑，使蠟晶處于分散狀態(tài)而不會大量聚集。（ 3）創(chuàng)造不利于石蠟沉積的條件。如提高沉積表面光滑度、改善表面潤濕性、提高井筒流體速度等。3.1油管內襯和涂層防蠟油管內襯和涂層防蠟作用是通過光滑表面和改善管壁表面的潤濕性（即提高管壁的光滑度），使蠟不易在表面上沉積，以達到防蠟的目的。應用較多的是玻璃襯里油管及涂料油管。玻璃襯里油管是在油管內壁襯上由SiO2、CaO、Al2O3、B2O3等氧化物燒結而成的玻璃襯里，其玻璃表面十分光滑且具有親水憎油特性，同時也具有良好的散熱性能。其防蠟原理：用玻璃襯

16、里油管表面具有親水憎油特性，在原有含水的情況下，管壁被水優(yōu)先濕潤形成一層水膜，使蠟不易附著而被液流攜走。同時，玻璃表面十分光滑，不利于蠟的沉積，玻璃具有良好的絕熱性能，使井筒流體的溫度不易散失，從而減少了蠟的析出。涂料油管就是在油管內壁涂一層固化后表面光滑且親水性強的物質，目前這類物質的研究很廣，最早使用的是普通清漆，但由于在管壁上粘合強度低、效果差而被淘汰。目前應用較多的是聚氨基甲酸酯類的涂料。涂料油管有一定的防蠟效果，特別是對新油管的防蠟效果比較好，使用一段時間后，由于表面蠟清除不干凈，以及石油中活性物質可使管壁表面性質發(fā)生變化而失去防蠟效果。為了防止玻璃襯里被腐蝕，玻璃襯里不應與含有氫氟

17、酸的介質接觸。涂料油管不耐磨，不適用于有桿泵和螺桿泵抽油井，所以主要用于自噴井和連續(xù)氣舉井防蠟。為了防止玻璃襯里被腐蝕，玻璃襯里不應與含有氫氟酸的介質接觸。3.2強磁清防蠟技術當油流從防蠟器中通過時，油流受到磁場中洛侖磁力的作用，離子及極化電荷被中和，并且有效削弱了蠟晶之間、蠟晶與膠體分子之間的粘附力，破壞了晶體原有的定向生長速度，使結晶變形，以細小的顆粒狀懸浮在原油中。大大削弱了在油管壁及抽油桿上析結出片狀硬蠟以及在原油中形成片狀石蠟的網(wǎng)狀結合物的可能性，同時降低了原油阻力，改善了原油流動性，從而達到防止和大大減輕結蠟的目的。當這種含有蠟晶的原油經(jīng)磁場處理時，受到洛侖磁力的作用，破壞了晶體原

18、有的定向生長速度，使結晶變形，以細小的顆粒狀懸浮在原油中。影響磁防蠟器應用效果的主要因素有井內流體速度、磁場強度、原油及蠟的性質、油井的含水量和環(huán)境溫度等。高磁場多功能防蠟器安裝在結蠟點下50100米處，使含蠟的原油依靠強磁（中心達6300高斯）發(fā)生物理性質變化，使結蠟溫度降低、增大原油流動性，達到防結蠟的目的。據(jù)資料介紹：2000年以來，文留油田共有45口抽油井使用了強磁防蠟器，安裝強磁防蠟器前平均熱洗周期為24天，安裝后平均熱洗周期達到了206天，其中最長有效期已超過730天，有效期超過360天的有6口井。我國各油田在油井中安裝防蠟器都收到了良好的防蠟效果。值得注意的是防蠟效果你，磁場強度

19、并非越高越好，而是存在一個最佳值，實際應用時根據(jù)具體條件通過試驗確定最佳磁場強度。磁防蠟技術雖已在油田中應用，但其作用機理及如何提高其效果仍需進一步研究。3.3化學防蠟技術用化學劑對油井進行清防蠟是目前油田應用較廣的一種技術，這是因為通常將藥劑從油套管環(huán)形空間注入，不影響油井正常生產(chǎn)和其他作業(yè)，除可以收到清防蠟效果外，使用某些藥劑還可以收到降凝、降粘和解蠟的效果。目前，化學清防蠟劑有油溶性、水溶性和乳液型三種液體清防蠟劑，此外還有固體防蠟劑1 化學清蠟方法化學清蠟方法有兩種，一種是無機放熱型，即利用某些化學藥劑（如鋁加氫氧化鈉）進行反應產(chǎn)生熱量，清除油井中蠟的沉積物。這種方法成本高，效果差，一

20、般很少使用；另一種是有機溶劑法，即使用對蠟具有強溶解性能的溶劑來清除積蠟。概括起來可以分為油基清蠟劑和水基清蠟劑。針對以上兩種清蠟劑的不足，近年來發(fā)展起了乳液型清蠟劑。乳液型清蠟劑是采用乳化技術，將清蠟效率高的溶劑作為內相，將表面活性劑水溶液作為外相配制的水包油型乳狀液。該類清蠟劑既保留了有機溶劑及表面活性劑的清蠟效果，又克服了此類溶劑對人體的毒害。中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司曾采用SAEg面活性劑與甲苯和水配成乳液型清蠟劑，具有清防蠟雙重效果。從安全、無毒、高級和清防結合的特點來看，乳液型清蠟劑具有良好分發(fā)展前景。2 高分子型防蠟劑高分子型防蠟劑大多數(shù)為油溶性的，是含有石蠟連節(jié)的支鏈型高分子集合物。使用時，將其注入井內與原油混合，在濃度很低的情況下就能形成遍布整個原油組織中的網(wǎng)狀結構。若原油溫度降低，石蠟在網(wǎng)上析出其結構為空曠、疏松、呈樹枝狀或聚結樹枝的結晶堆砌體，阻止蠟的沉積。從廣義角度講這類防蠟劑可以稱為蠟晶改進劑，它是通過改變蠟晶的析出大小，來阻止蠟的沉積。同時還可降低原油傾點和粘度，改善原油泵送性能。聚合物型防蠟劑主要有兩大類，即均聚物和共聚物，且多為自由基聚合，其結構多含有長鏈烴和極性基團并且均引入可含有16個碳以上的柔性碳鏈，通過酯基、胺基等與主鏈相連。這些聚合物在原油中與蠟晶分子發(fā)生共晶或吸附，抑制或分散蠟晶。由于原油的多組分復雜性，各個