油井電磁防蠟室內試驗平臺的設計和方法

高寶元，高詩惠

(1. 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司 鉆采工程技術研究院，陜西 西安 710018；2. 低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

某油田開發層系較多，各層系原油性質的不同，油井結蠟程度存在差異，有的區塊結蠟程度比較嚴重。原油從油層滲流到井底，又從井底舉升到地面上，過程中壓力和溫度不斷下降，蠟就會從原油中不斷析出。如果蠟沉積到油層流通孔道中，就會堵塞油層空隙，降低了油層滲透率，阻礙油流入井；如果蠟沉積到井筒設備的表面上不僅縮小流通截面積，增加油流阻力，影響油井產能，還可能造成抽油泵失效和損壞；如果蠟沉積到油管的內壁表面上，則會減小油管的有效直徑，嚴重時會把油管堵死，造成抽油桿卡死，增加井口回壓和躺井率，迫使油井停產，結蠟會影響油井正常生產，加大抽油井懸點載負荷，增加了系統能耗，降低了系統效率和泵效，使油井產量下降。油井結蠟是影響油井高產穩產的突出問題之一，所以在油井生產過程中，防蠟是很重要的一項工作[1]。目前防蠟的手段比較多， 通常采用阻垢劑、緩蝕劑等化學藥品來防止油井結蠟。這種方法勞動強度大，成本高，效果差，污染環境[2]。針對在室內沒有辦法檢驗油井電磁防蠟效果的問題，設計出油井電磁防蠟室內通用動態試驗平臺，解決了油田沒有專門的在室內準確模擬出動態環境下油井電磁防蠟情況的缺陷[3]。

1 油井電磁防蠟機理

根據電磁波傳播理論，電場轉換為磁場，磁場又轉換為電場，電磁場沿著油井管線向兩端傳播，在能量沿管線傳播過程中磁場作用于管線內的原油，通過磁致膠體效應，使原油中蠟質點帶有負電荷，經磁場處理后，蠟質點在感應磁場的作用下，其分子間的力受到干擾，不再按原來的規律排列，抑制了蠟晶的生長，減緩了蠟結晶過程；通過氫鍵異變效應，在一定強度磁場作用下可以打斷蠟的氫鍵，改變蠟的鍵角或鍵的強度，使其不易構成鍵架，破壞了蠟晶間的聚結，使蠟晶不易聚集，從而防止蠟從原油中析出，堆積在油井筒內表面和抽油桿上，使它失去脫離原油而附著在油井筒內表面和抽油桿上的能力，使蠟分子懸浮在原油中，不易結晶析出從而達到防蠟的目的[4]。

2 油井電磁防蠟室內試驗平臺結構設計

油井電磁防蠟室內試驗平臺結構如圖1所示[5]，包括恒溫水浴箱和變頻電磁場激勵源，恒溫水浴箱內設有2個實驗箱，恒溫水浴箱外兩側分別設有循環泵，2臺循環泵分別連接變頻器；循環泵的出口分別與2個實驗箱的下端進口連通，循環泵的上端進口分別與對應的實驗箱的上端出口連通；其中1個實驗箱的出口與其對應的循環泵進口連通的管線上設置感應器；變頻電磁場激勵源與感應器連接，位于恒溫水浴箱外。

圖1 油井電磁防蠟室內試驗平臺結構示意

平臺包括流體循環部分和溫控部分。其中流體循環部分又可分為電磁場處理部分、對比實驗部分和流速控制部分。

2.1 流體循環部分

實驗選用2臺循環泵分別為電磁場處理部分和對比實驗部分提供循環所需動力。電磁場處理部分在實驗過程中將變頻電磁激勵源的輸出端經導線連接感應器，即可形成變頻電磁場對流過的液體進行電磁處理，而對比實驗部分直接通過管線與實驗箱連通實現循環。流速控制部分中，為了能夠控制流體的流速使用了變頻器，通過調節變頻器的頻率即可改變循環泵的轉速從而實現對流體流速的控制[6]。該實驗中，流體采用的是原油，流量計量采用電磁流量計。

2.2 溫控部分

溫控部分中，為了能夠控制原油的溫度并盡量使溫度恒定在設定值上，將實驗箱放置于恒溫水浴箱中保證實驗原油溫度穩定。為了使原油能夠循環且電磁場處理部分和對比實驗部分相互不干擾，將2個相同尺寸的實驗箱并排架在恒溫水浴箱上并使箱體浸沒在水浴中。實驗箱底部內側正中央和2個側面內部中央均貼有試片，試片材質為鋼片。實驗箱的出口與其對應的循環泵進口連通的管線上均設有流量計。

為了能夠實現對溫度的控制，溫控部分使用了1個超級恒溫器與水箱內的水進行循環，通過調節超級恒溫器的溫控元件就可以使水箱內的水溫恒定在設定溫度。

為了得到不同位置的結蠟量，實驗中使用了多個試片。在2個實驗箱中用鐵絲分別掛2個試片，用防水玻璃膠在2個實驗箱的底部和其中2個側面分別貼一個試片。電磁場處理部分與對比實驗部分試片位置一致。

3 油井電磁防蠟室內試驗方法

油井電磁防蠟室內試驗方法如下：

1)分別稱量幾個試片的質量并掛在實驗箱內，同時在實驗箱底部和側面均貼上試片，對試片進行編號并記錄，靜置24 h且使試片不易脫落。

2)將變頻電磁激勵源輸出端導線在感應器上纏繞20～40圈(試驗時通常纏繞30圈)。

3)設定實驗需要的恒溫水浴箱的溫度。

4)在2個實驗箱中加入等量的原油，液位為80 cm，并檢驗各部分的密閉性。

5)打開變頻電磁場激勵源并開啟循環泵使原油開始循環。

6)每4 h觀察實驗箱及恒溫水浴箱中的液面高度，根據現場情況向2個實驗箱中加入等量的原油并及時向恒溫水浴箱中補水，確保實驗箱浸沒在水浴中。

7)實驗運行1個周期(7 d或15 d)后停止循環，排出實驗箱及管線中的液體，取出各個試片并放入干燥箱中烘干且稱重，同時在顯微鏡下觀察結垢形態，記錄并分析各種結垢情況得到溫度、流速對電磁防蠟效果的影響規律。

通過比對結果，通電磁的試驗箱中的試片質量幾乎沒有變化，而正常實驗的試驗箱中的試片上結了蠟，使得試片的質量明顯增加。因此，該電磁實驗能有效地防止結蠟。同時，在該試驗中，試片采用的材質與各部件連接的管線(即油管)的材質相同，能有效地延長管線的使用壽命[7]。

4 室內試驗效果

該油井電磁防蠟室內試驗平臺，可以短時間內證明電磁防蠟效果，是一種低成本、高效率的長效性防蠟方法。該方法能產生變頻強電磁場，引起蠟分子的內共振，導致蠟晶結構與形狀發生變化，抑制了蠟分子的結晶過程，同時對已形成的蠟晶產生一定的破碎作用，從而達到防蠟的目的[8]；可明顯減少因蠟卡、蠟堵等造成的修井作業次數，延長油井修井周期；由于熱洗和作業次數的減少可明顯提高油井生產時率，保證連續不間斷生產，從而達到增加原油產量的目的；油井使用電磁防蠟后，流體阻力顯著降低，其流體運行速度與原記錄比較，可提高10%～15%，有利于提高泵效和系統效率[9]。

5 優 點

1)電磁防蠟與化學防蠟相比，沒有副作用，沒有維護工作量，不受雨雪天氣等惡劣環境的影響，同時也不受道路、機械故障的影響，解決了路途遠和路況差，油井的加藥和熱洗作業難的問題[10]。而原方法是從井口加入化學清蠟劑會殘留在原油中，同時對環境有污染。電磁防蠟的應用可以解決藥劑費用高，勞動強度大，清蠟次數頻繁等問題。

2)由于油井變頻電磁防蠟效率高，作用時間長，使用方便，無須割開管道，無需停產安裝，功率小，節能環保，安全可靠，省去或減少阻垢劑、緩蝕劑等化學藥品的使用，節省人工阻除垢費用，應用前景將是十分廣闊的[11]。

6 結束語

油井電磁防蠟室內試驗平臺對人體和環境沒有任何影響，屬于安全、環保、節能型室內設備，符合安全環保要求[12]。油井電磁防蠟室內試驗平臺可在室內安全環保準確地模擬出動態環境下油井電磁防蠟情況，利用靜態實驗優選出的相關參數進行動態實驗，通過對比試驗結果，了解油井結蠟方面的生產技術現狀，摸索出適合油田特征的油井防蠟技術及方法，并得到溫度、流速等對電磁防蠟效果的影響規律[13]。