一種井下固體防蠟技術的設計及應用

李長生 李光 苗苗 王靖利 張艷艷 婁治生

（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

清防蠟是保證機采井正常合理生產的有效措施之一，清防蠟方式有物理類、化學類、生物類等多種，國內外各油田對各類清防蠟技術有不同程度的研究與應用。其中，國內外各油田對于熱洗清蠟研究較多，包括熱水熱洗、熱油熱洗、采出液循環熱洗以及電加熱等多種技術，同時研究了不同井況條件下的適應性，為機采井有效選擇不同清蠟方式提供了理論依據。近些年來，M油田大力開展以熱洗為主要內容的機采井清防蠟技術研究并付諸實踐，取得較好效果，全油田平均單井清蠟周期由原來的94 d增加至172 d，延長了83.0%。但由于M油田由多個區塊組成，不同區塊地質條件不同，采出液性質差異大，個別區塊因采出液含水率低、蠟質瀝青質含量高而導致清蠟周期仍然較短，最短的清蠟周期不足30 d。機采井清防蠟技術應當滿足特殊井的需要，改“大水漫灌”為“精準滴灌”。治理方式的轉變要求技術思路的改變，不能以熱洗這項單一技術施策所有機采井，應當研究和試驗新技術。為進一步提升M油田機采井的清蠟周期，開展了井下固體防蠟技術設計及實踐。2020年，M油田率先在4口機采井開展了井下固體防蠟技術現場先導試驗。截至2021年底，4口井不同程度地見到了較好效果，清蠟周期普遍延長。對該技術的應用效果進行評價，對技術的應用界限進行分析，為后續規模推廣應用提供有益借鑒。

1 技術組成與原理

技術組成：井下固體防蠟技術是將化學藥劑通過物化加工，形成固體防蠟藥塊，封裝在特制的承載器內。蠟塊由離子型氟酸鹽類表活劑、離子型檸檬酸鹽類表活劑、非離子型檸檬酸脂類表活劑、有機蒙脫土和四元共聚物組成。

工作原理：有機蒙脫土材料采用了納米粒子技術，納米粒子屬于膠體粒子的范疇，處于原子簇和宏觀物體之間的過渡區，系微觀體系和宏觀體系之間，是由數目不多的原子或分子組成的集團，既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統。納米粒子因其特有的尺寸效應、宏觀量子隧道效應和獨特形態結構，其一定程度上能夠降低原油的析蠟點，改變蠟晶形態結構，減少蠟晶數量從而改善原油的低溫流動性。同時為了增強納米蒙脫土對改善原油流動性的效果，對納米蒙脫土進行了表面有機改性，改性后的納米蒙脫土表面由于接枝了含有極性基團的有機長鏈，從而提高其在原油中的分散性，能同時起到改善蠟質蠟晶行為和抑制膠質、瀝青質形成大尺寸聚集體的作用。將帶有固體防蠟藥塊的承載器隨動管柱作業將其下至抽油泵下，藥劑在油層溫度作用下發生緩釋并分散至油管內部與油套環形空間，與井筒內蠟質發生作用。分散蠟晶、防止蠟晶聚集、清除桿管壁結蠟[1]，從而達到延緩機采井結蠟的目的，有效延長機采井的清蠟周期。

2 室內實驗與設計

保證在M油田應用效果，開展了室內實驗與研究分析。主要研究原油成分與藥劑配方情況、含蠟量與藥劑濃度的關系、油層溫度與緩釋速率的關系。

2.1 藥劑配方實驗

M油田管理著10個地質條件不同的開發區塊，在N區塊和E區塊分別選取2口井累計4口井開展先導試驗。4口井分別取樣5 kg對原油成分進行室內化驗分析，確定含蠟量、膠質瀝青質含量，并做蠟的具體成分分析。分析后設計藥劑各組分比例完成初次配方并做防蠟率、降黏率實驗，通過反復調整各組分比例及室內實驗，確定最終的藥劑配方[2-3]。最終藥劑配方1#井和2#井為I型藥劑，3#井和4#井為Ⅱ型藥劑，藥劑配方見表1。

表1 藥劑配方Tab.1 The table of medicament formula

2.2 含蠟量與藥劑濃度關系

據經驗，防蠟率和降黏率超過20%認為防蠟與降黏效果較好，為使效果更加顯著，擬將實驗指標上提，要求防蠟率和降黏率均要超過30%。將每口井的取樣平均分成更細的組，分別加入不同濃度的藥劑，進行防蠟率和降黏率的測定，研究合理的含蠟量與藥劑濃度的關系[4]。

通過對不同藥劑濃度的防蠟率和降黏率測定[5]，明確4口井的藥劑濃度，1#井、2#井、3#井、4#井濃度與防蠟降黏率關系分別見圖1～圖4?？梢?，1#井的藥劑濃度為2.9 ppm以上較好，2#井的藥劑濃度為3 ppm以上較好，3#井的藥劑濃度為2.8 ppm以上較好，4#井的藥劑濃度為3.3 ppm以上較好。

圖1 1#井濃度與防蠟降黏率關系Fig.1 Relationship between concentration and wax prevention viscosity reduction rate about 1# well

圖4 4#井濃度與防蠟降黏率關系Fig.4 Relationship between concentration and wax preventionviscosity reduction rate about 4# well

圖2 2#井濃度與防蠟降黏率關系Fig.2 Relationship between concentration and wax prevention viscosity reduction rate about 2# well

圖3 3#井濃度與防蠟降黏率關系Fig.3 Relationship between concentration and wax prevention viscosity reduction rate about 3# well

2.3 油層溫度與緩釋速率關系

研究溫度與藥劑緩釋速率的關系對藥劑裝入量具有重要意義[6]。N區塊和E區塊油層中部深度分別為1 025.3 m和1 344.5 m，對應的油層溫度分別為51.5℃和60.3℃[7]，即1#井和2#井油層溫度為51.5℃，3#井和4#井油層溫度為60.3℃。實驗室條件下對不同溫度的藥劑緩釋速率進行了測定，溫度與防蠟降黏率關系見圖5。結果顯示，51.5℃條件下的藥劑緩釋速率為10 mg/min，60.3℃條件下的藥劑緩釋速率為13 mg/min。

圖5 溫度與藥劑緩釋速率關系Fig.5 Relationship between temperature and drug release rate

2.4 藥劑裝入量設計

設計藥劑使用年限兩年。首先，依據日產液量、有效藥劑濃度、使用年限，計算出理論藥劑用量；其次，依據油層溫度及藥劑緩釋速率計算出理論藥劑用量。二者比對，取較大值并取整數。

依據基礎數據利用公式（1）、（2）計算理論藥劑用量[8]，計算得知1#井理論藥劑用量分別為8.7 kg、10.5 kg；2#井理論藥劑用量分別為9.2、10.5 kg；3#井理論藥劑用量分別為12.7、13.7 kg；4#井理論藥劑用量分別為14.2、13.7 kg，理論藥劑用量見表2。最終4口井藥劑裝入量分別為11、11、14和15 kg。

表2 理論藥劑用量Tab.2 Theoretical medicament dosage

式中：M為藥劑理論用量，kg；L為機采井日產液量，t；C為有效藥劑濃度，ppm。

式中：V為藥劑緩釋速率，mg/min。

3 現場試驗

現場試驗與室內實驗有較大區別，現場生產井中的原油是流動的，且伴隨油管中的抽油桿的往復運動，原油流動的沖擊作用和抽油桿的攪拌作用一方面能有利于藥劑在原油中的擴散，同時又能對石蠟的網狀結構起到破壞作用，這些都有利于提高防蠟效果。但是這些條件是實驗室無法模擬的。以上這些因素都會對防蠟效果有正面或者負面影響。因現場有很多不確定因素，在確定井下藥劑用量的時候推薦加大用量或者下入2～3根固體防蠟器。

設計每根固體防蠟器裝入藥劑量15 kg，對于1#井、2#井下入2根防蠟器，對于3#井、4#井下入3根防蠟器。按設計下入固體防蠟器并開展現場試驗，跟蹤生產井的電動機電流情況，明確試驗前后的清蠟周期，分析效果，同時對效益開展評價[9]。

3.1 試驗效果

通過對比試驗前后電動機上行峰值電流（以下稱“上電流”）情況，以上電流變化幅度相同所經歷的時間為對比點，對4口井的電流情況進行跟蹤，1#井、2#井、3#井、4#井試驗前后清蠟周期對比分別見圖6～圖9結果顯示。1#井的上電流從24 A增加到28 A，由46 d增加至101 d，2#井的上電流從20 A增加到24 A，由40 d增加至95 d，3#井的上電流從22 A增加到26 A，由51 d增加至137 d，4#井的上電流從30 A增加到34 A，由55 d增加至141 d。4口井的清蠟周期均得到較好延長，見到了顯著效果，證明藥劑的各項設計符合要求。4口井平均清蠟周期由48 d延長至119 d，延長了1.48倍。

圖6 1#井試驗前后清蠟周期對比Fig.6 Comparison chart of wax removal cycle of before and after the test about 1# well

圖9 4#井試驗前后清蠟周期對比圖Fig.9 Comparison chart of wax removal cycle before and after the test about 4# well

清蠟周期的延長，將減少機采井熱洗次數，從而減少柴油、清水消耗。M油田機采井平均單次熱洗施工消耗柴油一般為120 L，清水一般為10 m3。按固體防蠟器有效期兩年計算，4口井累計減少熱洗36.4次，則累計可節約柴油4 368 L、清水364 m3。柴油價格按7.3元/L，清水價格按4.1元/t計算，則累計節約購買柴油、清水費用約3.3萬元。

3.2 效益評價

圖7 2#井試驗前后清蠟周期對比Fig.7 Comparison chart of wax removal cycle before and after the test about 2# well

圖8 3#井試驗前后清蠟周期對比圖Fig.8 Comparison chart of wax removal cycle before and after the test about 3# well

以使用年限兩年計，做井下固體防蠟器的經濟效益評價[10]。單井固體防蠟器費用約為3 500元，單井下入兩套，則單井費用為7 000元。

從減少熱洗費用、減少壓產損失兩個方面做產出分析：

1）減少熱洗費用：4口井試驗前平均清蠟周期為48 d，兩年需熱洗次數15.2次；試驗后平均清蠟周期為119 d，兩年需熱洗6.1次。兩年減少熱洗9.1次。單次熱洗總費用約1 000元，則平均單井累計減少熱洗費用9 100元。

2）減少壓產損失：4口井平均日產液5.1 t，日產油0.9 t。單次熱洗水量一般為10 t，則單次影響壓產天數為1.96 d，壓產原油1.76 t。噸油效益按830元計算，則平均單井累計減少壓產損失13 293元。

以上合計，兩年平均單井產出為22 393元。投入產出比為1∶3.2，經濟效益較高。應用井下固體防蠟技術可以有效延長單井的清蠟周期，減少熱洗次數，減少油料、熱水等資源消耗，節約能源，具有較好的經濟效益。與此同時，該技術的應用可以減少熱洗車輛、人員等施工次數，降低工人的工作量與勞動強度，具有較好的社會效益。

4 結論

M油田對井下固體防蠟技術先導試驗進行了詳細的論證與設計，開展了室內實驗與現場試驗，取得了較好的效果，為M油田其它區塊開展井下固體防蠟技術應用提供了技術支撐，同時為國內其它油田開展井下固體防蠟技術應用提供了一定的理論依據與方式方法。

1）對原油成分進行取樣并開展室內實驗，明確配方、含蠟量與藥劑濃度的關系、油層溫度與緩釋速率的關系，為合理設計井下固體防蠟器提供了理論依據。最終確定試驗井藥劑分別為I型和Ⅱ型，藥劑裝入量分別為11、11、14和15 kg。設計制造成型時，單根防蠟器的藥劑裝入量應固定，M油田確定為15 kg。

2）現場與實驗室條件不同，確定藥劑用量時應加大。M油田現場試驗按照單井下入2～3根固體防蠟器進行。

3）設計的井下固體防蠟技術在M油田現場應用見到了較好效果，可有效延長機采井的清蠟周期，試驗井平均清蠟周期由48 d延長至119 d，延長了1.48倍。

4）井下固體防蠟器的設計及應用可有效減少熱洗中的柴油、清水等資源的消耗。在固體防蠟器兩年有效期內，4口試驗井可累計節約柴油4 368 L、清水364 m3，累計節約購買費用約3.3萬元。