PY—1化學固體防蠟劑對抽油效率的提升分析

吳岸

摘 要： 介紹了石蠟的化學組成及性質，概括了石蠟的沉積理論，以及化學防蠟劑作用機理。針對化學防蠟劑的分類，詳細闡述了固體防蠟劑的組成及使用特點。在國內某油田的應用中，PY-1化學固體防蠟劑除蠟效果明顯，能有效減小抽油機的工作負載，提升了系統效率。在長達近一年的觀測中，油井的抽油效率并未明顯下降，PY-1化學固體防蠟劑表現出了優異的防蠟周期。

關 鍵 詞：石蠟；防蠟劑；固體防蠟劑

中圖分類號：TE 624 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1848-03

Abstract： The chemical composition and properties of paraffin wax were introduced， the paraffin deposition theory was summed up， and the action mechanism of chemical paraffin inhibitor was discussed. According to the classification of chemical paraffin inhibitor， the composition and use characteristics of solid paraffin inhibitor were elaborated. In a certain oil field， chemical solid wax paraffin inhibitor PY-1 obtained better application effect， reduced the work load of pumping unit， and improved the system efficiency. In one year observation， the pumping efficiency of oil wells did not decline obviously， chemical solid paraffin inhibitor PY-1 showed excellent wax inhibition performance.

Key words： paraffin； paraffin inhibitor； solid paraffin inhibitor

我國開采的原油多為凝固點和粘度較高的含蠟原油，其產量可占總產量的70%以上[1]。高含蠟原油具有易凝結、低溫流動性差等缺點，尤其在石油開采和長距離運輸過程中容易產生凝結析出，阻塞了管道，嚴重影響了石油的勘探開發進程。因此，解決石蠟的附著沉積問題成為石油工業中亟待解決的問題之一。

目前除防蠟技術有機械清蠟、熱力清防蠟、添加內襯的表面能防蠟，以及化學防蠟劑等。在油田的應用中通常使用多種除防蠟技術相結合，已達到最大效果。

1 石蠟的化學組成及性質

石蠟是由正構烷烴、異構烷烴和環烷烴組成的混合物。其基本的分子結構呈折線形排列（圖1）。

因組成碳鏈的長短及結構不同，蠟可呈現出粗晶蠟、微晶蠟等形態，不同種類的蠟性質不同。原油中的蠟多以碳數范圍C18～C30的石蠟為主，其蠟晶顆粒之間相互連接構成了一種三維網狀結構，并沉積于管壁，這是構成油井結蠟的主要原因。石蠟與微晶蠟的組成對比如表1所示。

原油是一個十分復雜的混合體系，在實際的開采過程中所遇到的結蠟組成十分復雜，為黑色半固體固體物質。除了正構烷烴混合物外還存在著各種膠質、瀝青質，以及井底的泥沙等雜質。結蠟的組成成份不同，所選用的清除方法及除蠟劑配方也有所差異。因此，在進行除蠟作業之前，首先要對結蠟的種類進行分析，有針對性的選用除蠟劑[2]。

不同的油田，因原油性質差異較大其沉積現象也有所差異。通常情況下，可以通過原油成分的鑒定來確定結蠟現象出現的難易程度。原油中蠟成分含量越高，油井的結蠟現象越容易出現；反之，原油開采的高含水階段油井的結蠟現象有所緩解。高產井由于流體運動運動速度快等因素也結蠟現象較輕。此外，油井的出油溫度、內部溫差大小，以及油管表面的粗糙程度都對結蠟現象的發生有著較大影響[3]。

2 石蠟的沉積理論

由于原油體系各種物質的構成十分復雜，而且石蠟沉積過程還涉及到了相變等熱力學、動力學過程，這使得對于沉積理論的研究十分困難，存在多種沉積理論[4]。

溶解度理論把原油看作是一種溶液，石蠟在原油中的存在狀態受溶解度影響。原油中輕質餾分較多時，可以溶解較多的蠟。當環境壓力下降時，輕質餾分（如天然氣等）從原油中分離，導致蠟的溶解度下降；溫度的突然變化也可以引起溶解度的改變。

結晶理論把石蠟的析出看作是結晶的過程。此過程分為成核和生長兩個過程，其中成核物質可以是瀝青質、膠質等物質，它們其實可作為一種表面活性物質，其非極性的長側鏈可以參與石蠟的內部成核構成，而分子中的極性基團外露于蠟晶的表面，相互之間吸引連接，促進了各個蠟晶的聚集。

擴散理論認為，原油在管道中流動時，其內部和壁面之間存在有溫度差。因此，溫差導致了管道內部與管壁處溶解蠟的濃度不同，這就存在了濃度梯度，蠟分子逐步由中心向著管壁方向移動并最終在管壁沉積。

相平衡理論把石蠟的沉積過程看作是氣、液、固三相之間的熱力學相平衡。石蠟的沉積在熱力學上是一個可逆的過程，因此可以通過補充熱量的方法使管道中的石蠟溶解用于除蠟。

3 化學防蠟劑作用機理

在原油中存在著數量眾多的蠟分子束。當這些分子束的溶解量達到飽和時，或者周圍環境溫度的下降導致其溶解度下降時，蠟分子的溶解平衡就會被破壞，石蠟從溶液體系中析出。而晶核的存在為蠟的結晶析出過程提供了聚集的生長中心[5]。析出后的石蠟在金屬表面堆積生長。

因此化學防蠟劑主要從兩個方面來解決石蠟的沉積。一是保護金屬管道表面，通過改性使其具有親水性，阻礙石蠟的附著。二是使得石蠟微粒各自處于分散的狀態，阻礙其聚集生長[6]。

4 化學防蠟劑種類

化學防蠟劑按照防蠟機理不同可以分為油溶型清防蠟劑、水溶型清防蠟劑、乳液型清防蠟劑、固體防蠟劑。

油溶型清防蠟劑的主要成分為有機溶劑、表面活性劑以及少量聚合物，其對蠟的溶解清除作用較好，但密度小，易燃，且對環境有一定影響。

水溶型清防蠟劑主要成分為水和多種表面活性劑，其中表面活性劑的作用是在管壁上形成一層親水性的膜，從而起到阻止蠟附著的作用，但其作用效果一般，在低溫環境下適應性小[7]。

乳液型清防蠟劑是水包油型乳狀液，具有油溶性和水溶性防蠟劑的優點[8]。由于其密度較大，使用時在油井底部破乳，對油井底部的清除作用較好。 但是儲存時要避免破乳，且在油井底部要及時破乳，使用條件較為苛刻[9]。

固體防蠟劑的組成主要由高壓聚乙烯（LDPE）、乙烯一醋酸乙烯醋聚合物（EVA）以及穩定劑構成[10]。可以根據使用要求由模具制備成一定形狀，如蜂窩狀。在使用時將其置入井中，由于環境溫度的作用固體防蠟劑可以緩慢溶解釋放。這兩種聚合物的CH2-CH2鏈節與石蠟分子相似，析出的微晶被附著在長碳鏈上，由于分子鏈之間的空間作用，微晶不易聚集生長，從而達到了防蠟的作用。此外，EVA中還含有一定的極性基團，存在于蠟顆粒的外部，阻礙蠟結晶顆粒之間的作用力，減緩了蠟晶進一步長大。

固體防蠟劑由于釋放緩慢，具有防蠟周期長的特點，一次防蠟周期可長達半年左右，且造價較低[11]。但其只對特定的油品作用較好，在具體使用過程中，應根據具體的環境特征調配不同配方的固體防蠟劑。PY-1型固體防蠟劑由主防蠟劑、溶解控制劑、分散劑等按照一定比例在加熱條件下通過注塑機在模具中高壓定型[12]。

5 PY-1固體防蠟劑性能評價

取國內某油田油井的原油試樣，采用原油動態結蠟率測試儀，測試PY-1固體防蠟劑對于此油井原油的防蠟效率。根據SY/T6300-2009《采油用清防蠟劑技術條件》進行測試[13]，分別配比了不同濃度的防蠟劑試樣，實驗結果如表2。

由上表可以看出，此種防蠟劑在較低濃度下（20mg/L）就可以體現出較好的防蠟效果，說明此種防蠟劑可以有較長的使用時間，效果優秀。

進一步考察PY-1型固體防蠟劑在油井中的時地使用效果。將固體防蠟劑的組合塊下入結蠟嚴重的油井的下端，測量抽油機在防蠟劑注入前后的工作效率。測試結果如表3。

PY-1固體防蠟劑的加入減小了抽油機的負載率，提升了系統的效率。證明PY-1型固體防蠟劑對于該油田的沉積石蠟作用效果良好。

將該油井進行長時間的現場觀測，測試結果表明，PY-1型固體防蠟劑的加入能長時間穩定降低抽油載荷，平均載荷降低了約10kN左右，大幅提升了抽油效率。并且防蠟周期大大延長，超過了200 d。

6 結束語

石蠟在油井和管道中的沉積嚴重阻礙了石油的開采過程，大大增加了生產過程所消耗的能源。為了提升生產效率，需要定期對油管進行清蠟處理。PY-1型化學固體防蠟劑具有優良的除蠟防蠟作用，對抽油效率提升作用顯著，而且由于其緩慢釋放的特點，能夠有效延長防蠟周期，降低生產成本。推廣固體防蠟劑在油田中的應用，將取得更好的經濟效益。

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