石油工程毕业设计（论文）油井清蜡防蜡工艺的研究及应用

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1、中国石油大学胜利学院专科生毕业设计（论文）中国石油大学胜利学院专科毕业设计(论文) 油井清蜡防蜡工艺的研究及应用 学生姓名: 系 别: 石油工程系油气开采专业 专业年级: 2008级油采3班 指导教师: 2011年5月18日 摘 要在油田开采过程中,清蜡防蜡工作是油井生产管理的重要环节,由于原油物性及油田开采状况的复杂性,不同区块、不同油井开采的不同时期,油井的结蜡状况也各不相同,油井的清蜡工艺同样需要随时调整。目前,世界上主要的清蜡防蜡工艺有机械清蜡法、热洗清蜡法、磁防蜡、微生物清蜡等技术。通过对油井结蜡机理、影响因,素、危害以及目前采用的各类油井结蜡治理手段的阐述,研究适合各油井清防蜡方法

2、对今后工作和学习具有深远意义关键词:结蜡 清蜡 防蜡 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 per

3、iods of extraction 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 mec

4、hanism of impact , 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 录论文摘要1前言1第一章油井结蜡的机理 11.1石蜡的性质11.2影响油井结蜡的因素21.3油井结蜡造成的危害4第二章

5、国内各种清蜡防蜡的方式及使用介绍52.1机械清蜡技术52.2热力清蜡技术172.3强磁防蜡技术102.4油管内衬和涂层防蜡技术122.5化学清蜡防蜡技术132.6微生物清蜡技术16第三章油井化学清防蜡不热洗技术在头台油田的应用183.1大庆外围低含水原油化学清防蜡方案的确定18 3.1.1新型油溶性清防蜡剂的研究183.1.2 CY-清防蜡剂的防蜡性能193.1.3 CY-IV清防蜡剂的降粘性能20 3.1.4清防蜡剂的降凝性能21 3.2矿场试验213.3结束语23结论25致谢27参考文献29前 言在油藏条件下蜡一般处于溶解状态。在开采过程中,随着温度、压力的降低和气体的析出,溶解在原油中的

6、石蜡便结晶析出、长大、聚集和沉积在管壁等固体表面上,即出现所谓的结蜡现象。对于高含蜡、高凝油油田,油井结蜡是影响油井生产和油井开发的主要因素之一,严重的结蜡可能使许多油田难以开发,油井难以正常生产。油井结蜡对油田的危害主要表现在:1对自喷井减少了流通截面,造成了油流附加阻力,降低了油田产量甚至听喷2.对有杆泵井增大了抽油机负荷,导致抽油杆断脱,使深井泵工作条件恶化,泵校降低,且检泵、清蜡作业量增大。3对电潜泵井,使泵排量效率降低,耗电增加。4.在原油集输时,由于原油流性质变差,流动阻力增大,需要提高泵的输送能力,有时会无法输送。本文将从油井结蜡的原因,影响因素,危害等方面着手,结合国内外资料介

7、绍清蜡防蜡的一些主要技术方法,并结合现场应用实例进行分析。第一章油井结蜡的机理1.石蜡的性质石油是多种碳氢化合物的混合物,严格地说,原油中的蜡是指那些碳数比较高的正构烷烃。通常把C16一C63的正构烷烃称为蜡,纯净的石蜡是略带透明的白色无味晶体。蜡在地层条件下通常是以液体状态存在,然而在开采的过程中,随着温度和压力的下降以及轻质组分布断逸出,原油溶蜡能力降低,蜡开始结,析出,聚集,不断地沉积、堵塞、直接影响生产。蜡可以分为两种,一种是石蜡,常为板状或鳞片状或带状结晶,相对分子质量为300500,分子中C原子数是C16C35,属于正构烷烃,熔点50 左右;另一种是微晶蜡,多呈细小的针状结晶,相对

8、分子质量为500700,分子中的C原子数是C35C63,熔点是6090 。石蜡和微晶蜡的特征主要是碳数范围、正构烷烃数量、异构烷烃数量、环烷烃数量不同,具体见下表: 项目 石蜡 微晶蜡 正构烷烃，% 8090 015 异构烷烃，% 215 1530 环烷烃，% 28 6575 熔点范围，% 5065 6090 平均相对分子质量范围 350430 500800 典型碳原子数范围 1636 3060 结晶度范围，% 8090 5065由上表可以看出,石蜡是以正构烷烃为主,而微晶蜡是以环烷烃为主。石蜡能够形成大晶块蜡,是造成蜡沉积而导致油井堵塞的主要原因。微晶蜡,由于其熔点高且蜡质为粘性,清蜡和防蜡

9、都跟困难。现场所遇到的蜡比上述组成也复杂得多:油井中那些与高碳正构烷烃混在一起的既含有其它高碳烃类,又含有沥青质、胶质、盐垢、泥砂、铁锈、淤泥和油水乳化液等的黑色半固态和固态物也称为蜡。国内大部分原油中所含的蜡属于石蜡,其正构烃碳原子数占总含蜡量的的比例各不相同,但呈正态分布,蜡的熔点较低,清、防蜡比较容易。而吐哈油田、鸭儿峡油田,含C跟熔点较高,给清蜡、防蜡工作带来了一定的困难。特别是油田开发后期,由于采油地质,工艺条件的变化,导致油井的结蜡机理发生变化,结蜡范围扩大,溶于原油中的可形成固相晶格的石蜡分子,是造成油井结蜡的惟一根源。2影响油井结蜡的主要因素通过对油井结蜡现象的观察和结蜡过程的

10、研究,影响结蜡的主要因素是原油的组成(蜡、胶质和沥青的含量)、油井的开采条件(温度、压力、气油比和产量)、原油中的杂质(泥、砂和水等)、管壁的光滑程度及表面性质。其中原油组成是结蜡的内在因素,而温度和压力等则是外部条件。实际上,采油过程中结出的蜡并不是纯净的蜡,是原油中那些与高碳正构烷烃混在一起的,既含有其他高碳烃类,又含有沥青质、胶质、无机垢、泥沙、铁锈和油水乳化物等半固体和固态物质。21原油性质与含蜡量的影响原油中所含轻质馏分越多, 溶蜡能力越强,析蜡温度越低,越不容易结蜡。当压力下降至泡点压力以下时, 天然气分离出来,降低了原油的溶蜡能力,析蜡温度上升,结蜡转为严重。2.2 温度的影响当

11、温度保持在析蜡温度以上时,蜡不会析出,就不会结蜡;而温度降到析蜡温度以下时,开始析出蜡结晶,温度越低,析出的蜡越多。值得注意的是,析蜡温度是随开采过程中原油组分变化而变化的,应当根据预测的开发过程原油组成变化情况,用高压物性模拟实验测析蜡温度变化。23原油中胶质和沥青质的影响原油中都不同程度的含有胶质、沥青质,他们会影响蜡的初始结晶温度和蜡的析出过程及结在管壁上的的蜡性。为了便于研究胶质、沥青质对石蜡的影响,试验一般是在煤油石蜡体系中进行的。在煤油中加入石蜡和胶质的实验表明,当加入8%的蜡时,随着加入的胶质量由1%增加到2%,蜡的初始结晶温度降低,由290.0K降至289.5K。随着胶质含量增

12、加,析蜡温度降低。胶质本身是活性物质,可以吸附在蜡晶表面,阻止蜡晶的长大。而沥青是胶质的进一步聚合物,不溶于油,呈极细小颗粒分散于油中,对蜡晶起到良好的分散作用。但是,有胶质和沥青存在时,沉积的蜡强度明显增大,不易被油流冲走,又促进了结蜡。由此,胶质和沥青对结蜡的影响,一方面减缓结蜡,另一方面蜡一旦沉积下来,其硬度就比较大。胶质含量对初始结晶温度的影响含量初始结晶温度（。C ） 石蜡 胶质 煤油 8 0 92 18.5 8 1 91 17.0 8 2 90 16.52.4在压力和溶解气的影响在才有过程中由于压力不断降低,气体的脱出降低了油对蜡的溶解能力和油温,有利于蜡的结晶析出和结蜡。在高于原

13、油饱和压力条件下,压力降低,原油不会脱气,蜡的初始结晶温度随压力的降低而降低;在低于饱和压力条件下,压力降低时原油中的气体逸出与气体膨胀都会使油温降低,会降低对蜡的溶解能力,因而使初始结晶温度升高。压力越低,结晶温度增加得越高。同时,气体膨胀带走了原油中一部分热量,引起原油自身温度降低,更促进结蜡。2.5原油中机械杂质和水的影响原油中的水和机械杂质对蜡的初始结晶温度影响不大,但油中的的细小沙粒及机械杂质将成为石蜡析出的结晶核心,促使石蜡结晶的析出,加速结蜡。但随着含水上升,同样的流量,井下温度会上升,析蜡点上移,结蜡现象会减轻。油中含水率增高后对结蜡过程产生两方面的影响:一是水的比热容大于油,

14、故含水后可减少液流温度的降低;二是含水率增加后易在管壁形成连续水膜,不利于蜡沉积到管壁上。因此油井随着含水量增加,结蜡程度有所减轻。矿场实践和实验表明,当含水增高到70%以上时,会产生水包油乳化物,蜡被水包住,会阻止蜡晶的聚积,在油管壁上形成水膜,使析出的蜡不容易沉积,减缓结蜡。2.6流速和管壁特性的影响实验表明,流速与结蜡量呈正态分布。开始随流速升高,单位时间通过的结蜡量也增加,析出的蜡也多,所以结蜡严重。当流速达到临界流速以后,由于冲刷作用增强,析出来的蜡不易沉积在管壁上,从而减缓了结蜡速度,结蜡量反而下降。由图中可以看出管材不同,结蜡量也不同,管壁越光滑越不容易结蜡,表面亲水比亲油更不容

15、易结蜡。2.7举升方式的影响举升方式对油井结蜡有一定影响。潜油电泵和水力活塞泵采油因流动温度高不易结蜡,也便于防蜡。自喷井和气举井在井口和井下节流时会引起气体膨胀吸热,温度下降造成结蜡。2.8其他影响因素生产实践表明,高产井结蜡比低产井轻。高产井的压力高脱气少,初始结晶温度较低;同时液流速度大,对管壁的冲刷作用强,油流在井筒中的热损失小,保持较高的温度,蜡不易析出;管壁表面粗糙、亲油性强易结蜡。3. 油井结蜡造成的危害油井结蜡不仅造成大量的日常管理清蜡与修井清蜡工作量,还会对油井生产，甚至油田开发带来严重的影响。油井结蜡主要危害有以下几个方面:1) 油井结蜡给日常管理带来大量工作,增加了井下事

16、故发生的可能性和几率。2) 油井结蜡后,使出油通道内径逐渐缩小,增大油流阻力,降低了油井产能,甚至将油流通道堵死,造成油井减产或者停产。3） 机械采油井结蜡后,不仅使油流通道减小,还会使抽油泵失灵,降低抽油效率,严重者会将精神泵卡死,损坏设备等。4） 油层结蜡,将堵塞油层孔隙,阻碍油流如井内,会缩小出油面积,减少油流来源,从而油井减产。5） 油井结蜡严重时,给清蜡带来困难,并容易发生顶钻、卡钻及井下落物事故。同时有些油井用一般清蜡方法难以处理,必须采取作业清蜡,给修井带来大量工作。6） 油井结蜡严重时,增加了日常清蜡或作业清蜡时间,影响了油井出油时间,降低了油井开采效率,影响油井产量和油田开发

17、速度。7） 油井结蜡给油气集输,油田开发带来许多困难,需要采取许多工艺技术措施,使开发成本增高,影响油田开发的经济效果。第二章国内各种清蜡防蜡的方式及使用1.机械清蜡技术机械清蜡就是用专门的刮蜡工具(清蜡工具),把附着于油井中的蜡刮掉,这是一种既简单又直观的清蜡方法,在自喷井和抽油井中广泛应用。机械清蜡机械处理法的原理是采用清管器。刮蜡刀或刮蜡钩将管壁上沉积的石蜡刮掉,这种方法已应用了几十年,在有些油田中的使用效果相当不错,但露出其清蜡量不够的缺点。机械清蜡示意图1绞车;2钢丝;3防喷管;4采油树;5套管;6油管;7刮蜡片自喷井的机械清蜡如图所示,是利用地面绞车,绕在绞车滚筒上的钢丝穿过滑轮后

18、将清蜡工具经防喷管下到油管中,并在油管结蜡部位上下活动,将蜡沉积刮除,由液流携带出井筒。也曾使用过依靠上升液推动和自重下行的自动清蜡器。(1)自喷井机械清蜡的设备,包括机械刮蜡设备和机械清蜡设备主要设备为绞车、钢丝、扒杆、滑轮、防喷盒、防喷管、钢丝封井器、刮蜡片和铅锤。刮蜡片依靠铅锤的重力作用向下运动刮蜡,上提时靠绞车拉动钢丝经过滑轮拉刮蜡片上行,如此反复定期刮蜡,并依靠液流将刮下的蜡带到地面,达到清除油管积蜡的目的。铅锤质量矿场常用下列经验公式计算:W = (68)pt式中:W铅锤质量,kg。如果计算结果小于9kg，则选用9kg的铅锤。Pt油管压力,MPa。采用刮蜡片清蜡时要掌握结蜡周期,使

19、油井结蜡能及时清除,不允许结蜡过厚,造成刮蜡片遇阻下不去,而且结蜡过多也容易发生顶钻事故,要保证压力、产量绝对不受影响,否则必然是结蜡过多,影响刮蜡作业。当油井结蜡相当严重时,下刮蜡片已经有困难,则应改用钻头清蜡的办法清除油井积蜡,使油管内通径,达到刮蜡片能顺利地起下时则可改回刮蜡片清蜡。钻头清蜡的设备与刮蜡片清蜡设各类似,其不同点是将绞车换为通井机,钢丝换为钢丝绳,扒杆换为清蜡井架,防喷管改为10m以上的防喷管,钢丝封井器换为清蜡闸门,铅锤换为直径3244mm的加重钻杆,下接清蜡钻头。通常油井尚未堵死时用麻花钻头,它既能刮蜡又能将部分蜡带出地面。但是,结蜡非常严重时麻花钻头下不去,这时就要使

20、用矛刺钻头,将蜡打碎,然后用刮蜡钻头将蜡带出地面。常用的刮蜡片技术规范 曲管公称尺寸，mm(in) 刮蜡片外径，mm 备注 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)自喷井机械清蜡方法是最早使用的一种清蜡方法。它是以机械刮削方式清除油管内沉积的蜡,合理地清蜡制度必须根据每口油井的具体情况来制定。首先要掌握清蜡周期,使油并结蜡能及时刮除,保证压力、产量不受影响。清蜡深度一般要超过结蜡最深点或析蜡点以下50m。常用的清蜡钻头技术规范钻 头 型 号油管内使用直径 mm (in) 长度 mm 接头螺纹（方

21、）73（27/8）60 (23/8)直径 mm螺距 mm单麻花钻头 59 47 8001500 33 4双麻花钻头 59 47 10002000 33 4矛刺钻头 44.5 44.5 1000 33 4刮蜡钻头 59 47 8001500 33 4(3)有杆泵抽油井机械清蜡,它是利用安装在抽油杆上的活动刮蜡器清除油管和抽油杆上的蜡。目前油田通用的是尼龙刮蜡器。尼龙刮蜡器表面亲水不易结蜡,摩擦系数小,强度高,耐冲击、耐磨、耐腐蚀,一般是铸塑成型,不须机械加工,制造方便,其高度多为65mm。值得注意的是,螺旋要有一定的夹角以保证油流冲击螺旋面时可产生足够的旋转力,使尼龙刮蜡器在上下运动时同时产生旋

22、转运动。尼龙刮蜡器成圆柱体状,外围有若干螺旋斜槽,斜槽的上下端必须重叠,以保证油管内30 都能刮上蜡,斜槽作为油流通道,其流通面积应大于12.17crn2,为44mm抽油泵游动阀座孔面积的3.2倍以上。尼龙刮蜡器内径大于抽油杆外径1mm,外径比油管内径小4mm。在抽油过程中,做往复运动的抽油杆带动刮蜡器做上下移动和转动,从而不断地清除抽油杆和油管上的结蜡。刮蜡器的行程取决于固定在抽油杆上的限位器的间隔距离,限位器的距离要稍小于1/2冲程长度(要考虑抽油工作制度中最小冲程)。尼龙刮蜡器要在整个结蜡段上安装,但是应当看到它不能清除抽油杆接头和限位器上的蜡,所以还要定期辅以其他的清蜡方式,如热载体循

23、环洗井、化学清蜡等措施。2.热力清蜡技术热力清蜡是利用热能提高抽油杆、油管和液流的温度,当温度超过析蜡温度时,则起防止结蜡的作用,当温度超过蜡的熔点时,则起清蜡作用。一般常用的方法有热载体循环洗井、电热自控电缆加热、电热抽油杆加热、热化学清蜡等4种方法。2.1热载体循环清蜡法(热洗清蜡)一般采用热容量大,对油井不会伤害的,经济性好而且比较容易得到的载体,如热油、热水等。用这种方法将热能带入井筒中,提高井筒温度,超过蜡的熔点使蜡熔化达到清腊的目的。一般有两种循环方法,一种是油套环形空间注入热载体,反循环洗井,边抽边洗,热载体连同产出的井液通过抽油泵一起从油管排出。另一种方法是空心抽油杆热洗清蜡,

24、它是将空心抽油杆下至结蜡深度以下50m,下接实心抽油杆,热载体从空心抽油杆注入,经空心抽油杆底部的洗井阀,正循环,从抽油杆和油管环形空间返出。这两种方法各有优缺点。第一种方法,洗井能经过泵清除泵内的蜡和杂物,其缺点是热效率低,用的洗井液多,而且洗井液经过深井泵抽出影响时率,对敏感性油层还可能造成伤害。后一种方法热效率高,用的洗井液少,而且洗井液不通过深井泵抽出,不影响时率,由于洗井液不与油层接触,所以不存在伤害问题。但是,这种方法还不够成熟,主要是洗井阀故障较多,所以不能解决深井泵的故障问题。根据矿场实践可采用以下经验公式进行抽油井热洗设计:CQ T/W=K式中 C-热载体质量热容, J (k

25、g )Q-热载体总用量,kgT-进出口温差, ,(一般取硐50 )W-结蜡量,kgK-经验常数,空心抽油杆洗井取26151,油套环形空间洗井取34868.矿场一般在压力条件允许下尽可能提高排量,但是在刚开始洗井时,温度和排量都不宜太高,防止大块蜡剥落,造成抽油系统被卡事故,所以,一般要待循环正常后方能提高温度和排量。2.2井下自控热电缆清防蜡井下自控电缆的工作原理是内部有两根相距约10mm平行导线,两导线间有一半导电的塑料层,是发热元件。电流由一根导线流经半导电塑料至另一根导线,半导电塑料因而发热。由于该半导电塑料有热胀冷缩的特性从而改变其电阻,造成随温度不同半导电塑料通过的电流大小就会随着温

26、度而变化,导致自动控制发热量。自控电热电缆的特性决定了它可以控制温度,保持井筒内恒温。当温度达到析蜡温度以上时,则起防蜡的作用,但要连续供电保持温度。作为清蜡措施,可按清蜡周期供电加热至井筒温度超过溶蜡温度。因此可根据此原则选择自控电缆规范,根据井筒内原始温度剖面确定结蜡深度,一般要大于析蜡温度35 ,据此初定伴热电缆长度。由于井下自控电热电缆的发热元件只有20QTv (600v,AC级)型自控伴热电缆相同的一种,因此,若计算所选的电缆总放热量小于所需热能时,需加长电热电缆长度,以达到热量平衡。2.3电热抽油杆清防蜡它由变扣接头、终端器、空心抽油杆、整体电缆、传感器、空心光杆、悬挂器等零部件组

27、成电热抽油杆,它与防喷盒、二次电缆、电控柜等部件组成电加热抽油杆装置。三相交流电经过控制柜的调节,变成单相交流电,与抽油杆内的电缆相连,通过空心抽油杆底部的终端器构成回路,在电缆线和杆体上形成集肤效应(空心抽油杆外经电压为零),使空心抽油杆发热,提高井下温度,达到清防蜡的目的。也有的是利用在空心抽油杆内下入三相发热电缆发热,达到清防蜡的目的,其优点是电网三相平衡。电热抽油杆控制柜分为50kW和75kW两种。电缆截面积为25mm2,额定电压380V,额定电流125A。可按抽油杆设计方法来选择空心抽油杆。国内外实心抽油杆为了克服螺纹部分应力集中都采取了加大螺纹承载面积的办法,一般公螺纹承载面积加大

28、了1.381.67倍,母螺纹承载面积加大了2.493.41倍。螺纹部分明显偏弱,强度设计不合理,实际上是与实心抽油杆等强度的空心抽油杆质量偏重,既浪费了钢材又增加了动载荷和惯性载荷。而且空心抽油杆系列内径不统一,抽油杆本体截面积与实心杆不等效,给抽油杆柱设计带来一系列困难。因此在选用空心抽油杆时要特别注意这个问题。2.4热化学清蜡方法为清除井底附近油层内部和井筒沉积的蜡,过去曾采用过热化学清蜡方法,它是利用化学反应产生的热能来清除蜡堵。例如氢氧化钠、铝、镁与盐酸作用产生大量的热能:Na0H+HC1=NaCI+H20+99.5 kJMg+2HC1=MgC12+H2 +462.8 kJ2A1+6H

29、CI=2A1C13十3H2 十529.2 kJ具体在实施热化学清蜡的操作过程中,需要将两种药液用两台泵车(双液法)按比例从环形空间和另一通道油管或连续油管等按一定配比注入(有杆泵抽油井可上提杆式泵或利用反复式泄油器)。在油井射孔段上方附近进行反应使其达到热峰值。但是要特别注意,套管内不能注入任何带腐蚀性的液体,以保护套管。该反应由于是瞬间完成达到热峰值,因而两台泵车在施工过程中不能有任何失误,否则就容易发生事故,这是热化学清蜡法的缺点。为此,近年来在反应催化剂方面进行了深人地研究,新开发的各种类型的催化剂可以控制热化学反应开始发生的时间。根据施工的需要选用不同的催化剂,使开始反应的时间从10m

30、in至6h内随意进行调整。由于新催化剂系列的开发,进行热化学清蜡施工时也可以只使用一台泵车(单液法),保证了施工的安全。实践证明,用上述方法产生的热化学清蜡,不但不经济,而且效率也低。因此,很少单独用此清蜡,常与热酸处理联合使用。3.强磁防蜡技术磁防蜡技术的基本原理是:原油通过磁防蜡器时,石蜡分子在磁场作用下定向排列做有序流动,克服了石蜡分子之间的作用力,而不能按结晶的要求形成石蜡晶体:对于已形成蜡晶的微粒通过磁场后,石蜡晶体细小分散,并且有效地削弱了蜡晶之间、蜡晶与胶体分子之间的粘附力,抑制了蜡晶的聚集长大。另外,永磁技术应用于石油工业防蜡,始于1966年,前苏联A 季霍若夫和B 米亚格科夫

31、发现磁化处理不仅降低盐类结垢物的生成,而且减少了沥青及石蜡沉积物的生成。q.卡甘经过认真研究后确认,电磁场作用于含蜡煤油后,石蜡的析蜡点大幅度下降。由于当时制造磁性材料的水平限制,应用推广较困难,直到1983年第三代稀土永磁材料钦铁硼的出现,磁技术在石油工业领域中的应用才有较快的发展。20世纪90年代初,中科院金属所、化学所、物理所以及大庆油田联合攻关,在理论上取得了一些初步的认识。主要有,正构烷烃经磁场处理后,粘度降低50%左右,凝固点下降27 ,析蜡点下降13 。试验证明,C1:H3:经磁处理后结的蜡孔隙较多,比较松散,油流冲刷易于清除,在常温常压条件下磁效应保持时间约为48h。磁防蜡技术

32、机理的初步认识主要有:(1) 磁致胶体效应。原油经过磁化处理后,使本来没有磁矩的反磁性物质石蜡,在磁场作用下,其分子形成电子环流(即电子的轨道运动状态发生了改变),在环流中产生了感应磁场,即诱导磁矩,干扰和破坏了石蜡分子中瞬间极的取向,使蜡分子在磁场作用下定向排列,作有序流动,克服了石蜡分子之间的作用力,使其不能按结晶的要求形成石蜡晶体。对于已形成蜡晶的微粒通过磁场后,削弱了石蜡分子结晶时的粘附力,抑制石蜡晶核的生成,阻止了石蜡晶体的生长与聚集,而且析出的蜡粒子细小而松散(粒子的尺寸小到胶体范围)。另外,在有相变趋势的原油中,磁场的作用促进了相变的发生,磁场通过对带电粒子的作用,使纳米至微米这

33、个尺度内的颗粒,表面形成双电层,使粒子成亚稳状态,以较稳定的形式存在,不易聚集,并且有“记忆”效应,前述一般不超过48h是指在常温常压条件下。而在井筒条件下, “记忆”效应有可能短得多,据实际资料统计,目前生产的磁防蜡器的有效距离只有3001000m.。(2)氢键异变。对于那些能够在分子间或分子内产生氢键的分子而言,氢键很大程度上抑制着其互相作用的大小和性质。凡是具有极性原子的物质对磁场的作用都比较敏感。当磁场强度比较弱时,不足以打断氢键,但它可以使其价电子发生新的取向,造成缔合分子间新的排列组合,这样就产生了改变氢键形态的可能性,使其发生弯曲、扭动,改变其键角或键的强度。因为磁场作用很弱,所

34、以发生扰动的程度与磁场强度、磁场的方向、磁场梯度、磁处理时的流速(即作用时间),均有密切关系。对不同碳数的石蜡而言,碳数越高要求的磁场强度、磁场方向、磁场梯度越强、磁处理时间越长。(3)“ 内晶核”原理。依靠磁场作用改变晶核的形成过程,使晶体凝聚成大而松散的颗粒,易于被液流带走减少蜡的沉积。磁场处理后还能改变井筒中的结蜡状态,使蜡质变软,易于清除。磁防蜡器主要有电磁式和永磁式两大类。在油井应用用,无论是自喷井或抽油井,由于电磁式装置操作比较复杂,投资高、耗能高,因而很少应用。永磁式防蜡器是采用永磁体构成磁场方式,不需要电源等附属设备,安装使用方便,我国主要使用永磁式防蜡器。永磁式防蜡器又分外磁

35、式和内磁式两种,每种又以其连接方式、使用温度和场强不同而成系列。内磁式防蜡器有梯度磁场型和加中心杆型。外磁式防蜡器目前只有一种形式,其差别只是长度不同,因而磁感应强度各异,且极限载荷也有所差异。外磁式防蜡器结构轻巧,可直接卡在输油管(或油管)的外围,与铁管形成闭合磁路,使磁化区域内的铁管壁达到磁饱和后,在管内形成与流体方向一致的磁场,当介质通过磁化区域时产生旋进,提高了切割次数,而且有利于分子极化。为了提高防蜡效果,通常在抽油杆上还要加上一种特别的磁防蜡器与油管上安装的内磁式或外磁式防蜡器配合使用。常用的磁防蜡器有三种结构形式,技术规范见下表投捞式磁防蜡器技术规范型号 外径 mm内经mm长度m

36、m工作载荷 kN中心磁场强度 T磁性材料使用温度.。CFL-52/30 52 30 560 100.1-0.11SmCos 100FL-52/30 52 30 560 100.11-0.14NdFcB 75抽油杆磁防技术规范型号外径 mm 长度 mm抽油杆材料 表面磁感应强度 结构形式 使用温度GCFL142 682 35GrMo 180 内磁式非接触型 120GCFL2 45 696GCFL3 50 7154.油管内衬和涂层防蜡技术油管内衬和涂层防蜡主要是创造不利于石蜡沉积的条件,如提高表面的光滑度,改善表面的润湿性,使其亲水憎油,或提高井筒流体的流速。4.1油管内衬法油管内衬就是在油管内衬

37、一层由Si02(74.2%),Na2O(14%),CaO (5.3%),A12O3(4.5%)B203(1%)等组成的玻璃衬里,具有亲水憎油、表面光滑的防蜡作用,特别是油井含水后油管内壁先被水润湿，油中析出的蜡就不容易附着在壁管上，同时内壁表面光滑，使析出的蜡不易粘附，比较容易被油流冲走，减缓了结蜡速度。但这种油管不耐冲击，运输和起下。油管要求的条件苛刻，因此一般只在自喷井和气举井上使用。矿场使用时要加强性能检验，一般要做如下四方面性能检验。溶蚀量检验:浸泡48h,40恒温下,酸失量小于0.95g/cm2,碱失量小于0.002g/cm2。耐冷热急变性能检验:要求由-40立即升温到120 或由1

38、20 骤冷到-40 ,油管内衬不炸裂。机械强度检验:拉伸2800N,扭力1176Nm,耐压20MPa,油管内衬不炸裂。抗冲击检验:油管从距柏油地面1.4m处自由下落,油管内村不炸裂。以上检验均合格后,方能下井使用。4.2涂料油管法涂料油管就是在油管内壁涂一层固化后表面光滑且亲水性强的物质,其防蜡原理与玻璃衬里油管相似。最早使用的是普通清漆,但由于其在管壁上粘合强度低,效果差而逐渐被淘汰。目前应用最多的是聚氨基甲酸醋。涂料油管有一定的防蜡效果,特别是新油管便于清洗,涂层质量高,防蜡效果较好,使用一段时间后,由于表面蜡清除不净,以及石油中活性物质可使管壁表面性质发生变化而失去防蜡效果。近年来,华北

39、油田一机厂从美国艾克公司(IC0)引进钢管内涂层生产线,已开发出系列涂料,包括液体和粉末涂料,特别是PC-300,PC-400和DPC液体涂料,都获得较好的防蜡效果。但是涂料油管不耐磨,不宜在有杆泵抽油井和螺杆泵抽油井中使用,主要用于自喷井和气举井防蜡。用涂料油管,在油管内壁涂一层固化后表面光滑而且亲水性强的物质。5.化学清蜡防蜡技术用化学剂对油井进行清蜡和防蜡是目前油田应用比较广泛的方法。通常将药剂从油套环空中加入或通过空心抽油杆加入,不会影响油井的正常生产和其他作业。除可以起到清防蜡效果外,使用某些药剂还可以起到降凝、降粘、解堵的作用。化学清、防蜡剂有油溶型、水溶型和乳液型三种液体清、防蜡

40、剂,此外还有一种固体清、防蜡剂。5.1油溶型清防、蜡剂其作用以清蜡为主,现场使用的油溶型清、防蜡剂配方很多,主要由有机溶剂、表面活性剂和少量的聚合物组成,例如大庆号清、防蜡剂的配方为铂重整塔底油30%、120号直馏溶剂汽油66.6%、聚丙烯酰胺0.3%,T一渗透剂0.3%。其中有机溶剂主要是将沉积在管壁的蜡溶解,加入表面活性剂的目的是帮助有机溶剂沿沉积蜡中缝隙和蜡与油井管壁的缝隙渗入以增加接触面,提高溶解速度,并促进沉积在管壁表面上的蜡从管壁表面脱落,使之随油流带出油井。部分油溶型清、防蜡剂加入高分子聚合物的目的是希望聚合物与原油中首先析出的蜡晶形成共晶体。由于所加入的聚合物具有特殊结构,分子

41、中具有亲油基团,同时也具有亲水集团,亲油基团与蜡共晶,而亲水集团则伸展在外,阻碍其后析出的蜡与之结合成三维网目结构,从而达到降粘、降凝的目的,也阻碍蜡的沉积并起到一定的防蜡效果。油溶型清、防蜡剂的优点是:对原油适应性较强;溶蜡速度快,加入油井后见效快;产品凝固点低,便于冬季使用。其缺点是:相对密度小,对高含水油井不太合适;燃点低,易着火,使用时必须严格防火措施;一般这类清、防蜡剂具有毒性。5.2水溶型清防、蜡剂水溶型清、防蜡剂是由水和许多表面活性剂组成。现场使用的配方是根据各油田原油性质、结蜡条件不同而筛选出来的。但都是在水中加入表面活性剂、互溶剂和碱性物质。常用的有磺酸盐型、季胺盐型、平平加

42、型、聚醚型四大类。这种清、防蜡剂可以起到综合效应。其中,表面活性剂起润湿反转作用,使结蜡表面反转为亲水性表面,表面活性剂被吸附在油管表面有利于石蜡从表面脱落,不利于蜡在表面沉积,从而起到防蜡效果。表面活性剂的渗透性能和分散性能帮助清、防蜡剂渗入松散结构的蜡晶缝隙里,使蜡分子之间的结合力减弱,从而导致蜡晶拆散而分散于油流中。互溶剂的作用是提高油(蜡)与水的互溶程度,可用的互溶剂有醇和醇醚,如甲醇、乙醇、异丙醇、异丁醇、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚等。碱性物质可与蜡中沥青质等有机极性物质反应,产生易分散于水的产物,因而可用水基清、防蜡剂将它从结蜡表面清除,常用的碱性物质有氢氧化钠、氢氧化钾等碱类和硅酸钠

43、、磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠等一类溶于水,使水呈碱性的盐类。水溶型清、防蜡剂的优点是:相对密度较大,对高含水油井应用效果较好;使用安全,无着火危险。其缺点是:见效较慢;显然其凝固点可达-20-30,但在严寒的冬天使用,其流动性仍然有待改进。5.3乳液型清、防蜡剂乳液型清、防蜡剂是将油溶型清、防蜡剂加入水和乳化剂及稳定剂后形成水包油乳状液。这种乳状液加入油井后,在井底温度下进行破乳而释放出对蜡具有良好溶解性能的有机溶剂和油溶性表面活性剂,从而起到清蜡和防蜡的双重效果。乳液型清、防蜡剂具有油溶型清、防蜡剂溶蜡速度快的优点。由于这种清、防蜡剂其乳液的外相是水,因而又像水溶型清、防蜡剂那样使用安全,

44、不易着火且相对密度较大。它的缺点是在制各和贮存时必须稳定,而到达井底后必须立即破乳,这就对乳化剂的选择和对井底破乳温度有着严格的要求,制备和使用时间条件要求较高,否则就起不到清防蜡作用。制备乳液型清、防蜡剂常用的乳化剂为OP型表面活性剂,以及油酸、亚油酸和树脂酸的复合酯与三乙醇胺的混合物。5.4固体防蜡剂固体防蜡剂主要由高分枝度的高压聚乙烯、稳定剂和EVA(乙烯一醋酸乙烯酯聚合物)组成,它可以制成粒状,或混溶后在模具中压成一定形状(女口蜂窝煤块状)的防蜡块,将其置于油井一定的温度区域或投入井底,在油井温度下逐步溶解而释放出药剂并溶于油中。作为防蜡剂用的聚乙烯要求相对分子量为500030000,

45、最好在20000左右,相对密度为0.860.94,熔点在102107 之间,且结晶比较少,或非结晶型为宜。防蜡剂中的EVA,由于具有与蜡结构相似的CH2CH n链节,又具有一定数量的极性基团,它溶于原油中。当冷却时它与原油中的蜡产生共晶作用,然后通过伸展在外的极性基团抑制蜡晶的生长。而溶解在原油中的聚乙烯,当油温降低时,它会首先析出,成为随后析出的石蜡晶核,蜡的晶粒被吸附在聚乙烯的碳链上,由于分枝的空间障碍和栏隔作用也阻碍晶体的长大及聚集,并减少EVA与蜡晶体之间的粘结力,从而使油井的结蜡减少,达到防蜡的目的。固体防蜡剂其优点是作业一次防蜡周期较长(一般长达半年左右),成本较低;其缺点是它对油

46、品的针对性较强,其配方必须根据油井情况和原油析蜡点。常用固体防蜡剂配方与使用条件配方号 组成，%适用温度。C乙烯VA煤油油硅油萘二丁酯抗氧剂爽滑剂破乳剂 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化学剂的加入方法化学清、防蜡剂的配方、浓度和用量必须根据油井情况、原油和石蜡性质具体筛选。重要的是采用合适的加药方法保证清、防蜡剂在原油中的浓度长期始终符合设计要求,才能有效地解决石蜡的结晶和沉积问题,达到防蜡的目的。现场往往发现筛选出的配方、浓度和用量,在室内实验效果很好,而上现场效果并不理想,甚至无效,采用合适的加

47、药方法来保证充分发挥清防蜡剂的清防蜡效果。总的原则是防蜡时加药方法要保证防蜡剂始终不间断地与石蜡接触,清蜡时要保证清蜡剂有一定时间与石蜡接触,使石蜡溶解和剥离。为此要针对具体情况采取合适的加药方法。(1)自喷井化学清防蜡。由于井口压力比较高,一般采用高压加药罐加药。将足量清、防蜡剂加入高压加药罐内。清蜡时,将清蜡剂压入油管内进行清蜡:防蜡时,通过调节套管阀的开度来控制单位时间的加药量,实现向油套环形空间连续加药和断续加药。但是要注意加药周期,可用示踪剂测试求得合理的加药周期。(2)抽油井化学清防蜡。抽油井油管不通,只能从套管加药。清蜡时开大连通阀,将清蜡剂一次加入油套环空,计算好清蜡剂到达结蜡

48、井段时停机溶蜡。防蜡时与自喷井大同小异。也可用光杆泵进行连续加药。(3)活动装置加药法。利用专用加药罐车和车上的加药泵向井内一次注入清蜡剂或防蜡剂,要求同上。(4)固体防蜡剂加药法。将固体防蜡剂做成蜂窝煤式样,装入固体防蜡装置内,下到筛管或喇叭口等进油设备与深井泵之间,当油流经过时逐步溶解防蜡剂,达到防蜡目的。也有在泵的进油口以下安装一个捞蓝,将固体防蜡剂制成球状或棒状,从油套环空投入,待防蜡剂溶解完了(可用试踪剂监测)以后再投。6.微生物清蜡技术微生物清蜡是近年来发展的一种新技术,在我国已逐步推广应用。用于清蜡的微生物主要有两种:一种是食蜡性微生物;一种是食胶质和沥青质性微生物。油井清蜡用的

49、微生物其形状为长条螺旋状体长度为14um,宽度为0.10.3um,能在温度为110压力为49.2Mpa的厌氧环境中生存。该类微生物以石蜡为食物从而能降低原油凝固点和蜡含量。微生物注入油井后,它主动向石蜡方向游去,猎取食物,使蜡和沥青降解,微生物中的硫酸盐还原菌的增殖,产生表面活性剂,降低油水界面张力,同时微生物中的产气菌还可以生成溶于油的气体,如CO2、N2、H2,使原油膨胀降粘,由此达到清蜡的目的。使用方法是将微生物用水稀释,直接加入油套环形空间,一般含蜡情况每天每口井加入8Kg硫酸盐还原菌原液即可收到良好的清蜡效果,可以明显延长幽静的热洗周期。使用微生物前最好将油井洗净,严禁其他化学药剂与

50、之混用,同时还要对油井水质进行分析。第三章油井化学清防蜡不热洗技术在头台油田的应用近年来朝阳沟油田、榆树林油田、头台油田相继开发，原油物性与长垣内部相比， 表现为高含蜡、高含胶、高凝固点、高粘度的特点， 且油井产量低 含水低。在生产过程中油流上升速度慢， 温度很快下降至析蜡点。此时，蜡便从原油中析出、粘结、结块， 使抽油机负荷加大， 易出现抽油杆断脱，停机时间过长启不动泵等现象。为此， 采用了定期注热水洗井工艺，以保持油井正常生产。这种频繁的热洗清蜡，不仅影响了产量，而且使水倒灌入地层， 易污染油层。而化学法清防蜡技术， 以其见效快、施工方便、无污染等特点，受到现场的欢迎。(一)大庆外围低含水

51、原油化学清防蜡方案的确定化学清防蜡剂主要有水溶性、油溶性两大类， 掺水防蜡降粘使用的表面活性剂为O/W型乳化剂， 药剂的HLB值在818之间。当原油中含水30时，在乳化剂的作用下， 水与原油形成0W型乳状液， 变油与油的摩擦为水与水的摩擦， 大大降低了原油粘度； 同时 蜡晶分散到水中，得到有效的抑制；表面活性剂可使油管表面形成极性水膜， 从原油中析出的蜡不易粘贴在油管表面， 随油流带走，达到防蜡降粘目的；当原油中含水3O 时原油本身的含水不足以形成0w 型乳状液， 需要人工掺水。掺水量过大， 水倒灌人地层，引起油层污染；掺水量少井内液体不能以0w 型乳状液形式从井筒内流出，解决不了结蜡问题。所

52、以，水溶性防蜡剂很难在大庆外围低含水油田推广。油溶性清防蜡剂，一般含有与石蜡分子具有相似结构的正构烷烃、芳烃， 依相似相溶原理， 可有效地溶解石蜡、胶质、死油等， 它含有的低分子量聚合物，大都带有极性基与非极性基， 非极性基与石蜡共生长， 极性基相互排斥，达到防蜡目的。此外，油溶性清防蜡剂可以任何比例与原油混合， 不受冬季气温的影响， 可改变原油低温下的流动性能。大庆朝阳沟油田于1990年使用与采油工艺研究所合作研究的CY-清防蜡剂，每次加药200300kg，油套循环24h， 加药周期达到2mon以上， 取得了较好的效果。1992年， 又在朝155断块上，进行不热洗加药现场试验， 通过一年多的

53、观察， 证明加药避免热洗是可行的。虽然油溶性清防蜡剂在大庆油田获得了长足发展， 在生产中起着很大作甩， 但普遍存在着清蜡速度慢， 降粘效果不十分理想， 或二者不能兼顾问题。1、新型油溶性清防蜡剂的研究1993年，在CY-油溶性清防蜡剂的基础上， 开始研究新型油溶性清防蜡剂， 经室内反复实验研究，CY-油溶性清防蜡剂于1993年底获得成功。11 CY-结构CYIV主要由强溶剂、防蜡剂、破乳剂等组成，其防蜡剂结构式如下：Rl CH2一COR2 R1 CH2 CH2一R2药剂分子 石蜡分子共 聚排斥Rl CH2一C一OR2 R1 CH2 CH2一R2药剂分子 石蜡分子共 聚12CY-清防蜡剂的清蜡性

54、能从图1可以看出，40 、50 溶蜡速度分别达到44410-3g(ml.min)、83310-3g (mL.min)效果较理想。2CY-清防蜡剂的防蜡性能利用不同浓度的清防蜡剂， 在40C条件下沉积4h，其防蜡性能如表l。CY- 清防蜡剂的防蜡性能 加药浓度 （%）结 蜡 量 （g） 防蜡水 （%） 加药前 加药后 差值 0.3 2.34 1.47 0.87 37.18 0.5 2.34 1.12 1.22 52.14 1 2.34 1.03 1.31 55.98 2 2.34 0.99 1.35 57.69实验结果表明， 在05 的加药浓度下， 防蜡率达到5214 ，其防蜡效果明显。3CY-

55、IV清防蜡剂的降粘性能利用头台油田原油，实验了该清防蜡剂的降粘性能， 其结果见图2、图3。从图中可看出：(1)随着浓度的增加， 降粘率增加，但降粘幅度变小。(2)由于CY一 各组分之间交互作用， 并溶解了低温下析出微蜡晶部分，较大幅度地降低了原油粘度， 当浓度为2时， 其降粘率已超过40。4CY-清防蜡剂的降凝性能图2 头台原油中加入T-同浓度CY一清防蜡剂的粘温曲线实验结果见表2。从表2可以看出，CY一1V清防蜡剂对头台原油具有较好的降凝作用，2 的加药浓度下， 凝固点降低了35C 。通过大量的室内实验， 可看出以下两点。(1)在40C时溶蜡速度达到4.4410-3g(mlm in)，2的加药浓度下对不含水的头台原油降粘率达到40.38。此清防蜡剂清蜡速度快降粘效果好。(2)CY一清防蜡剂适合于低含水、不含水原油的清防蜡降粘。（二）矿场试验1概况头台油田试验区投产后，从1993年12月2日开始首先在5 口抽油机井上进行试驻。在冬季气温低，生产矛盾突出的情况下，经6个多月的生产观测，先期试验的5 口井取得了较好的效果(表 3)。在此基础上，试验区的43 口抽油机井全部推广使用了CY一 清防蜡剂。1994年7月份，头台油田开发区投产137口新井也应用此清防蜡剂。应用结果表明，CY-IV油溶性清防剂适应于头台油田