概念
對於溶有一定量石蠟的原油,在開採過程中,隨著溫度、壓力的降低和氣體的析出,溶解的石蠟便以結晶體析出、長大聚集並沉積在管壁等固相表面上,即出現所謂的結蠟現象。結蠟會堵塞產油層,降低油井產量,同時也會增大油井負荷,造成生產事故。
油井結蠟的機理
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)蠟晶體沉積於管道和設備等的表面上。
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於原油的含蠟量的某一值時,原油中溶解的蠟便開始析出,蠟開析始出時的溫度稱為蠟的初始結晶溫度或析蠟點。
(1)原油的性質及含蠟量
(2)原油中的膠質、瀝青質
(3)壓力和溶解氣油比
(4)原油中的水和機械雜質
(5)液流速度、管壁粗糙度及表面性質
(1)阻止蠟晶的析出
(2)抑制石蠟結晶的聚集
(3)創造不利於石蠟沉積的條件
(1)油管內村和塗層防蠟
(2)化學防蠟(通過向井筒中加入液體化學防蠟劑或在抽油泵下的油管中連線上裝有固體化學防蠟劑的短節,防蠟劑在井筒流體中溶解混合後達到防蠟的目的)
(3)磁防蠟技術
(4)微生物防蠟技術
油井清蠟方法
在含蠟原油的開採過程中,雖然可採用各類防蠟方法,但油井仍不可避免地存在有蠟沉積的問題。蠟沉積嚴重地影響著油井正常生產,所以必須採取措施將其清除。
目前油井常用的清蠟方法有機械清蠟、熱力清蠟、化學清蠟等。
機械清蠟是指用專門的工具刮除油管壁上的蠟,並靠液流將蠟帶至地面的清蠟方法。在自噴井中採用的清蠟工具主要有刮蠟片和清蠟鑽頭等。一般情況下採用刮蠟片;但如果結蠟很嚴重,則用清蠟鑽頭;結蠟雖很嚴重,但尚未堵死時用麻花鑽頭;如已堵死或蠟質堅硬,則用矛刺鑽頭。
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清除油管和抽油桿上的蠟。油田常用尼龍刮蠟器,在抽油桿相距一定距離(一般為衝程長度的l/2)兩端固定限位器,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,上半衝程刮蠟器在抽油桿上滑動,刮掉抽油桿上的蠟,下半衝程由於限位器的作用,抽油桿帶動刮蠟器刮掉油管上的蠟。同時油流通過尼龍刮蠟器的傾斜開口和齒槽,推動刮蠟器緩慢鏇轉,提高刮蠟效果,由於通過刮蠟器的油流速度加快,使刮下來的蠟易被油流帶走,而不會造成淤積堵塞。
機械清蠟不能清除抽油桿接頭和限位器上的蠟,所以還要定期輔以其它清蠟措施,如熱載體循環洗井或化學清蠟等措施。
熱力清蠟是利用熱力學能提高液流和沉積表面的溫度,熔化沉積於井筒中的蠟。根據提高溫度的方式不同可分為熱流體循環清蠟、電熱清蠟和熱化學清蠟三種方法。
1.熱流體循環清蠟法(熱洗清蠟)
熱流體循環清蠟法的熱載體是在地面加熱後的流體物質,如水或油等,通過熱流體在井筒中的循環傳熱給井筒流體,提高井筒流體的溫度,使得蠟沉積熔化後再溶於原油中,從而達到清蠟的目的。根據循環通道的不同,可分為開式熱流體循環、閉式熱流體循環、空心抽油桿開式熱流體循環和空心抽油桿閉式熱流體循環四種方式。 熱流體循環清蠟時,應選擇比熱容大、溶蠟能力強、經濟、來源廣泛的介質,一般採用原油、地層水、活性水、清水及蒸汽等。為了保證清蠟效果,介質必須具備足夠高的溫度。在清蠟過程中,介質的溫度應逐步提高,開始時溫度不宜太高,以免油管上部熔化的蠟塊流到下部,堵塞介質循環通道而造成失敗。另外,還應防止介質漏入油層造成堵塞。
2.電熱清蠟法
電熱清蠟法是把熱電纜隨油管下入井筒中或採用電加熱抽油桿,接通電源後,電纜或電熱桿放出熱量,提高液流和井筒設備的溫度,熔化沉積的石蠟,從而達到清防蠟的作用。
3.熱化學清蠟法
為清除井底或井筒附近油層內部沉積的蠟,曾採用了熱化學清蠟方法,它是利用化學反應產生的熱力學能來清除蠟堵,例如氫氧化鈉、鋁、鎂與鹽酸作用產生大量的熱力學能。
NaOH+HCl=NaCI+H2O+99.5 kJ
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑+462.8 kJ
2Al+6HCI=2A1C13+3H2↑+529.2 kJ
一般認為,用這種方法產生熱力學能來清蠟很不經濟,且效率不高少單獨使用。它常與酸處理聯合使用,以作為油井的一種增產措施。
用化學劑對油井進行清蠟和防蠟是目前油田套用比較廣泛的方法。通常將藥劑從油套環空中加入或通過空心抽油桿加入,不會影響油井的正常生產和其他作業。除可以起到清防蠟效果外,使用某些藥劑還可以起到降凝、降粘、解堵的作用。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,此外還有一種固體清、防蠟劑。
1.油溶性清防、蠟劑
現場使用的油溶性清防蠟劑主要由有機溶劑、表面活性劑和少量的聚合物組成,例如大慶Ⅱ號清、防蠟劑的配方為鉑重整塔底油30%、120號直餾溶劑汽油66.6%、聚丙烯醯胺0.3%,T—滲透劑0.3%。其中有機溶劑主要是將沉積在管壁的蠟溶解,加入表面活性劑的目的是幫助有機溶劑沿沉積蠟中縫隙和蠟與油井管壁的縫隙滲入以增加接觸面,提高溶解速度,並促進沉積在管壁表面上的蠟從管壁表面脫落,使之隨油流帶出油井。部分油溶性清、防蠟劑加入高分子聚合物的目的是希望聚合物與原油中首先析出的蠟晶形成共晶體。由於所加入的聚合物具有特殊結構,分子中具有親油基團,同時也具有親水集團,親油基團與蠟共晶,而親水集團則伸展在外,阻礙其後析出的蠟與之結合成三維網目結構,從而達到降粘、降凝的目的,也阻礙蠟的沉積並起到一定的防蠟效果。
優點:對原油適應性較強;溶蠟速度快,加入油井後見效快;產品凝固點低,便於冬季使用。
缺點:相對密度小,對高含水油井不太合適;燃點低,易著火,使用時必須嚴格防火措施;一般這類清、防蠟劑具有毒性。
2.水溶性清防、蠟劑
水溶性清、防蠟劑是由水和許多表面活性劑組成。現場使用的配方是根據各油田原油性質、結蠟條件不同而篩選出來的。但都是在水中加入表面活性劑、互溶劑和鹼性物質。常用的有磺酸鹽型、季胺鹽型、平平加型、聚醚型四大類。這種清、防蠟劑可以起到綜合效應。其中,表面活性劑起潤濕反轉作用,使結蠟表面反轉為親水性表面,表面活性劑被吸附在油管表面有利於石蠟從表面脫落,不利於蠟在表面沉積,從而起到防蠟效果。表面活性劑的滲透性能和分散性能幫助清、防蠟劑滲入鬆散結構的蠟晶縫隙里,使蠟分子之間的結合力減弱,從而導致蠟晶拆散而分散於油流中。互溶劑的作用是提高油(蠟)與水的互溶程度,可用的互溶劑有醇和醇醚,如甲醇、乙醇、異丙醇、異丁醇、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚等。鹼性物質可與蠟中瀝青質等有機極性物質反應,產生易分散於水的產物,因而可用水基清、防蠟劑將它從結蠟表面清除,常用的鹼性物質有氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼類和矽酸鈉、磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉等一類溶於水,使水呈鹼性的鹽類。
優點:相對密度較大,對高含水油井套用效果較好;使用安全,無著火危險。
缺點:見效較慢;凝固點可達-20~―30℃,但在嚴寒的冬天使用,其流動性仍然有待改進。
3.乳液型清、防蠟劑
乳液型清、防蠟劑是將油溶性清、防蠟劑加入水和乳化劑及穩定劑後形成水包油乳狀液。這種乳狀液加入油井後,在井底溫度下進行破乳而釋放出對蠟具有良好溶解性能的有機溶劑和油溶性表面活性劑,從而起到清蠟和防蠟的雙重效果。乳液型清、防蠟劑具有油溶性清、防蠟劑溶蠟速度快的優點。由於這種清、防蠟劑其乳液的外相是水,因而又像水溶性清、防蠟劑那樣使用安全,不易著火且相對密度較大。它的缺點是在製備和貯存時必須穩定,而到達井底後必須立即破乳,這就對乳化劑的選擇和對井底破乳溫度有著嚴格的要求,製備和使用時間條件要求較高,否則就起不到清防蠟作用。
製備乳液型清、防蠟劑常用的乳化劑為OP型表面活性劑,以及油酸、亞油酸和樹脂酸的複合酯與三乙醇胺的混合物。
4.固體防蠟劑
固體防蠟劑主要由高分子聚乙烯、穩定劑和EVA(乙烯-醋酸乙烯酯聚合物)組成,它可以製成粒狀,或混溶後在模具中壓成一定形狀(如蜂窩煤塊狀)的防蠟塊,將其置於油井一定的溫度區域或投入井底,在油井溫度下逐步溶解而釋放出藥劑並溶於油中。作為防蠟劑用的聚乙烯要求相對分子量為5000~30000,最好在20000左右,相對密度為0.86~0.94,熔點在102~107℃之間,且結晶比較少,或非結晶型為宜。防蠟劑中的EVA,由於具有與蠟結構相似的(CH2—CH2)n鏈節,又具有一定數量的極性基團,它溶於原油中。當冷卻時它與原油中的蠟產生共晶作用,然後通過伸展在外的極性基團抑制蠟晶的生長。而溶解在原油中的聚乙烯,當油溫降低時,它會首先析出,成為隨後析出的石蠟晶核,蠟的晶粒被吸附在聚乙烯的碳鏈上,由於空間障礙和欄隔作用也阻礙晶體的長大及聚集,並減少EVA與蠟晶體之間的粘結力,從而使油井的結蠟減少,達到防蠟的目的。
優點:作業一次防蠟周期較長(一般長達半年左右),成本較低;
缺點:它對油品的針對性較強,其配方必須根據油井情況和原油析蠟點具體篩選。
它是近年來發展的,在我國已逐步推廣套用的一種技術。用於清蠟的微生物主要有食蠟性微生物和食膠質和瀝青質性微生物。油井清蠟的微生物其形狀為長條螺鏇狀體長度為1~4μm,寬度為0.1~0.3μm。該類微生物能降低原油凝固點和含蠟量,以石蠟為食物。微生物注入油井後,它主動向石蠟方向游去,獵取食物,使蠟和瀝青降解,微生物中的硫酸鹽還原菌的增殖,產生表面活性劑,降低油水界面張力,同時微生物中的產氣菌還可以生成溶於油的氣體,如CO2、N2、H2,使原油膨脹降粘,由此達到清蠟的目的。