低產(chǎn)油田油井加藥控制圖版的建立與應用

肖輝（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

油井結蠟會影響油田生產(chǎn)，采用化學藥劑清防蠟是解決油井結蠟一種行之有效的方式[1-3]。油井井口加藥具有較好的經(jīng)濟適應性[4]。大慶外圍油田主要采用加藥為主，熱洗為輔的清防蠟方式，油井加藥制度一般是通過現(xiàn)場試驗摸索給出的，主要考慮產(chǎn)量、含水兩個因素，產(chǎn)量劃分范圍寬泛，且不同油田均采用同一圖版指導加藥。隨著老油田開發(fā)時間的延長及新油田的不斷投產(chǎn)，原油物性差異大、低產(chǎn)液井比例增加，以往加藥制度無法滿足精細管理的需要。為了進一步挖潛油井加藥的效益空間，實現(xiàn)個性化加藥，開展油井結蠟規(guī)律研究，建立油井加藥控制圖版，為現(xiàn)場管理提供依據(jù)。

1 油井結蠟規(guī)律研究

1.1 結蠟速度分級評價

某外圍采油廠主要開發(fā)LHP、AGL、AN等油田，為了優(yōu)選典型油田開展室內(nèi)實驗，摸索油井結蠟規(guī)律。建立以含蠟量、含膠量、析蠟溫度、飽和壓力、凝固點等8項與結蠟相關的物性參數(shù)的綜合評價系數(shù)，對不同油田結蠟速度級別進行評價分級，為全廠各油田及今后開發(fā)油田推廣提供指導意義。各油田結蠟綜合評價系數(shù)計算結果見表1。綜合評價系數(shù)公式為：

表1 各油田結蠟綜合評價系數(shù)計算結果Tab.1 Calculation results of comprehensive evaluation coefficient of wax deposition in each oilfield

其中a表示權重系數(shù)，其大小反映了各因素重要程度，權重計算方法如下：

式中：η為油井結蠟綜合評價系數(shù)，無量綱；a1、a2、a3……a8為權重系數(shù)，無量綱；X、Xmax為含蠟量、含蠟量最大值，%；Y、Ymax為含膠量、含膠量最大值，%；Z、Zmax為析蠟溫度、析蠟溫度最大值，℃；M、Mmax為凝固點、凝固點最大值，℃。

根據(jù)結蠟綜合評價系數(shù)計算結果分為三個級別，各級別選取典型油田。為此，優(yōu)選LHP、AN等5個油田（區(qū)塊）進行室內(nèi)實驗。

1.2 井筒結蠟規(guī)律室內(nèi)實驗

國內(nèi)外學者對原油蠟沉積進行了系統(tǒng)研究，提出了多個的蠟沉積模型[5-6]。油井井筒結蠟規(guī)律室內(nèi)實驗裝置示意圖見圖1。管道和井筒中結蠟厚度的預測模型國內(nèi)學者有過很多嘗試[7-9]，由于結蠟速度主要與油井的管壁溫度、產(chǎn)量、含水等動態(tài)參數(shù)變化有關[10]，實驗測定了典型油田油井在流量為0.5～10 t/d，管 壁 溫 度 為15～50℃，含 水 率 為0%～80%的結蠟速度。

圖1 油井井筒結蠟規(guī)律室內(nèi)實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the indoor experimental device for wax formation pattern in oil wellbore

實驗結果表明管壁溫度在30～35℃、產(chǎn)量為3～7 t/d時結蠟速度最快，例如LHP油田結蠟速度與管壁溫度、產(chǎn)量、含水的關系見圖2、圖3、圖4。

圖2 結蠟速度與管壁溫度關系Fig.2 Relation between wax deposition rate and pipe wall temperature

圖3 結蠟速度與產(chǎn)量關系Fig.3 Relation between wax deposition rate and output

圖4 結蠟速度與含水關系Fig.4 Relation between wax deposition rate and water content

分析結蠟速度與溫度的關系，低溫區(qū)域內(nèi)，原油與管壁溫差大，管壁溫度低，原油散熱快，原油黏度大，沉積到管壁的大部分蠟會因為高黏度原油的高剪切力而被帶走，導致低溫區(qū)域結蠟量較低；隨著溫度增加，溫度差逐漸減小，蠟分子向管壁運動的熱動力逐漸變?nèi)酰灣练e慢，因此隨著管壁溫度增加，結蠟速度先增加后降低。分析結蠟速度與產(chǎn)量的關系，產(chǎn)量較低時，油流流過管道的速度慢，使得油溫大幅度下降，黏度增大，沉積到管壁的蠟分子會因為原油的高黏度而被油流帶走，產(chǎn)量增加到一定程度后，隨著流量的增加，油流對管壁的沖刷能力增強，附著在管內(nèi)壁的蠟分子會被高速流動的原油沖走，因此隨著產(chǎn)量增加，結蠟速度先增加后降低。隨著含水率增加結蠟速度下降，當含水大于30%時，結蠟速度顯著下降，當含水大于70%后，結蠟速度降至較低水平。這主要是由于含水率的增加，會使得單位體積流體中蠟分子的含量相對變小，石蠟結晶的趨勢會變小；同時，含水量增加，容易在管壁面處形成不利于蠟沉積的連續(xù)水膜。因此隨著含水增加，結蠟速度下降。

1.3 清蠟周期優(yōu)化

根據(jù)結蠟速度，以油管結蠟厚度達到不能滿足生產(chǎn)為臨界點，計算不同產(chǎn)量、含水級別油井清蠟周期，采用公式為：

式中：ry為油管半徑，mm；rc為抽油桿半徑，mm；v結為日結蠟速度，g/m2；t為清蠟周期，d；ρl為蠟的密度，g/mm3。

1.4 清蠟劑用量優(yōu)化

通過室內(nèi)實驗測定不同油田、不同流量下的清蠟速度與濃度關系見圖5。結合清蠟周期及室內(nèi)實驗測定的清蠟劑清蠟速度，計算不同產(chǎn)量油井所需清蠟劑用量。

圖5 不同流量下的清蠟速度與濃度關系Fig.5 Relation between wax removal speed and concentration under different flow rates

在已知產(chǎn)量條件下的最高結蠟速度和結蠟周期時，單位長度和面積管桿柱表面的結蠟量為：

式中：M結為結蠟量，g/m2；t結為結蠟時間，d。

在預定所需清蠟時間（例如2 d）條件下，先計算出所需清蠟速度，然后查清蠟制度圖版，確定對應產(chǎn)量下的清蠟劑濃度，再計算清蠟劑用量。所需的清蠟速度為：

式中：t清為清蠟時間，d；v清為日清蠟速度，g/m2。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，得到該清蠟速度所需的清蠟劑濃度(C清蠟劑)，則對應產(chǎn)量油井所需清蠟劑的質(zhì)量為：

式中：M清蠟劑為清蠟劑用量，t；Q為日產(chǎn)液，t/d；C清蠟劑為清蠟劑濃度，%。

LHP、AN典型油田清蠟周期及清蠟劑用量計算結果見表2、表3。

表2 LHP油田清蠟周期及清蠟劑用量計算結果Tab.2 Calculation results of wax removal cycle and amount of wax remover in LHP oilfield

表3 AN油田清蠟周期及清蠟劑用量計算結果Tab.3 Calculation results of wax removal cycle and amount of wax remover in AN oilfield

2 建立加藥控制圖版

為了將室內(nèi)實驗計算結果更好的應用于現(xiàn)場，結合油田實際，重點考慮產(chǎn)量、含水區(qū)間的劃分，清蠟周期和清蠟劑用量的可操作性，制定各油田加藥控制圖版，圖版的制定遵循以下原則：

1）產(chǎn)量區(qū)間的劃分：兼顧各產(chǎn)量級別油井的同時，考慮外圍油田低產(chǎn)井比例高的特點，3 t以下分三級，3～10 t分兩級，10 t以上一級。

2）含水區(qū)間的劃分：按照不同含水級別油井結蠟規(guī)律特點，含水50%以內(nèi)分三級，50%～70%分一級，70%以上不加藥。

3）清蠟周期的制定：考慮方便現(xiàn)場管理，清蠟周期為15 d的整數(shù)倍。

4）藥劑用量的制定：考慮方便現(xiàn)場管理，清蠟劑用量為10 kg的整數(shù)倍。

以理論加藥制度為基礎，遵循圖版制定原則的基礎上，建立了各油田的加藥控制圖版，例如LHP、AN油田加藥控制見表4。

表4 加藥控制Tab.4 Dosing control

3 現(xiàn)場試驗

依據(jù)清防蠟室內(nèi)實驗結果，以加藥控制圖版為依據(jù)，在全廠6個油田優(yōu)選163口井開展油基清蠟劑現(xiàn)場試驗。開展現(xiàn)場試驗8個月，對于生產(chǎn)動態(tài)發(fā)生變化的井，依據(jù)加藥控制圖及時調(diào)整清防蠟制度。統(tǒng)計163口試驗井，年可節(jié)省清蠟劑用量29.4 t，清蠟劑價格4 304元/t，年可節(jié)省藥劑費用12.7萬元，試驗井試驗前后上下載荷、載荷差均穩(wěn)定，未發(fā)生結蠟現(xiàn)象，76口井日耗電較試驗前下降，單井日節(jié)電6.5 kWh，年節(jié)電量16.4×104kWh，年節(jié)約清蠟劑費用和電費23.4萬元，清防蠟現(xiàn)場試驗效果見表5。

表5 清防蠟現(xiàn)場試驗效果Tab.5 Field test results of wax removal and prevention

4 結論與建議

1）通過建立含蠟量、析蠟溫度、凝固點、飽和壓力等8項與結蠟有關物性參數(shù)的綜合評價系數(shù)，對不同油田結蠟速度進行分級評價，為準確選取典型油田提供指導。

2）模擬油井井筒實際生產(chǎn)動態(tài)，開展井筒結蠟規(guī)律室內(nèi)實驗是計算清蠟周期和清蠟劑用量的前提，為加藥控制圖的建立提供了理論依據(jù)。

3）計算給出了不同油田、不同產(chǎn)量、不同含水級別油井清蠟制度，并繪制加藥控制圖，具有方便現(xiàn)場管理，符合油田實際、針對性強的特點，解決了不同油田個性化加藥的問題，為進一步挖潛油井加藥的效益空間提供依據(jù)。