油井固體緩釋清蠟球的作用與應用

張新春(長慶油田分公司第十一采油廠，甘肅 慶陽 745000)

0 引言

原油是一種由各種烴類組成的黑褐色或暗綠、墨綠或透明色，在地面上20℃時失去流動性，呈黏稠液態或半固態狀的可燃物，主要成分碳氫約占96%，氫元素占11%～14%，其中又以碳含量占比高達83%～87%，還有少量的硫、氧、氮、磷、釩等元素。油井固形物是指碳原子個數在(16～42)烴類混合物石蠟。在油井日常生產中，結蠟成為長期困擾油井生產亟待解決的一個問題。油井的連續生產使地層壓力下降，溫度降低。當飽和壓力達到臨界脫氣壓力時，溶解在原油中的天然氣輕質成份不斷逸出，碳原子之間相互吸引產生靜電荷場，運動摩擦阻力黏度增加、流動性變差。石蠟的形成使油層滲流通道堵塞，巖石孔隙的毛細管阻力增加、液體有效滲透率大幅降低，這樣直接后果就是油井供液能力下降，抽油泵工作狀態為供液不足。

1 對油井結蠟的認識

油井結蠟會在油井、井底對抽油泵產生影響。泵進、出口結蠟，會導致抽油泵游動凡爾和固定凡爾漏失，泵工作效率下降，油井產量降低。原油被從井底經抽油泵抽吸舉升過程中，在井筒會產生漸進式結蠟，距地面井口越近溫度越低，結蠟越突出。油層形成是一個復雜的地質復過程，相對于中深油井而言，原油在垂向井筒流動時流經不同的地質層段，受溫度差異的影響，油井表層套管在接觸不同層段時熱傳導能力會有不同，在某一井段某一部位可形成結蠟點，現場修井檢泵起出的油管可以看到結蠟存在于不同位置。

油井管線結蠟使液(油、氣、水混合液)流狀態發生改變，溶解氣快速分離，原油溶蠟能力降低，碳原子(蠟)持續的析出，原油流動時分子間相互摩擦、阻力上升。原油本身除含有油質成分外，還含有膠質和瀝青質，膠質、瀝青質在原油中的特質具備正、反二向性，即事物的兩個方面，即可游離分散原油中碳原子(蠟)的聚集，又可成為碳原子聚集的核心支點、形成蠟包核結晶影響流動。

采油井地面管線鋪設，隨地形地勢的起伏變化。液體流向也隨之改變，動能消耗成倍數增長，使得管線內部液流沖刷攜帶能力在管線末端大幅減弱，蠟的結晶體加速形成，管線回流阻力形成，通過液體傳導效應，在油井、井口表現為井口回壓上升，井下抽油泵壓頭增加、泵漏失量，使油井產量下降。結蠟還會使抽油機機載荷增加，抽油桿鋼性材料彈性形變加大，易發生斷脫現象。

2 影響油井結蠟的主要因素

油井生產受季節更替影響，冬春季晝夜溫差較大是采油井結蠟的高峰期，單井或井組管線因管線埋深不夠，未在凍土層(約90～120cm)以下。造成的流動性(滯緩)而引起的快速吐蠟堵塞管線。

油井放大生產壓差，在一定時期內會增加油井產量。加大液流對管線內壁的沖刷和攜帶能力，降低結蠟點和結垢幾率。即使如此也不會無限放大生產壓差，放大生產壓差的結果是油井、井底周圍迅速形成壓力降，油井因而過早的水淹。由于油層三大矛盾(平面矛盾、層間矛盾 層內矛盾)的存在，放大生產壓差，使邊水、底水或人工注入水、在油層水動力的作用下滲流推進不均衡，形成舌進。

油層受外來液的進入，溫度會逐漸下降。溶解氣逃逸，在油層中形成大量的死油無法采出。外來液形成水淹，占據原油滲流通道，造成單相水滲流，產生不可逆轉趨勢，對于油井而言這也就意味著油井開采的終結，最終影響采收率。在油井整個開采周期內，原油中的蠟隨油層溫度、壓力變化而發生轉化，碳原子(蠟)的形成會降低原油的滲透能力，但也可通過人工干預，利用現有技術條件得到改善。如壓裂、酸化、生物菌類入侵、注入水蒸汽等措施來解決。

集輸管線內結蠟是影響油井正常生產的主要因素，冬季油井輸油管線因管理不善，管線裸露保溫條件不好極易造成凍堵。另一方面與于輸油管線材質有關。內壁粗糙肉眼可見凹凸微粒，管線連接焊點拐彎及起伏的地勢、都可形成蠟的節點。結蠟還與膠質、瀝青質及原油石蠟含量有關，構造內高分子礦物質也會成為結蠟的載體。

油井生產隨季節變化做好調整。夏秋季自然環境溫暖，地表溫度高油井結蠟點降低，系統內溶蠟效果明顯，井口回壓低、油井生產正常。伴隨著環境溫度上升管線內積碳開始增加，碳垢在管線內壁沉淀異常堅固，清理工作極為不易。垢的形成是一個隨時間關系逐漸遞進過程、結垢干預管線通過能力，為結蠟提供依附條件，夏秋季應及時有效解決油井管線除垢，可根據管線清理工作需要。開發具有機械破碎強度兼具化學清垢清垢的固體清蠟球，也可制成散劑加大管線沖刷摩擦力，在正常生產井、井口投加，達到除垢目的。

冬春天氣寒冷，各種因素導致原油溫度損失嚴重，油井管線易結蠟，做好冬防保溫是原油生產中重要的一環，經歷季節轉換部分管線埋深經雨水沖刷暴露在外。為了滿足秋冬季油井生產需要，需要重新確認該掩埋的重新掩埋，不能掩埋的及時進行保溫處理。

3 清蠟球與解決油井結蠟的方法

化學清蠟劑在油田普遍運用，但局限于運輸風險和操作風險。對傳統的清蠟方式進行改進。將水性溶清蠟劑改為固體加化學加生物菌類清蠟球，即便于運輸攜帶又可降低人員操作風險，還可根據生產實際需要、制成不同比例成份的固體清蠟球或清垢球。為解決油井管線因結蠟，而引發的長期流動性差異變化，目前油井生產主要是采取以井口定期投球、加藥、熱洗、掃線等防蠟控蠟措施，來控制油井結蠟速度，延長生產周期。

從油井投入生產，結蠟或結垢至始至終伴隨著油井生產的一大隱患，對固體清蠟球的改進，開發具有符合力學原理又兼具特殊效能的生物、化學清蠟、阻垢清障球，可降低液體清蠟安全運營成本。針對性強，實施重點結蠟油井、重點結蠟管線部位提高效能比，應對于傳統水溶性清蠟劑、大面積投加效果不明顯等情況。目前在用的油井清蠟球是用工業橡膠制成，對稍有變形或因結垢，內徑縮小的管線無法適用。改投用增稠劑、化學清蠟劑配方制成的固體清蠟球清障管線，就可達到解決此項問題。首先設定化學清蠟球所含配比成份，在經過理想破碎強度試驗，擠壓成固體球形。在抽油井、井口投加，依靠管線內液流壓力沿管線到達卡阻點，卡阻后球體無法正常通過，形成堵塞。此時后續液流不斷涌來，管線內壓力急劇上升，直至球體破碎瞬間釋放，達到定點清除，從而解決了結蠟、結垢重復疊加管線變細的問題。使用合成固體清蠟、除垢球，在原油輸送過程中完全消解在原油中。還可省去站內收球設備的安裝，減少巡檢點和操作。投球、加藥、熱洗的目的是為了預防和減緩輸油管線結蠟、生垢的速度，延長使用周期減少地面重復投入成本。

3.1 對清蠟方式的認識

為改變油井生產中凸顯的矛盾，有效解決油井結蠟影響。完善油井固體清蠟方式和投球目的。根據Holder(1963 年)提出的原油蠟結晶變化理論；碳原子個數在(16～24)易構成網狀結構，加入化學試劑后，蠟晶體在平面上的延展性受到抑制，但在縱向上厚度增加。化學試劑濃度進一步加大，蠟晶體轉變為樹枝狀結構。再繼續增加化學試劑濃度，蠟晶呈現出四角錐或斜方柱狀體，不易結成三維網狀結構，相互之間也不在連接，傾點降低，進而改善原油的流動性。依據實驗原理，對防止油井、井底、井筒及管線結蠟機理分析，結合本油田區塊原油物性，固態結晶體形成結構過程。分析單井或井組管線的管理內壁阻垢優化及化學防護措施，制作物理固體清蠟與化學融蠟相結合的清蠟球，培養生物食蠟菌加入球體改善管線液流通道環境，保持較好的生產效果。

3.2 固體清蠟球的作用

固體清蠟球在化學運用上可劃分為；親油基和親水基兩種方式，親油基附著在蠟表面與水隔離，高分子聚乙烯具有極性基團溶于油。當溫度降低時它與原油中的蠟產生共晶，利用極性基團抑制蠟晶的增長。當高分子聚乙烯溶解在原油中，成為蠟的結晶核心、被吸附在聚乙烯的碳鏈上，受高分子碳鏈空間阻隔使蠟不能聚集長大，從而減少油井的結蠟達到防蠟的目的。親水基與原油接觸，親水基在蠟的表面形成一層親水膜，防止蠟的結晶沉積，而達到防蠟的效果。增稠劑可以防止表面活性劑在含水的原油中快速溶解，阻垢劑減緩管線內壁垢的沉積，形成游離狀態失去物理付著作用。

通過對原油物形的認識，了解其蠟分子結構狀態，改變主要由高分子聚乙烯、穩定劑和EVA(乙烯-醋酸乙烯酯聚合物)及增稠劑，地層水和原油流體還原物(碳氫)形成的垢，可考慮在固體清蠟劑中添加適當劑量的阻垢劑，減輕管線內壁形成的阻力點。在制作固體清蠟球時既要考慮它的破裂承壓強度，也要考慮清蠟球的通過能力和融蠟能力，可根據不同井距管線長度單位，實施不同配比比例成份和不同類型的清蠟球。突出清蠟、融蠟和除垢的綜合效果。在外形上可制成圓形膠囊狀、具有緩釋作用。內包分散粒狀，通過投球裝置進入管線到達一定位置逐步溶解釋放內包分散顆粒，做到及時清除。也可根據管線直徑制成略小于管線直徑球狀體，依靠清蠟球固有的強度，能夠承壓0.5～1.0MPa 的機械壓力，對管線內壁的蠟碰撞剮蹭，具有物理清蠟的能力。同時釋放表面活性劑、增稠劑、阻垢劑起到化學清蠟、阻垢的效果。管線內壁在機械清蠟和化學清蠟阻垢相互作用下，產生兩種清蠟效果。

4 結語

在油井日常生產中，原油在油井中結蠟會在油井、井底對抽油泵產生影響。泵進、出口結蠟，會導致抽油泵游動凡爾和固定凡爾漏失，泵工作效率下降，油井產量降低。通過油井固體緩釋清蠟球的運用，可以有效減輕石油生產過程中結蠟效應，提高生產效能，節省動力能源的消耗。