化學清防蠟技術

李世洪 孫巖 林品然 楚海強（北京迪威爾石油天然氣技術開發有限公司）

馬朝艷（中國石油天然氣管道局第五工程公司檢維修分公司）

一、概述

根據原油物性，華北油田、大慶油田、大港油田等各大油田的主力區塊多屬于石蠟基原油。蠟含量一般在15%以上，有的甚至高達30%。

該類原油在開采過程中，會遇到石蠟不斷析出進而造成油井、集輸管線出現蠟堵問題。

解決石蠟析出造成的油井和管線堵塞問題常用技術包括物理清防蠟和化學清防蠟兩類。其中，物理清防蠟技術包括磁防蠟、超聲波防蠟、通球清蠟、油井刮蠟器清蠟等；化學清防蠟技術主要是利用防蠟劑減緩石在油井和管線壁上的沉積，然后周期性地配以化學清蠟劑進行清蠟。總體的工作方針是，以防為主，清防結合。

化學清防蠟技術是目前使用最廣泛、效果最穩定有效的方法之一，成為各油田生產單位的首選。

二、原油中蠟的結晶規律

原油中蠟含量超過3%一般即認為是含蠟原油，含蠟量超過10%即被認為是高蠟原油。我國大部分蠟含量超過了10%，如大慶、任丘等油田原油的蠟含量都接近15%，甚至更高。

石蠟基原油在一定溫度下，蠟以溶解狀態存在于原油中，以下兩種情況會破壞溶解平衡，使蠟析出：

（1）在開采過程中，隨著原油從井底沿井筒的流動，原油的溫度和壓力下降，天然氣脫出，降低了原油中低分子烷類對石蠟的溶解性，蠟開始析出，形成微晶并逐漸長大，沉積于管壁表面；

（2）在長輸管道中，隨著輸送距離的增加，原油溫度下降，同樣會破壞蠟的溶解平衡，蠟的溶解度降低，蠟晶形成并長大。

原油中析出的蠟是由C18～C35的正構烷烴(石蠟)組成，同時含有少量的C35～C64的異構烷烴（地蠟）以及膠質、瀝青質、泥砂、水等。

原油中蠟的析出并不斷沉積在井筒、長輸管線管壁上，形成沉積層，縮小了油流通道，造成流動阻力增加，甚至造成油井、管線停產。

原油中蠟的沉積與析出符合以下規律：

（1）原油含蠟量越高，結蠟越嚴重；

（2）稀油比稠油結蠟嚴重；

（3）油井開采后期較開采前期結蠟嚴重；

（4）低產井和井口溫度低的油井結蠟嚴重；

（5）油井見水后低含水（含水＜30%）階段油井結蠟嚴重，而含水升高到一定程度后，結蠟有所減輕；

（6）表面粗糙的油管比表面光滑的油管線結蠟嚴重；

（7）出砂井容易結蠟；

（8）油井結蠟嚴重的地方不是在井口或者井底，是在油管一定深度，此點與溫度有關，即原油中的蠟集中在某一溫度段結晶析出。

為了有效避免石蠟沉積引起的生產事故，必須對蠟的沉積引起足夠的重視。目前解決該類問題一般貫徹“以防為主，清防結合”的方針。雖然清防蠟的方法比較多，但綜合考慮高效、經濟、適用性等各方面，化學清防蠟仍是措施首選，即連續向原油中加入防蠟劑以減緩蠟的沉積，定期加入清蠟劑清除沉積出的蠟。

三、防蠟劑的分類、作用機理及現狀

1.防蠟劑的分類及作用機理

按作用機理分：

（1）管壁吸附型：該類防蠟劑加入原油中后，會強烈地吸附在管壁上，并在內壁形成親水疏油層，起到防止蠟在管壁上吸附和沉積的作用。其作用機理見下圖。

藥劑加入原油中后，親油基吸附在管壁表面，親水憎油基團伸入原油中，阻止了蠟向管壁的運移和沉積，達到防蠟的目的。

（2）乳化水膜型：該類防蠟劑加入含水原油中后，會將原W/O乳狀液轉化為O/W、水漂油、水漂O/W、水漂W/O等復雜體系，體系外相為水，不斷析出的蠟被水包裹，無法運移到管壁，因此能有效地防止蠟的沉積。其作用機理示意圖如下。

（3）蠟晶改進型：即向原油中加入蠟晶改進劑，蠟晶改進劑加入后使蠟晶無法按規整狀態長大，無法有效形成蠟晶，從而減緩了蠟的析出，另一方面析出的蠟吸附在管壁上后，比較疏松，致密性差，容易被油流帶走，進一步減緩了蠟的沉積。以下是加入蠟晶改進劑后油井結蠟的結構性區別，由圖可見，加入蠟晶改進劑后，蠟晶結構松散，且與管壁的著力降低，容易被流體帶走，不會產生大量沉積。

（4）復合型：即同時具有上述幾種作用形式，一般為復配型藥劑，通過藥劑間的協同效應，促進各功效的發揮。

按藥劑狀態分：

（1）溶液型：利用兼具溶蠟功能的溶劑，將防蠟劑制成溶液，通過油井套管間歇、段塞式注入或由泵連續注入集輸管線中。

（2）固體防蠟塊：將合適的溶劑、防蠟劑、緩釋放助劑制成蜂窩狀防蠟塊，下到井筒中并固定在抽油桿上。有生產過程緩慢溶解在油流中，起到防蠟的效果。

2.防蠟劑技術現狀

目前，原油防蠟劑的品種較多，作用機理各有側重、適用不同性質和不同生產階段的原油。其中用到的表面活性劑主要有石油磺酸鹽、二聚氧乙烯烷基胺、烷基苯磺酸、C12～C18烷基三甲氯化銨、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烷基苯酚醚、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚、山梨醇酐單羧酸酯聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基硫酸酯等；用到的蠟晶改進作用的藥劑包括稠環芳烴中的萘、蒽、菲、苊芘、苯并苊、甲基萘、二甲基萘、萘酚等，還包括高分子中的聚乙烯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酸酯、乙烯-順丁烯二酸十八烷基酯共聚物等；溶劑一般選用煤油、柴油、混合芳烴等。

防蠟劑中以蠟晶改進為主的防蠟劑適用范圍較廣、性能穩定而得到了應用單位的肯定，但于由于其中的蠟晶改進劑在溶劑中的溶解度低，使的加藥成本較高，其使用受到了一定的限制，因此目前防蠟劑品種并不是很多，雖然有許多石家生產的藥劑稱為防蠟劑，但實際上是以清蠟為主。目前比較有代表性的防蠟劑有中國石油工程設計公司的HP、HFL、HJN、HBJ等、大慶油田、勝利油田等油田科研單位研制出的AX-218、KRQ-1等。

其中大部分藥劑是不同作用機理藥劑的復配物，藥劑間存在的協同效應大大提高了藥劑的綜合防蠟效果，基本能滿足生產過程對防蠟的要求。

目前許多研究單位的研究重點仍舊放在尋找新型的原料物質、針對不同性質的原油選擇不同組成與配比、優化藥劑形態及相應的使用工藝等方面。

四、清蠟劑的分類、作用機理及現狀

1.清蠟劑分類及作用機理

按作用機理分：

（1）溶劑溶解：選用蠟的優良溶劑，通過對沉積蠟的溶解或者溶脹，使沉積出的蠟重新溶解在溶劑中，并進入油流中被帶走。

（2）熔化清蠟：該類藥劑進入原油系統中后，會發生可控制的激烈反應，產生大量化學熱，使原油產生高溫段塞，將已經沉積出的蠟熔化后，隨油流帶出。

（3）反應松化：該類藥劑與沉積蠟接觸后，會與沉積物中的膠質、瀝青質等極性物質反應，生成水溶性物質隨油流帶走，使致密的蠟沉積層變成蜂窩狀，結晶強度、與管壁的結合強度都大幅度降低，可被油流帶走達到清蠟的目的。

按藥劑狀態分：

（1）油基清蠟劑：油基清蠟劑主要由溶劑、互溶劑、表面活性劑、增重劑等組成。其主要成分是溶劑，其它組份起增效和提高使用性能的作用。由于溶劑為有機溶劑，會進入到原油中，因此從原油加工的角度考慮，對溶劑的選擇有許多規定。如二硫化碳、四氯化碳等溶劑，雖然對蠟的溶解性極佳，但由于帶入原油的硫、氯等會使原油的加工過程的催化劑中毒而被限制使用。

（2）水基清蠟劑：主要是以水為分散介質，水中溶有表面活性劑、互溶劑等其它具有清蠟作用的物質。其中的清蠟物質可根據使用條件選擇不同作用機理的化學物質。

（3）乳液型清蠟劑：該類清蠟劑是油基清蠟劑與水基清蠟劑的復配產物。其中以水為外相，水中溶解有表面活性劑、互溶劑等適用的清蠟物質組份；蠟的優良溶劑作為內相，以乳化液滴的形式存在。這類乳狀液在常溫條件下是穩定的，具有足夠的貯存穩定性。但在油井或管線高溫條件下經與原油接觸會迅速破乳分層，釋放出其中的有機溶劑溶解析出的蠟。與此同時其它不同作用機理的化學物質一起作用于蠟層，起到良好的清蠟效果。

2.清蠟劑技術現狀

由于我國石蠟基原油所占比例很大，因此清蠟劑研究開展較早而且比較成熟。現有的清蠟劑品種較多。清蠟劑中常用的溶劑包括苯、甲苯、二甲苯、混合芳烴、汽油、煤油、柴油等；互溶劑主要包括正丙醇、異丙醇、乙二醇、丙三醇、丁醚、乙二醇單丁醚等；常用的表面活性劑包括磺酸鹽類、季胺鹽型、聚醚型、吐溫型、平平加型、OP型等。

油基清蠟劑中，原有的一些清蠟劑因為原料含有限用物質而被禁用，如大慶Ⅲ號、BJ系列清蠟劑等。為了滿足現場生產需要，一些符合原油加工要求的清蠟劑被相繼開發出來，如北京迪威爾石油天然技術開發有限公司的DFL、DQL等，大慶油田研制的大慶Ⅲ號以及其它單位研制的DW-8102、DW-8105、ME9104、BHO-1、LH-XⅢ等。

目前各單位研究的側重點為尋找更高效、低廉的蠟溶劑、蠟晶改進劑以及具有協同效應的其它清蠟助劑，同時通過改變藥劑狀態降低加藥成本，提高清防蠟效果。如中國石油工程設計有限公司的HP防蠟劑，即做成固體狀態，下入到井中，在油井溫度下緩慢溶解，降低了加藥成本，延長了藥劑作用時間，收到了良好的防蠟效果。

五、原油清防蠟技術的發展趨勢

根據工業生產中對原油清防蠟劑的需求及現場生產實際情況，原油的清防蠟劑呈現如下四個發展趨勢：

藥劑本身性能的提高：包括尋找新型高效的藥劑原料，降低藥劑生產和使用成本。各研究單位在此方面的工作一直沒有停止過，致力于尋找更為廉價、高效的蠟溶劑和溶解性、防蠟性能更為優良的蠟晶改進劑，同時研究更適宜的藥劑使用方法，包括改變藥劑狀態以及使用工藝等。在一定時期內，該方面仍是研究工作的一項重要內容。

提高藥劑的適用范圍：目前大多數油田進入了中后開采期，三次采油、油井出砂等使采出液組成發生了很大變化。原油中聚合物、泥砂含量等雜質含量增加，這些物質可能成為蠟結晶的晶核，并改變其原有的單一結晶狀態，這就要求清防蠟劑必須考慮雜質對蠟結晶的影響。

藥劑與其它裝置的配合使用：目前已證明具有清防蠟作用的技術包括超聲波、油管內襯及防蠟涂層、強磁防蠟等。這些方法對抑制蠟的沉積和對沉積蠟結構的破壞表現出令人滿意的效果，但單獨使用這些方法仍無法滿足生產需要，為此將藥劑與這些新技術配合作用將極大提高清防蠟的效果，并有效拓展技術的應用范圍。例如超聲波+固體防蠟劑技術、強磁防蠟器+表面活性劑清防蠟技術等。這些技術除要求選擇合適的超聲波、磁防蠟器等裝置的參數外，還應考慮其與藥劑間的配合問題。

清防蠟綜合性能：提高藥劑的綜合性能，使藥劑同時具有清防蠟的雙重作用，而且都基本上能達到單劑的作用效果，簡化加藥工藝和加藥成本，提高技術應用效益。

六、化學清防蠟技術應用實例分析

DQL和DFL是針對國內石蠟劑原油的特性開發的高效清蠟劑和防蠟劑系列。在華北油田某區塊生產中得到了應用，并取得了很好的效果。

應用區塊為典型的石蠟基原油，在開采過程平均單井的洗井周期只有15～20天，每次洗井用水30m3，洗井時間4～5h。洗井后，在2～3天的時間內油井只出水洗井水，無原油產量，嚴重影響了油井的生產時率。

采取以HFL防蠟劑進行防蠟處理，以HQL清蠟劑定蠟的方法，有效地解決了油井熱洗頻繁的問題。熱洗周期由原來的15～20天延長至40～50天，延長了一倍以上，而且生產電流下降，經濟效益顯著，而且避免了洗井水對地層的傷害。

結束語

化學清防蠟技術作為效果穩定、使用工藝簡單得到了廣泛的推廣應用。但在使用過程中，存在著對環境危害風險，綠色、環保的清防劑將是未來研究的方向與重點。