1、中國石油大學勝利學院?？飘厴I設計(論文) 油井清蠟防蠟工藝的研究及應用 學生姓名: 牟愛婷 系 別: 石油工程系油氣開采專業 專業年級: 2008級油采3班 指導教師: 李海燕 2011年5月18日 摘 要在油田開采過程中,清蠟防蠟工作是油井生產管理的重要環節,由于原油物性及油田開采狀況的復雜性,不同區塊、不同油井開采的不同時期,油井的結蠟狀況也各不相同,油井的清蠟工藝同樣需要隨時調整。目前,世界上主要的清蠟防蠟工藝有機械清蠟法、熱洗清蠟法、磁防蠟、微生物清蠟等技術。通過對油井結蠟機理、影響因,素、危害以及目前采用的各類油井結蠟治理手段的闡述,研究適合各油井清防蠟方法對今后工作和學習具有深遠意

2、義關鍵詞:結蠟 清蠟 防蠟 ABSTRACTIn the course of oil field exploitation, money paraffin wax oil production is an important part of management, because of the physical properties of crude oil and oil field exploration of the complexity of the situation, different blocks, different in different periods of extra

3、ction wells, wells wax also varies, wax oil clearance process also requires the adjustment at any time. At present, the worlds leading anti-paraffin wax paraffin mechanical process ,thermal wax method to clear magnetic anti-wax ,micro wax removal techniques.Wax oil wells through the mechanism of imp

4、act , prime, as well as being used against various types of oil wax means of governance that suit the various methods of oil Wax and learning for future work of far-reaching significanceKeywords paraffindeposit Wax Removal wax目 錄論文摘要1前言1第一章油井結蠟的機理 11.1石蠟的性質11.2影響油井結蠟的因素21.3油井結蠟造成的危害4第二章國內各種清蠟防蠟的方式及使

5、用介紹52.1機械清蠟技術52.2熱力清蠟技術172.3強磁防蠟技術102.4油管內襯和涂層防蠟技術122.5化學清蠟防蠟技術132.6微生物清蠟技術16第三章油井化學清防蠟不熱洗技術在頭臺油田的應用183.1大慶外圍低含水原油化學清防蠟方案的確定18 3.1.1新型油溶性清防蠟劑的研究183.1.2 CY-清防蠟劑的防蠟性能193.1.3 CY-IV清防蠟劑的降粘性能20 3.1.4清防蠟劑的降凝性能21 3.2礦場試驗213.3結束語23結論25致謝27參考文獻29前 言在油藏條件下蠟一般處于溶解狀態。在開采過程中,隨著溫度、壓力的降低和氣體的析出,溶解在原油中的石蠟便結晶析出、長大、聚集

6、和沉積在管壁等固體表面上,即出現所謂的結蠟現象。對于高含蠟、高凝油油田,油井結蠟是影響油井生產和油井開發的主要因素之一,嚴重的結蠟可能使許多油田難以開發,油井難以正常生產。油井結蠟對油田的危害主要表現在:1對自噴井減少了流通截面,造成了油流附加阻力,降低了油田產量甚至聽噴2.對有桿泵井增大了抽油機負荷,導致抽油桿斷脫,使深井泵工作條件惡化,泵校降低,且檢泵、清蠟作業量增大。3對電潛泵井,使泵排量效率降低,耗電增加。4.在原油集輸時,由于原油流性質變差,流動阻力增大,需要提高泵的輸送能力,有時會無法輸送。本文將從油井結蠟的原因,影響因素,危害等方面著手,結合國內外資料介紹清蠟防蠟的一些主要技術方

7、法,并結合現場應用實例進行分析。第一章油井結蠟的機理1.石蠟的性質石油是多種碳氫化合物的混合物,嚴格地說,原油中的蠟是指那些碳數比較高的正構烷烴。通常把C16一C63的正構烷烴稱為蠟,純凈的石蠟是略帶透明的白色無味晶體。蠟在地層條件下通常是以液體狀態存在,然而在開采的過程中,隨著溫度和壓力的下降以及輕質組分布斷逸出,原油溶蠟能力降低,蠟開始結,析出,聚集,不斷地沉積、堵塞、直接影響生產。蠟可以分為兩種,一種是石蠟,常為板狀或鱗片狀或帶狀結晶,相對分子質量為300500,分子中C原子數是C16C35,屬于正構烷烴,熔點50 左右;另一種是微晶蠟,多呈細小的針狀結晶,相對分子質量為500700,分

8、子中的C原子數是C35C63,熔點是6090 。石蠟和微晶蠟的特征主要是碳數范圍、正構烷烴數量、異構烷烴數量、環烷烴數量不同,具體見下表: 項目 石蠟 微晶蠟 正構烷烴，% 8090 015 異構烷烴，% 215 1530 環烷烴，% 28 6575 熔點范圍，% 5065 6090 平均相對分子質量范圍 350430 500800 典型碳原子數范圍 1636 3060 結晶度范圍，% 8090 5065由上表可以看出,石蠟是以正構烷烴為主,而微晶蠟是以環烷烴為主。石蠟能夠形成大晶塊蠟,是造成蠟沉積而導致油井堵塞的主要原因。微晶蠟,由于其熔點高且蠟質為粘性,清蠟和防蠟都跟困難?，F場所遇到的蠟比

9、上述組成也復雜得多:油井中那些與高碳正構烷烴混在一起的既含有其它高碳烴類,又含有瀝青質、膠質、鹽垢、泥砂、鐵銹、淤泥和油水乳化液等的黑色半固態和固態物也稱為蠟。國內大部分原油中所含的蠟屬于石蠟,其正構烴碳原子數占總含蠟量的的比例各不相同,但呈正態分布,蠟的熔點較低,清、防蠟比較容易。而吐哈油田、鴨兒峽油田,含C跟熔點較高,給清蠟、防蠟工作帶來了一定的困難。特別是油田開發后期,由于采油地質,工藝條件的變化,導致油井的結蠟機理發生變化,結蠟范圍擴大,溶于原油中的可形成固相晶格的石蠟分子,是造成油井結蠟的惟一根源。2影響油井結蠟的主要因素通過對油井結蠟現象的觀察和結蠟過程的研究,影響結蠟的主要因素是

10、原油的組成(蠟、膠質和瀝青的含量)、油井的開采條件(溫度、壓力、氣油比和產量)、原油中的雜質(泥、砂和水等)、管壁的光滑程度及表面性質。其中原油組成是結蠟的內在因素,而溫度和壓力等則是外部條件。實際上,采油過程中結出的蠟并不是純凈的蠟,是原油中那些與高碳正構烷烴混在一起的,既含有其他高碳烴類,又含有瀝青質、膠質、無機垢、泥沙、鐵銹和油水乳化物等半固體和固態物質。21原油性質與含蠟量的影響原油中所含輕質餾分越多, 溶蠟能力越強,析蠟溫度越低,越不容易結蠟。當壓力下降至泡點壓力以下時, 天然氣分離出來,降低了原油的溶蠟能力,析蠟溫度上升,結蠟轉為嚴重。2.2 溫度的影響當溫度保持在析蠟溫度以上時,

11、蠟不會析出,就不會結蠟;而溫度降到析蠟溫度以下時,開始析出蠟結晶,溫度越低,析出的蠟越多。值得注意的是,析蠟溫度是隨開采過程中原油組分變化而變化的,應當根據預測的開發過程原油組成變化情況,用高壓物性模擬實驗測析蠟溫度變化。23原油中膠質和瀝青質的影響原油中都不同程度的含有膠質、瀝青質,他們會影響蠟的初始結晶溫度和蠟的析出過程及結在管壁上的的蠟性。為了便于研究膠質、瀝青質對石蠟的影響,試驗一般是在煤油石蠟體系中進行的。在煤油中加入石蠟和膠質的實驗表明,當加入8%的蠟時,隨著加入的膠質量由1%增加到2%,蠟的初始結晶溫度降低,由290.0K降至289.5K。隨著膠質含量增加,析蠟溫度降低。膠質本身

12、是活性物質,可以吸附在蠟晶表面,阻止蠟晶的長大。而瀝青是膠質的進一步聚合物,不溶于油,呈極細小顆粒分散于油中,對蠟晶起到良好的分散作用。但是,有膠質和瀝青存在時,沉積的蠟強度明顯增大,不易被油流沖走,又促進了結蠟。由此,膠質和瀝青對結蠟的影響,一方面減緩結蠟,另一方面蠟一旦沉積下來,其硬度就比較大。膠質含量對初始結晶溫度的影響含量初始結晶溫度（。C ） 石蠟 膠質 煤油 8 0 92 18.5 8 1 91 17.0 8 2 90 16.52.4在壓力和溶解氣的影響在才有過程中由于壓力不斷降低,氣體的脫出降低了油對蠟的溶解能力和油溫,有利于蠟的結晶析出和結蠟。在高于原油飽和壓力條件下,壓力降低

13、,原油不會脫氣,蠟的初始結晶溫度隨壓力的降低而降低;在低于飽和壓力條件下,壓力降低時原油中的氣體逸出與氣體膨脹都會使油溫降低,會降低對蠟的溶解能力,因而使初始結晶溫度升高。壓力越低,結晶溫度增加得越高。同時,氣體膨脹帶走了原油中一部分熱量,引起原油自身溫度降低,更促進結蠟。2.5原油中機械雜質和水的影響原油中的水和機械雜質對蠟的初始結晶溫度影響不大,但油中的的細小沙粒及機械雜質將成為石蠟析出的結晶核心,促使石蠟結晶的析出,加速結蠟。但隨著含水上升,同樣的流量,井下溫度會上升,析蠟點上移,結蠟現象會減輕。油中含水率增高后對結蠟過程產生兩方面的影響:一是水的比熱容大于油,故含水后可減少液流溫度的降

14、低;二是含水率增加后易在管壁形成連續水膜,不利于蠟沉積到管壁上。因此油井隨著含水量增加,結蠟程度有所減輕。礦場實踐和實驗表明,當含水增高到70%以上時,會產生水包油乳化物,蠟被水包住,會阻止蠟晶的聚積,在油管壁上形成水膜,使析出的蠟不容易沉積,減緩結蠟。2.6流速和管壁特性的影響實驗表明,流速與結蠟量呈正態分布。開始隨流速升高,單位時間通過的結蠟量也增加,析出的蠟也多,所以結蠟嚴重。當流速達到臨界流速以后,由于沖刷作用增強,析出來的蠟不易沉積在管壁上,從而減緩了結蠟速度,結蠟量反而下降。由圖中可以看出管材不同,結蠟量也不同,管壁越光滑越不容易結蠟,表面親水比親油更不容易結蠟。2.7舉升方式的影

15、響舉升方式對油井結蠟有一定影響。潛油電泵和水力活塞泵采油因流動溫度高不易結蠟,也便于防蠟。自噴井和氣舉井在井口和井下節流時會引起氣體膨脹吸熱,溫度下降造成結蠟。2.8其他影響因素生產實踐表明,高產井結蠟比低產井輕。高產井的壓力高脫氣少,初始結晶溫度較低;同時液流速度大,對管壁的沖刷作用強,油流在井筒中的熱損失小,保持較高的溫度,蠟不易析出;管壁表面粗糙、親油性強易結蠟。3. 油井結蠟造成的危害油井結蠟不僅造成大量的日常管理清蠟與修井清蠟工作量,還會對油井生產，甚至油田開發帶來嚴重的影響。油井結蠟主要危害有以下幾個方面:1) 油井結蠟給日常管理帶來大量工作,增加了井下事故發生的可能性和幾率。2)

16、 油井結蠟后,使出油通道內徑逐漸縮小,增大油流阻力,降低了油井產能,甚至將油流通道堵死,造成油井減產或者停產。3） 機械采油井結蠟后,不僅使油流通道減小,還會使抽油泵失靈,降低抽油效率,嚴重者會將精神泵卡死,損壞設備等。4） 油層結蠟,將堵塞油層孔隙,阻礙油流如井內,會縮小出油面積,減少油流來源,從而油井減產。5） 油井結蠟嚴重時,給清蠟帶來困難,并容易發生頂鉆、卡鉆及井下落物事故。同時有些油井用一般清蠟方法難以處理,必須采取作業清蠟,給修井帶來大量工作。6） 油井結蠟嚴重時,增加了日常清蠟或作業清蠟時間,影響了油井出油時間,降低了油井開采效率,影響油井產量和油田開發速度。7） 油井結蠟給油氣

17、集輸,油田開發帶來許多困難,需要采取許多工藝技術措施,使開發成本增高,影響油田開發的經濟效果。第二章國內各種清蠟防蠟的方式及使用1.機械清蠟技術機械清蠟就是用專門的刮蠟工具(清蠟工具),把附著于油井中的蠟刮掉,這是一種既簡單又直觀的清蠟方法,在自噴井和抽油井中廣泛應用。機械清蠟機械處理法的原理是采用清管器。刮蠟刀或刮蠟鉤將管壁上沉積的石蠟刮掉,這種方法已應用了幾十年,在有些油田中的使用效果相當不錯,但露出其清蠟量不夠的缺點。機械清蠟示意圖1絞車;2鋼絲;3防噴管;4采油樹;5套管;6油管;7刮蠟片自噴井的機械清蠟如圖所示,是利用地面絞車,繞在絞車滾筒上的鋼絲穿過滑輪后將清蠟工具經防噴管下到油管

18、中,并在油管結蠟部位上下活動,將蠟沉積刮除,由液流攜帶出井筒。也曾使用過依靠上升液推動和自重下行的自動清蠟器。(1)自噴井機械清蠟的設備,包括機械刮蠟設備和機械清蠟設備主要設備為絞車、鋼絲、扒桿、滑輪、防噴盒、防噴管、鋼絲封井器、刮蠟片和鉛錘。刮蠟片依靠鉛錘的重力作用向下運動刮蠟,上提時靠絞車拉動鋼絲經過滑輪拉刮蠟片上行,如此反復定期刮蠟,并依靠液流將刮下的蠟帶到地面,達到清除油管積蠟的目的。鉛錘質量礦場常用下列經驗公式計算:W = (68)pt式中:W鉛錘質量,kg。如果計算結果小于9kg，則選用9kg的鉛錘。Pt油管壓力,MPa。采用刮蠟片清蠟時要掌握結蠟周期,使油井結蠟能及時清除,不允許

19、結蠟過厚,造成刮蠟片遇阻下不去,而且結蠟過多也容易發生頂鉆事故,要保證壓力、產量絕對不受影響,否則必然是結蠟過多,影響刮蠟作業。當油井結蠟相當嚴重時,下刮蠟片已經有困難,則應改用鉆頭清蠟的辦法清除油井積蠟,使油管內通徑,達到刮蠟片能順利地起下時則可改回刮蠟片清蠟。鉆頭清蠟的設備與刮蠟片清蠟設各類似,其不同點是將絞車換為通井機,鋼絲換為鋼絲繩,扒桿換為清蠟井架,防噴管改為10m以上的防噴管,鋼絲封井器換為清蠟閘門,鉛錘換為直徑3244mm的加重鉆桿,下接清蠟鉆頭。通常油井尚未堵死時用麻花鉆頭,它既能刮蠟又能將部分蠟帶出地面。但是,結蠟非常嚴重時麻花鉆頭下不去,這時就要使用矛刺鉆頭,將蠟打碎,然后

20、用刮蠟鉆頭將蠟帶出地面。常用的刮蠟片技術規范 曲管公稱尺寸，mm(in) 刮蠟片外徑，mm 備注 60.3 (23/8) 47.548.5 用-48.3mm油管加工 73.0 (27/8) 58.060.0 用-60.3mm油管加工(2)自噴井機械清蠟方法是最早使用的一種清蠟方法。它是以機械刮削方式清除油管內沉積的蠟,合理地清蠟制度必須根據每口油井的具體情況來制定。首先要掌握清蠟周期,使油并結蠟能及時刮除,保證壓力、產量不受影響。清蠟深度一般要超過結蠟最深點或析蠟點以下50m。常用的清蠟鉆頭技術規范鉆 頭 型 號油管內使用直徑 mm (in) 長度 mm 接頭螺紋（方）73（27/8）60 (

21、23/8)直徑 mm螺距 mm單麻花鉆頭 59 47 8001500 33 4雙麻花鉆頭 59 47 10002000 33 4矛刺鉆頭 44.5 44.5 1000 33 4刮蠟鉆頭 59 47 8001500 33 4(3)有桿泵抽油井機械清蠟,它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。目前油田通用的是尼龍刮蠟器。尼龍刮蠟器表面親水不易結蠟,摩擦系數小,強度高,耐沖擊、耐磨、耐腐蝕,一般是鑄塑成型,不須機械加工,制造方便,其高度多為65mm。值得注意的是,螺旋要有一定的夾角以保證油流沖擊螺旋面時可產生足夠的旋轉力,使尼龍刮蠟器在上下運動時同時產生旋轉運動。尼龍刮蠟器成圓柱體

22、狀,外圍有若干螺旋斜槽,斜槽的上下端必須重疊,以保證油管內30° 都能刮上蠟,斜槽作為油流通道,其流通面積應大于12.17crn2,為44mm抽油泵游動閥座孔面積的3.2倍以上。尼龍刮蠟器內徑大于抽油桿外徑1mm,外徑比油管內徑小4mm。在抽油過程中,做往復運動的抽油桿帶動刮蠟器做上下移動和轉動,從而不斷地清除抽油桿和油管上的結蠟。刮蠟器的行程取決于固定在抽油桿上的限位器的間隔距離,限位器的距離要稍小于1/2沖程長度(要考慮抽油工作制度中最小沖程)。尼龍刮蠟器要在整個結蠟段上安裝,但是應當看到它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他的清蠟方式,如熱載體循環洗井、化學清

23、蠟等措施。2.熱力清蠟技術熱力清蠟是利用熱能提高抽油桿、油管和液流的溫度,當溫度超過析蠟溫度時,則起防止結蠟的作用,當溫度超過蠟的熔點時,則起清蠟作用。一般常用的方法有熱載體循環洗井、電熱自控電纜加熱、電熱抽油桿加熱、熱化學清蠟等4種方法。2.1熱載體循環清蠟法(熱洗清蠟)一般采用熱容量大,對油井不會傷害的,經濟性好而且比較容易得到的載體,如熱油、熱水等。用這種方法將熱能帶入井筒中,提高井筒溫度,超過蠟的熔點使蠟熔化達到清臘的目的。一般有兩種循環方法,一種是油套環形空間注入熱載體,反循環洗井,邊抽邊洗,熱載體連同產出的井液通過抽油泵一起從油管排出。另一種方法是空心抽油桿熱洗清蠟,它是將空心抽油

24、桿下至結蠟深度以下50m,下接實心抽油桿,熱載體從空心抽油桿注入,經空心抽油桿底部的洗井閥,正循環,從抽油桿和油管環形空間返出。這兩種方法各有優缺點。第一種方法,洗井能經過泵清除泵內的蠟和雜物,其缺點是熱效率低,用的洗井液多,而且洗井液經過深井泵抽出影響時率,對敏感性油層還可能造成傷害。后一種方法熱效率高,用的洗井液少,而且洗井液不通過深井泵抽出,不影響時率,由于洗井液不與油層接觸,所以不存在傷害問題。但是,這種方法還不夠成熟,主要是洗井閥故障較多,所以不能解決深井泵的故障問題。根據礦場實踐可采用以下經驗公式進行抽油井熱洗設計:CQ T/W=K式中 C-熱載體質量熱容, J (kg·

25、 )Q-熱載體總用量,kgT-進出口溫差, ,(一般取硐50 )W-結蠟量,kgK-經驗常數,空心抽油桿洗井取26151,油套環形空間洗井取34868.礦場一般在壓力條件允許下盡可能提高排量,但是在剛開始洗井時,溫度和排量都不宜太高,防止大塊蠟剝落,造成抽油系統被卡事故,所以,一般要待循環正常后方能提高溫度和排量。2.2井下自控熱電纜清防蠟井下自控電纜的工作原理是內部有兩根相距約10mm平行導線,兩導線間有一半導電的塑料層,是發熱元件。電流由一根導線流經半導電塑料至另一根導線,半導電塑料因而發熱。由于該半導電塑料有熱脹冷縮的特性從而改變其電阻,造成隨溫度不同半導電塑料通過的電流大小就會隨著溫度

26、而變化,導致自動控制發熱量。自控電熱電纜的特性決定了它可以控制溫度,保持井筒內恒溫。當溫度達到析蠟溫度以上時,則起防蠟的作用,但要連續供電保持溫度。作為清蠟措施,可按清蠟周期供電加熱至井筒溫度超過溶蠟溫度。因此可根據此原則選擇自控電纜規范,根據井筒內原始溫度剖面確定結蠟深度,一般要大于析蠟溫度35 ,據此初定伴熱電纜長度。由于井下自控電熱電纜的發熱元件只有20QTv (600v,AC級)型自控伴熱電纜相同的一種,因此,若計算所選的電纜總放熱量小于所需熱能時,需加長電熱電纜長度,以達到熱量平衡。2.3電熱抽油桿清防蠟它由變扣接頭、終端器、空心抽油桿、整體電纜、傳感器、空心光桿、懸掛器等零部件組成

27、電熱抽油桿,它與防噴盒、二次電纜、電控柜等部件組成電加熱抽油桿裝置。三相交流電經過控制柜的調節,變成單相交流電,與抽油桿內的電纜相連,通過空心抽油桿底部的終端器構成回路,在電纜線和桿體上形成集膚效應(空心抽油桿外經電壓為零),使空心抽油桿發熱,提高井下溫度,達到清防蠟的目的。也有的是利用在空心抽油桿內下入三相發熱電纜發熱,達到清防蠟的目的,其優點是電網三相平衡。電熱抽油桿控制柜分為50kW和75kW兩種。電纜截面積為25mm2,額定電壓380V,額定電流125A?？砂闯橛蜅U設計方法來選擇空心抽油桿。國內外實心抽油桿為了克服螺紋部分應力集中都采取了加大螺紋承載面積的辦法,一般公螺紋承載面積加大了

28、1.381.67倍,母螺紋承載面積加大了2.493.41倍。螺紋部分明顯偏弱,強度設計不合理,實際上是與實心抽油桿等強度的空心抽油桿質量偏重,既浪費了鋼材又增加了動載荷和慣性載荷。而且空心抽油桿系列內徑不統一,抽油桿本體截面積與實心桿不等效,給抽油桿柱設計帶來一系列困難。因此在選用空心抽油桿時要特別注意這個問題。2.4熱化學清蠟方法為清除井底附近油層內部和井筒沉積的蠟,過去曾采用過熱化學清蠟方法,它是利用化學反應產生的熱能來清除蠟堵。例如氫氧化鈉、鋁、鎂與鹽酸作用產生大量的熱能:Na0H+HC1=NaCI+H20+99.5 kJMg+2HC1=MgC12+H2 +462.8 kJ2A1+6HC

29、I=2A1C13十3H2 十529.2 kJ具體在實施熱化學清蠟的操作過程中,需要將兩種藥液用兩臺泵車(雙液法)按比例從環形空間和另一通道油管或連續油管等按一定配比注入(有桿泵抽油井可上提桿式泵或利用反復式泄油器)。在油井射孔段上方附近進行反應使其達到熱峰值。但是要特別注意,套管內不能注入任何帶腐蝕性的液體,以保護套管。該反應由于是瞬間完成達到熱峰值,因而兩臺泵車在施工過程中不能有任何失誤,否則就容易發生事故,這是熱化學清蠟法的缺點。為此,近年來在反應催化劑方面進行了深人地研究,新開發的各種類型的催化劑可以控制熱化學反應開始發生的時間。根據施工的需要選用不同的催化劑,使開始反應的時間從10mi

30、n至6h內隨意進行調整。由于新催化劑系列的開發,進行熱化學清蠟施工時也可以只使用一臺泵車(單液法),保證了施工的安全。實踐證明,用上述方法產生的熱化學清蠟,不但不經濟,而且效率也低。因此,很少單獨用此清蠟,常與熱酸處理聯合使用。3.強磁防蠟技術磁防蠟技術的基本原理是:原油通過磁防蠟器時,石蠟分子在磁場作用下定向排列做有序流動,克服了石蠟分子之間的作用力,而不能按結晶的要求形成石蠟晶體:對于已形成蠟晶的微粒通過磁場后,石蠟晶體細小分散,并且有效地削弱了蠟晶之間、蠟晶與膠體分子之間的粘附力,抑制了蠟晶的聚集長大。另外,永磁技術應用于石油工業防蠟,始于1966年,前蘇聯A· 季霍若夫和B&

31、#183; 米亞格科夫發現磁化處理不僅降低鹽類結垢物的生成,而且減少了瀝青及石蠟沉積物的生成。q.卡甘經過認真研究后確認,電磁場作用于含蠟煤油后,石蠟的析蠟點大幅度下降。由于當時制造磁性材料的水平限制,應用推廣較困難,直到1983年第三代稀土永磁材料欽鐵硼的出現,磁技術在石油工業領域中的應用才有較快的發展。20世紀90年代初,中科院金屬所、化學所、物理所以及大慶油田聯合攻關,在理論上取得了一些初步的認識。主要有,正構烷烴經磁場處理后,粘度降低50%左右,凝固點下降27 ,析蠟點下降13 。試驗證明,C1:H3:經磁處理后結的蠟孔隙較多,比較松散,油流沖刷易于清除,在常溫常壓條件下磁效應保持時間

32、約為48h。磁防蠟技術機理的初步認識主要有:(1) 磁致膠體效應。原油經過磁化處理后,使本來沒有磁矩的反磁性物質石蠟,在磁場作用下,其分子形成電子環流(即電子的軌道運動狀態發生了改變),在環流中產生了感應磁場,即誘導磁矩,干擾和破壞了石蠟分子中瞬間極的取向,使蠟分子在磁場作用下定向排列,作有序流動,克服了石蠟分子之間的作用力,使其不能按結晶的要求形成石蠟晶體。對于已形成蠟晶的微粒通過磁場后,削弱了石蠟分子結晶時的粘附力,抑制石蠟晶核的生成,阻止了石蠟晶體的生長與聚集,而且析出的蠟粒子細小而松散(粒子的尺寸小到膠體范圍)。另外,在有相變趨勢的原油中,磁場的作用促進了相變的發生,磁場通過對帶電粒子

33、的作用,使納米至微米這個尺度內的顆粒,表面形成雙電層,使粒子成亞穩狀態,以較穩定的形式存在,不易聚集,并且有“記憶”效應,前述一般不超過48h是指在常溫常壓條件下。而在井筒條件下, “記憶”效應有可能短得多,據實際資料統計,目前生產的磁防蠟器的有效距離只有3001000m.。(2)氫鍵異變。對于那些能夠在分子間或分子內產生氫鍵的分子而言,氫鍵很大程度上抑制著其互相作用的大小和性質。凡是具有極性原子的物質對磁場的作用都比較敏感。當磁場強度比較弱時,不足以打斷氫鍵,但它可以使其價電子發生新的取向,造成締合分子間新的排列組合,這樣就產生了改變氫鍵形態的可能性,使其發生彎曲、扭動,改變其鍵角或鍵的強度

34、。因為磁場作用很弱,所以發生擾動的程度與磁場強度、磁場的方向、磁場梯度、磁處理時的流速(即作用時間),均有密切關系。對不同碳數的石蠟而言,碳數越高要求的磁場強度、磁場方向、磁場梯度越強、磁處理時間越長。(3)“ 內晶核”原理。依靠磁場作用改變晶核的形成過程,使晶體凝聚成大而松散的顆粒,易于被液流帶走減少蠟的沉積。磁場處理后還能改變井筒中的結蠟狀態,使蠟質變軟,易于清除。磁防蠟器主要有電磁式和永磁式兩大類。在油井應用用,無論是自噴井或抽油井,由于電磁式裝置操作比較復雜,投資高、耗能高,因而很少應用。永磁式防蠟器是采用永磁體構成磁場方式,不需要電源等附屬設備,安裝使用方便,我國主要使用永磁式防蠟器

35、。永磁式防蠟器又分外磁式和內磁式兩種,每種又以其連接方式、使用溫度和場強不同而成系列。內磁式防蠟器有梯度磁場型和加中心桿型。外磁式防蠟器目前只有一種形式,其差別只是長度不同,因而磁感應強度各異,且極限載荷也有所差異。外磁式防蠟器結構輕巧,可直接卡在輸油管(或油管)的外圍,與鐵管形成閉合磁路,使磁化區域內的鐵管壁達到磁飽和后,在管內形成與流體方向一致的磁場,當介質通過磁化區域時產生旋進,提高了切割次數,而且有利于分子極化。為了提高防蠟效果,通常在抽油桿上還要加上一種特別的磁防蠟器與油管上安裝的內磁式或外磁式防蠟器配合使用。常用的磁防蠟器有三種結構形式,技術規范見下表投撈式磁防蠟器技術規范型號 外

36、徑 mm內經mm長度mm工作載荷 kN中心磁場強度 T磁性材料使用溫度.。CFL-52/30 52 30 560 10SmCos 100FL-52/30 52 30 560 10NdFcB 75抽油桿磁防技術規范型號外徑 mm 長度 mm抽油桿材料 表面磁感應強度 結構形式 使用溫度GCFL142 682 35GrMo 180 內磁式非接觸型 120GCFL2 45 696GCFL3 50 7154.油管內襯和涂層防蠟技術油管內襯和涂層防蠟主要是創造不利于石蠟沉積的條件,如提高表面的光滑度,改善表面的潤濕性,使其親水憎油,或提高井筒流體的流速。4.1油管內襯法油管內襯就是在油管內襯一層由Si0

37、2(74.2%),Na2O(14%),CaO (5.3%),A12O3(4.5%)B203(1%)等組成的玻璃襯里,具有親水憎油、表面光滑的防蠟作用,特別是油井含水后油管內壁先被水潤濕，油中析出的蠟就不容易附著在壁管上，同時內壁表面光滑，使析出的蠟不易粘附，比較容易被油流沖走，減緩了結蠟速度。但這種油管不耐沖擊，運輸和起下。油管要求的條件苛刻，因此一般只在自噴井和氣舉井上使用。礦場使用時要加強性能檢驗，一般要做如下四方面性能檢驗。溶蝕量檢驗:浸泡48h,40恒溫下,酸失量小于0.95g/cm2,堿失量小于0.002g/cm2。耐冷熱急變性能檢驗:要求由-40立即升溫到120 或由120 驟冷到

38、-40 ,油管內襯不炸裂。機械強度檢驗:拉伸2800N,扭力1176N·m,耐壓20MPa,油管內襯不炸裂?？箾_擊檢驗:油管從距柏油地面1.4m處自由下落,油管內村不炸裂。以上檢驗均合格后,方能下井使用。4.2涂料油管法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,其防蠟原理與玻璃襯里油管相似。最早使用的是普通清漆,但由于其在管壁上粘合強度低,效果差而逐漸被淘汰。目前應用最多的是聚氨基甲酸醋。涂料油管有一定的防蠟效果,特別是新油管便于清洗,涂層質量高,防蠟效果較好,使用一段時間后,由于表面蠟清除不凈,以及石油中活性物質可使管壁表面性質發生變化而失去防蠟效果。近年來,華北

39、油田一機廠從美國艾克公司(IC0)引進鋼管內涂層生產線,已開發出系列涂料,包括液體和粉末涂料,特別是PC-300,PC-400和DPC液體涂料,都獲得較好的防蠟效果。但是涂料油管不耐磨,不宜在有桿泵抽油井和螺桿泵抽油井中使用,主要用于自噴井和氣舉井防蠟。用涂料油管,在油管內壁涂一層固化后表面光滑而且親水性強的物質。5.化學清蠟防蠟技術用化學劑對油井進行清蠟和防蠟是目前油田應用比較廣泛的方法。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?；瘜W清、防蠟劑有油溶型、水溶型和乳液型三種液體清、防蠟

40、劑,此外還有一種固體清、防蠟劑。5.1油溶型清防、蠟劑其作用以清蠟為主,現場使用的油溶型清、防蠟劑配方很多,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%、聚丙烯酰胺0.3%,T一滲透劑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,并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。部分油溶型清、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。由于所加入的聚合物具有特殊結構,分子

41、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,阻礙其后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,也阻礙蠟的沉積并起到一定的防蠟效果。油溶型清、防蠟劑的優點是:對原油適應性較強;溶蠟速度快,加入油井后見效快;產品凝固點低,便于冬季使用。其缺點是: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。5.2水溶型清防、蠟劑水溶型清、防蠟劑是由水和許多表面活性劑組成?，F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、互溶劑和堿性物質。常用的有磺酸鹽型、季胺鹽型、平平加

42、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于石蠟從表面脫落,不利于蠟在表面沉積,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、防蠟劑滲入松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于油流中。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。堿性物質可與蠟中瀝青質等有機極性物質反應,產生易分散于水的產物,因而可用水基清、防蠟劑將它從結蠟表面清除,常用的堿性物質有氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿類和硅酸鈉

43、、磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉等一類溶于水,使水呈堿性的鹽類。水溶型清、防蠟劑的優點是:相對密度較大,對高含水油井應用效果較好;使用安全,無著火危險。其缺點是:見效較慢;顯然其凝固點可達-20-30,但在嚴寒的冬天使用,其流動性仍然有待改進。5.3乳液型清、防蠟劑乳液型清、防蠟劑是將油溶型清、防蠟劑加入水和乳化劑及穩定劑后形成水包油乳狀液。這種乳狀液加入油井后,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、防蠟劑具有油溶型清、防蠟劑溶蠟速度快的優點。由于這種清、防蠟劑其乳液的外相是水,因而又像水溶型清、防蠟劑那樣使用安全,

44、不易著火且相對密度較大。它的缺點是在制各和貯存時必須穩定,而到達井底后必須立即破乳,這就對乳化劑的選擇和對井底破乳溫度有著嚴格的要求,制備和使用時間條件要求較高,否則就起不到清防蠟作用。制備乳液型清、防蠟劑常用的乳化劑為OP型表面活性劑,以及油酸、亞油酸和樹脂酸的復合酯與三乙醇胺的混合物。5.4固體防蠟劑固體防蠟劑主要由高分枝度的高壓聚乙烯、穩定劑和EVA(乙烯一醋酸乙烯酯聚合物)組成,它可以制成粒狀,或混溶后在模具中壓成一定形狀(女口蜂窩煤塊狀)的防蠟塊,將其置于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并溶于油中。作為防蠟劑用的聚乙烯要求相對分子量為500030000,

45、最好在20000左右,相對密度為0.860.94,熔點在102107 之間,且結晶比較少,或非結晶型為宜。防蠟劑中的EVA,由于具有與蠟結構相似的CH2CH n鏈節,又具有一定數量的極性基團,它溶于原油中。當冷卻時它與原油中的蠟產生共晶作用,然后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,成為隨后析出的石蠟晶核,蠟的晶粒被吸附在聚乙烯的碳鏈上,由于分枝的空間障礙和欄隔作用也阻礙晶體的長大及聚集,并減少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。固體防蠟劑其優點是作業一次防蠟周期較長(一般長達半年左右),成本較低;其缺點是它對油

46、品的針對性較強,其配方必須根據油井情況和原油析蠟點。常用固體防蠟劑配方與使用條件配方號 組成，%適用溫度。C乙烯VA煤油油硅油萘二丁酯抗氧劑爽滑劑破乳劑 1 9 0 6.5 10 3 1 0.538-40 2 2 0 30 8 1036-39 3 2 0 46 331-335.5化學劑的加入方法化學清、防蠟劑的配方、濃度和用量必須根據油井情況、原油和石蠟性質具體篩選。重要的是采用合適的加藥方法保證清、防蠟劑在原油中的濃度長期始終符合設計要求,才能有效地解決石蠟的結晶和沉積問題,達到防蠟的目的?，F場往往發現篩選出的配方、濃度和用量,在室內實驗效果很好,而上現場效果并不理想,甚至無效,采用合適的加

47、藥方法來保證充分發揮清防蠟劑的清防蠟效果。總的原則是防蠟時加藥方法要保證防蠟劑始終不間斷地與石蠟接觸,清蠟時要保證清蠟劑有一定時間與石蠟接觸,使石蠟溶解和剝離。為此要針對具體情況采取合適的加藥方法。(1)自噴井化學清防蠟。由于井口壓力比較高,一般采用高壓加藥罐加藥。將足量清、防蠟劑加入高壓加藥罐內。清蠟時,將清蠟劑壓入油管內進行清蠟:防蠟時,通過調節套管閥的開度來控制單位時間的加藥量,實現向油套環形空間連續加藥和斷續加藥。但是要注意加藥周期,可用示蹤劑測試求得合理的加藥周期。(2)抽油井化學清防蠟。抽油井油管不通,只能從套管加藥。清蠟時開大連通閥,將清蠟劑一次加入油套環空,計算好清蠟劑到達結蠟

48、井段時停機溶蠟。防蠟時與自噴井大同小異。也可用光桿泵進行連續加藥。(3)活動裝置加藥法。利用專用加藥罐車和車上的加藥泵向井內一次注入清蠟劑或防蠟劑,要求同上。(4)固體防蠟劑加藥法。將固體防蠟劑做成蜂窩煤式樣,裝入固體防蠟裝置內,下到篩管或喇叭口等進油設備與深井泵之間,當油流經過時逐步溶解防蠟劑,達到防蠟目的。也有在泵的進油口以下安裝一個撈藍,將固體防蠟劑制成球狀或棒狀,從油套環空投入,待防蠟劑溶解完了(可用試蹤劑監測)以后再投。6.微生物清蠟技術微生物清蠟是近年來發展的一種新技術,在我國已逐步推廣應用。用于清蠟的微生物主要有兩種:一種是食蠟性微生物;一種是食膠質和瀝青質性微生物。油井清蠟用的

49、微生物其形狀為長條螺旋狀體長度為14um,寬度為0.10.3um,能在溫度為110壓力為49.2Mpa的厭氧環境中生存。該類微生物以石蠟為食物從而能降低原油凝固點和蠟含量。微生物注入油井后,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于油的氣體,如CO2、N2、H2,使原油膨脹降粘,由此達到清蠟的目的。使用方法是將微生物用水稀釋,直接加入油套環形空間,一般含蠟情況每天每口井加入8Kg硫酸鹽還原菌原液即可收到良好的清蠟效果,可以明顯延長幽靜的熱洗周期。使用微生物前最好將油井洗凈,嚴禁其他化學藥劑與

50、之混用,同時還要對油井水質進行分析。第三章油井化學清防蠟不熱洗技術在頭臺油田的應用近年來朝陽溝油田、榆樹林油田、頭臺油田相繼開發，原油物性與長垣內部相比， 表現為高含蠟、高含膠、高凝固點、高粘度的特點， 且油井產量低 含水低。在生產過程中油流上升速度慢， 溫度很快下降至析蠟點。此時，蠟便從原油中析出、粘結、結塊， 使抽油機負荷加大， 易出現抽油桿斷脫，停機時間過長啟不動泵等現象。為此， 采用了定期注熱水洗井工藝，以保持油井正常生產。這種頻繁的熱洗清蠟，不僅影響了產量，而且使水倒灌入地層， 易污染油層。而化學法清防蠟技術， 以其見效快、施工方便、無污染等特點，受到現場的歡迎。(一)大慶外圍低含水原油化學清防蠟方案的確定化學清防蠟劑主要有水溶性、油溶性兩大類， 摻水防蠟降粘使用的表面活性劑為O/W型乳化劑， 藥劑的HLB值在818之間。當原油中含水>30時，在乳化劑的作用下， 水與原油形成0W型乳狀液， 變油與油的摩擦為水與水的摩擦， 大大降低了原油粘度； 同時 蠟晶分散到水中，得到有效的抑制；