一種高效有機(jī)解堵劑的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

陳 凱，潘定成，陳 軍，張 強(qiáng)，唐 婧

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300459）

1 概述

蠟質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)在原油中普遍存在，它們會(huì)給石油開采、生產(chǎn)、輸送和加工帶來很多問題。特別是在油田生產(chǎn)過程中，由于溫度和壓力變化，蠟質(zhì)、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)從原油中析出，以結(jié)晶或膠粒形式在近井地帶、井筒沉積下來，甚至堵塞油流通道。國內(nèi)外研究結(jié)果表明，采用有機(jī)解堵劑對(duì)蠟質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)堵塞進(jìn)行解堵，是既經(jīng)濟(jì)又行之有效的增產(chǎn)措施之一[1]。

稠油油田開采過程中油井產(chǎn)能的下降常與有機(jī)堵塞物有關(guān)，伊拉克米桑油田Asmari 儲(chǔ)層和Mishrif 儲(chǔ)層、埕北油田、南堡35-2 油田及印尼SES 等油田對(duì)有機(jī)解堵都有需求。本文在大量實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，篩選出一種性能優(yōu)良的有機(jī)解堵劑，并進(jìn)行配方改良，使得該體系兼具低表面張力，高效的溶蠟、溶瀝青質(zhì)、溶解稠油的優(yōu)良性能。

1.1 石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)定義

石蠟是一種白色或淡黃色固體，由高級(jí)烷烴組成，熔點(diǎn)為37 ℃～76 ℃。分子式為CnH2n+2，碳原子數(shù)為18～30 的烴類混合物，主要組分為直鏈烷烴（為80 %～95 %），還有少量帶個(gè)別支鏈的烷烴和帶長側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴（兩者合計(jì)含量20 %以下）。石蠟在地下以膠體狀溶于石油中，當(dāng)壓力和溫度降低時(shí)，可從石油中析出。原油含蠟量高，油井容易結(jié)蠟，影響油井產(chǎn)量[2]。

膠質(zhì)是指原油中相對(duì)分子質(zhì)量較大（300～1 000）的含有氧、氮、硫等元素的多環(huán)芳香烴化合物，呈半固態(tài)分散狀溶解于原油中。

瀝青質(zhì)是一種高相對(duì)分子質(zhì)量（大于1 000 以上），具有多環(huán)結(jié)構(gòu)的黑色固體物質(zhì)。原油中瀝青質(zhì)的含量較少，一般不大于1 %。當(dāng)瀝青質(zhì)含量增高時(shí)，原油質(zhì)量變壞。通常從使用角度出發(fā)，將瀝青劃分為油分、樹脂、地瀝青質(zhì)。瀝青質(zhì)是膠質(zhì)的進(jìn)一步聚合物。

1.2 石蠟溶劑

主要分成油基溶劑、水基溶劑兩大類。油基溶蠟有三種類型，芳烴包括苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯、異丙苯、混合芳烴；餾分油包括輕烴、汽油、煤油、柴油等；其他溶劑包括二硫化碳、四氯化碳、三氯甲烷、四氯乙烯等。水基溶蠟由水、表面活性劑、互溶劑和堿按一定比例組成。表面活性劑包括烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯硫酸鈉、烷基酚聚氧乙烯硫酸鈉、吐溫等。二硫化碳和四氯化碳由于其本身的毒性以及在原油加工中造成的腐蝕性和催化劑中毒等問題，已經(jīng)禁止使用[3]。

1.3 膠質(zhì)、瀝青質(zhì)溶劑

溶解單劑有兩種類型，一是芳烴包括苯、甲苯、二甲苯等，二是三氯甲烷、二硫化碳等其他溶劑。瀝青質(zhì)不溶于酒精和石油醚，易溶于苯、氯仿及二硫化碳。針對(duì)不同類型的瀝青質(zhì)溶劑是不同的。油分瀝青質(zhì)能溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑；樹脂類瀝青質(zhì)能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有機(jī)溶劑，但在酒精和丙酮中難溶解或溶解度很低；地瀝青質(zhì)不溶于汽油，但能溶于二硫化碳和四氯化碳中。

表1 各種溶劑對(duì)有機(jī)堵塞物溶解性評(píng)價(jià)

2 有機(jī)解堵劑性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

分析天平（0.000 1 g）、烘箱、N80 鋼片、量筒、恒溫水浴；有機(jī)解堵液、LD5-2 原油、10#瀝青、58#石蠟。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

瀝青質(zhì)溶解速率測定：將鋼片放入融化的瀝青中，并迅速取出，得到瀝青掛片；取溶劑樣品10 mL 于25 mL 量筒中，并置于40 ℃水浴，掛片放入溶劑中，液面浸沒掛片；反應(yīng)10 min，取出掛片，用冷無水乙醇清洗后，用吹風(fēng)機(jī)吹干，稱量；計(jì)算溶解速率。

石蠟（原油）溶解速率測定：用熱風(fēng)吹干并稱取鋼片質(zhì)量；將冷鋼片放入融化的石蠟（原油）中，小心取出，得到石蠟（原油）掛片；待石蠟（原油）掛片冷卻成型后，稱量掛片質(zhì)量；取溶劑樣品15 mL 于25 mL 量筒中，并置于45 ℃水浴，掛片放入溶劑中，液面浸沒掛片；觀察并記錄石蠟（原油）完全溶解的時(shí)間；計(jì)算溶解速率。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表1、圖1）

圖1

表2 有機(jī)解堵劑性價(jià)測算對(duì)比

2.4 實(shí)驗(yàn)小結(jié)（見表2）

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)編號(hào)4#、7#、9#、13#四種有機(jī)解堵劑的溶解瀝青質(zhì)、石蠟速率都在4.5 mg/mL·min以上，溶解效果優(yōu)良。通過性價(jià)比評(píng)估篩選，13#有機(jī)解堵劑為理想復(fù)配產(chǎn)品，將開展下階段配方改良。

3 有機(jī)解堵劑改進(jìn)

為了進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品達(dá)到更加優(yōu)良的水溶性、潤濕及破乳性能，對(duì)13# 有機(jī)解堵劑進(jìn)行配方改良。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和不斷改進(jìn)，最終得到PAYJ1#，具體配方為13#+2 %PA-EH+2 %PA-VERT。

通過實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，PA-YJ1#有機(jī)解堵液各組分間的配伍性良好；鉑金環(huán)法測定其表面張力27.94 mN/m，具有較強(qiáng)的返排、潤濕性等性能，滿足現(xiàn)場酸化要求。同時(shí)，還可以起到潤濕反轉(zhuǎn)作用，使結(jié)蠟管壁表面反轉(zhuǎn)為親水性表面，這樣表面活性劑被吸附在油管表面上，有利于有機(jī)堵塞物從表面脫落，不利于其在表面沉積，可以起到防有機(jī)垢的效果。

3.1 有機(jī)解堵劑的解堵機(jī)理

PA-YJ1#是一種油溶性有機(jī)解堵劑，它主要由有機(jī)堵塞物溶解性能強(qiáng)的有機(jī)溶劑與多種表面活性劑及其他助劑組成。油水井、地層及裂縫中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)的沉積均不是一種均勻物質(zhì)，這種不均質(zhì)的沉積物中存在著許多縫隙，解堵劑的有機(jī)溶劑能與這些沉積物相溶，而解堵劑中的表面活性劑具有良好的滲透性能和分散增溶性能，會(huì)沿著沉積物的微縫隙與溶劑一起向沉積物的內(nèi)部滲透，使縫隙逐漸擴(kuò)大，從而造成大團(tuán)塊的解體，脫落和離散，大團(tuán)塊變小，進(jìn)一步被溶解分散掉[4]。同時(shí)，由于表面活性劑被吸附在金屬表面而潤濕金屬表面，使其成為極性表面而阻止非極性的瀝青在金屬表面的吸附和沉積，從而起到防蠟的效果。

有機(jī)解堵機(jī)理總結(jié)為，一是溶解膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟質(zhì)的絮凝沉積堵塞物；二是其中特殊的表面活性劑使不溶于油的堵塞物處于分散狀態(tài)而不聚積隨油排出；三是降低油水界面張力，從而提高井眼周圍地層的滲流能力和疏通流體通道，達(dá)到增產(chǎn)增注的目的。

表3 瀝青質(zhì)溶解速率測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 石蠟溶解速率測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 稠油溶解速率測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 改進(jìn)后有機(jī)解堵劑性能評(píng)價(jià)

為評(píng)價(jià)產(chǎn)品PA-YJ1#對(duì)有機(jī)堵塞物的解除效果，考量溫度對(duì)其溶解效果的影響，開展瀝青質(zhì)、石蠟、稠油溶解實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟與2.2 相同（見表3～表5）。

據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，PA-YJ1#對(duì)有機(jī)堵塞物的解除效果明顯，較單一解堵劑的效果更好；同時(shí)，溶解速率隨反應(yīng)溫度的升高而不斷增加，溶解效果越好。PA-YJ1#各組分之間有協(xié)同效應(yīng)，使其具有很好的潤濕、分散能力，對(duì)稠油溶解適應(yīng)性良好。

4 結(jié)論

（1）該有機(jī)解堵劑PA-YJ1#成本低，單劑來源廣泛，能有效溶解瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、蠟質(zhì)等有機(jī)堵塞物，起到良好的增產(chǎn)增注效果。

（2）有機(jī)解堵液PA-YJ1#對(duì)稠油溶解能力優(yōu)良，能有效增強(qiáng)原油流動(dòng)。

（3）本文使用的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)采用掛片溶解法，較原有過濾法、油砂法測定瀝青質(zhì)、石蠟溶解速率具有更多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)操作簡單、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、數(shù)據(jù)處理方便。