強(qiáng)磁防蠟節(jié)能器技術(shù)探索與應(yīng)用

于濟(jì)源 公杰 （大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

1 目前現(xiàn)狀

清蠟是保證機(jī)采井正常生產(chǎn)的主要措施，按照清蠟方式不同，分為三類：一是熱清蠟，利用熱傳導(dǎo)，達(dá)到融蠟的目的；二是物理清蠟，即機(jī)械清蠟[1-3]，是指專門的工具刮除油管壁和抽油桿上的蠟，并靠液流將蠟帶至地面的清蠟方法；三是輔助清蠟，以物理或化學(xué)性質(zhì)的工具、藥劑等，阻止蠟的形成與結(jié)晶[4]，從而達(dá)到防蠟的目的。

通過調(diào)查，因熱洗能力不足、熱洗管線距離過長(zhǎng)、熱洗管線頻繁穿孔問題，造成某廠1 324 口井熱洗效果不佳、熱洗無(wú)法按計(jì)劃周期執(zhí)行[5]。所以常規(guī)熱洗不能滿足清蠟需要，也沒有輔助防蠟措施，嚴(yán)重影響了油井的正常運(yùn)行，造成載荷升高、產(chǎn)液下降、能耗升高等問題，并降低了油井運(yùn)行周期[6]。為不影響油井正常生產(chǎn)，在地面設(shè)備無(wú)更新計(jì)劃的情況下，亟需一種輔助清防蠟措施，降低油井結(jié)蠟的影響，確保油井正常運(yùn)行。

優(yōu)選目前技術(shù)相對(duì)成熟的幾類輔助防蠟工具，并在油田內(nèi)進(jìn)行了應(yīng)用，其中，強(qiáng)磁防蠟器在油田內(nèi)應(yīng)用數(shù)量較多，具有較理想的應(yīng)用效果，能夠達(dá)到延長(zhǎng)熱洗周期、輔助防蠟的目的。

2 技術(shù)原理

強(qiáng)磁防蠟節(jié)能器裝置直接產(chǎn)生一個(gè)變化的強(qiáng)磁場(chǎng)，借助油管、光桿以及管內(nèi)介質(zhì)的導(dǎo)磁性質(zhì)，沿油管方向，在油管內(nèi)部形成一個(gè)可以覆蓋任何流體成分的磁場(chǎng)。桿管以及管內(nèi)介質(zhì)成為該裝置工作的一部分，控制磁場(chǎng)強(qiáng)度按某一規(guī)律進(jìn)行周期性變化，變化的頻率可以覆蓋所有的蠟質(zhì)、垢質(zhì)的自然頻率，從而達(dá)到降黏、防蠟、防垢的效果。

強(qiáng)磁防蠟器安裝見圖1，采用Co88 非放射性材料制成，使用新永磁材料制造，磁感梯度大、場(chǎng)強(qiáng)高，最高達(dá)5 000 GS，對(duì)合金微晶進(jìn)行特殊排列后形成高能量磁場(chǎng)[7]。當(dāng)原油通過達(dá)到足夠大磁場(chǎng)強(qiáng)度及場(chǎng)梯度的磁場(chǎng)時(shí)，由于洛侖磁力的作用，使得在結(jié)晶溫度附近處于無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)中的蠟分子獲得能量，調(diào)整分子的磁撞方位，提供普遍的結(jié)晶生核條件，從而形成大量直徑很小且呈球狀的微晶（為常見蠟晶直徑的1/10 000），懸浮在原油中，減少了形成片狀硬蠟及片狀石蠟的網(wǎng)狀絡(luò)合物的可能性。由于抽油桿、管均為導(dǎo)磁材料制成，可在油井管柱適當(dāng)位置，平均布置管式或桿式強(qiáng)磁防蠟器，保證全井井筒內(nèi)具有相當(dāng)?shù)拇磐浚_(dá)到縮小蠟晶直徑、降低原油黏度的作用。設(shè)定合適的磁場(chǎng)強(qiáng)度和變頻的頻率范圍，尤其是對(duì)于結(jié)臘的同時(shí)伴有結(jié)垢現(xiàn)象的采油區(qū)塊。鑒于井柱的直徑要求，原油的磁效應(yīng)是通過距離產(chǎn)生，每節(jié)工具是一個(gè)作用磁場(chǎng)，原油通過磁場(chǎng)時(shí)間和磁化效應(yīng)決定傳輸距離，場(chǎng)強(qiáng)磁通越高，介質(zhì)的磁化物理效應(yīng)[8-10]越持久，傳輸距離越遠(yuǎn)越不容易結(jié)蠟，這是產(chǎn)生正比關(guān)系的數(shù)據(jù)理念，所以強(qiáng)度越高效果越好，大約每500 GS 能高出1.5 倍效果左右。

圖1 強(qiáng)磁防蠟器安裝示意圖Fig.1 Installation diagram of strong magnetic wax preventer

該工具具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：一是節(jié)約能源，可節(jié)約伴熱或加熱所需要的大量電能和天然氣；二是延長(zhǎng)熱洗周期，增加采油有效時(shí)率，減少熱洗影響的產(chǎn)量，間接提高產(chǎn)能；三是通過降黏作用可減少抽油機(jī)耗電和抽油機(jī)油管、抽油桿的機(jī)械磨損；四是安裝簡(jiǎn)便，不需要人工值守，減少加藥熱洗的管理難度、減少熱洗加藥的成本和運(yùn)行投入，杜絕對(duì)人體的化學(xué)污染；五是不使用化學(xué)清蠟劑，防止對(duì)人員、環(huán)境和水資源的污染[11-12]。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效益評(píng)價(jià)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為提高強(qiáng)磁防蠟器防蠟效果，優(yōu)化桿式強(qiáng)磁防蠟器單井應(yīng)用數(shù)量，開展強(qiáng)磁防蠟器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，通過參數(shù)分析、檢驗(yàn)化驗(yàn)，應(yīng)用數(shù)量計(jì)算及效果對(duì)比分析，確保工具的經(jīng)濟(jì)性與有效性。

由該工具技術(shù)原理可知，原油在井筒內(nèi)受到磁場(chǎng)的強(qiáng)度、磁場(chǎng)影響的時(shí)間，均會(huì)影響防蠟降黏的效果。其中，磁場(chǎng)強(qiáng)度取決于固定井深內(nèi)安裝強(qiáng)磁防蠟器的數(shù)量，磁場(chǎng)影響時(shí)間取決于油井產(chǎn)量高低。綜合以上兩方面影響，2021 年12 月選取水驅(qū)、聚驅(qū)2 種驅(qū)替方式，每種驅(qū)替方式選取產(chǎn)液分別為20 t/d、40 t/d、60 t/d 和含水率分別為93%、95%、97%的組合9 類井。同時(shí)每類井選取3 口，以3 種方式布置強(qiáng)磁防蠟器：1 根管式強(qiáng)磁防蠟器布置在泵下，泵上每100 m、200 m、300 m 布置1 根桿式防蠟器。共計(jì)選取54 口井進(jìn)行對(duì)比分析。

一是在同類井上，評(píng)價(jià)不同強(qiáng)磁防蠟器布置方式的防蠟效果。

二是在同產(chǎn)量不同含水率井上，評(píng)價(jià)含水率高低對(duì)防蠟效果的影響。

三是在同含水率不同產(chǎn)量井上，評(píng)價(jià)產(chǎn)量高低對(duì)防蠟效果的影響。

四是在不同驅(qū)替方式油井，評(píng)價(jià)不同布置方式的防蠟效果。

因此根據(jù)強(qiáng)磁防蠟器的組合安裝方式，計(jì)劃1 324 口井分不同桿徑及單井進(jìn)行安裝。

選出2021 年12 月該廠內(nèi)安裝強(qiáng)磁防蠟器的5口井的熱洗周期改善情況進(jìn)行分析。安裝強(qiáng)磁防蠟器前后測(cè)試結(jié)構(gòu)對(duì)比見表1。

1） 懸點(diǎn)載荷和峰值電流下降。以2#井為例，正常生產(chǎn)時(shí)懸點(diǎn)最大載荷28.9 kN，最小載荷14.1 kN，安裝防蠟器后懸點(diǎn)載荷平穩(wěn)略降，懸點(diǎn)最大載荷下降3.3 kN，最小載荷下降2.0 kN；常態(tài)生產(chǎn)時(shí)，上沖程最大電流23 A，下沖程最大電流22 A，安裝防蠟器后峰值電流平穩(wěn)略降，上沖程最大電流下降2 A，下沖程最大電流下降2A 。數(shù)據(jù)表明井下結(jié)蠟逐漸減少，油井的結(jié)蠟得到了有效控制。

2） 熱洗周期明顯延長(zhǎng)。5 口試驗(yàn)井常態(tài)生產(chǎn)時(shí)，洗井周期平均為25 d，強(qiáng)磁防蠟后洗井周期達(dá)到93.2 d，是原周期的3.7 倍。1#井原洗井周期為20 d，使用電磁防蠟器后至今120 d 未進(jìn)行洗井，免洗周期是原來(lái)的6 倍，4#井免洗周期是原周期4倍，并且繼續(xù)有效。

3） 從現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況看具有良好的防蠟效果。措施前后起出桿管，強(qiáng)磁防蠟器能夠有效降低蠟質(zhì)的形成及附著[13-14]。強(qiáng)磁防蠟器安裝前后油管情況見圖2。

圖2 強(qiáng)磁防蠟器安裝前后油管情況Fig.2 Oil pipe situation before and after the installation of strong magnetic wax preventer

3.2 效益評(píng)價(jià)

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，節(jié)能清蠟效果顯著，基本達(dá)到預(yù)期效果，按照10 型抽油機(jī)測(cè)算，單井下入3～4 套強(qiáng)磁防蠟器預(yù)計(jì)年可節(jié)省用電1 000 kWh，降低結(jié)蠟率30%。全年下入500 井次，預(yù)計(jì)全年可節(jié)電50×104kWh，節(jié)省用電成本40 萬(wàn)元。

投入：每套價(jià)格0.25 萬(wàn)元，單井一次投資1 萬(wàn)元～2 萬(wàn)元左右（根據(jù)井深和產(chǎn)液量及油質(zhì)分析而設(shè)計(jì)）。創(chuàng)效：?jiǎn)尉娱L(zhǎng)熱洗周期平均約400 d 左右，單井年減少洗井約12 次左右，年減少熱洗費(fèi)用8.1 萬(wàn)元；年減少因洗井影響油85 t 左右，則減少影響油成本60 余萬(wàn)元；最少減少作業(yè)8 井次，節(jié)約作業(yè)費(fèi)用35 余萬(wàn)元，節(jié)約作業(yè)洗井處理和作業(yè)材料費(fèi)用40 余萬(wàn)元，綜合投入產(chǎn)出比為1∶8.68，每年創(chuàng)效185 萬(wàn)元。

4 結(jié)論

1）強(qiáng)磁防蠟技術(shù)可延長(zhǎng)油井的清蠟周期，平均延長(zhǎng)幅度可達(dá)到80 d。含蠟量較低井的延長(zhǎng)清蠟周期效果要好于含蠟量較高的井。

2）強(qiáng)磁防蠟器對(duì)油層無(wú)污染，無(wú)傷害，不破壞地層，改善流動(dòng)性能，最高可降低原油黏度40%左右。

3）應(yīng)用強(qiáng)磁防蠟技術(shù)會(huì)對(duì)蠟晶的形成產(chǎn)生抑制作用，但不能徹底杜絕蠟晶形成，只能減緩結(jié)蠟速率，最高可降低結(jié)蠟率30%。

4）應(yīng)用強(qiáng)磁防蠟器后，可以減少抽油機(jī)、桿管機(jī)械磨損；降低電動(dòng)機(jī)載荷，因熱洗井產(chǎn)生的人力、物力、費(fèi)用會(huì)大大減少，進(jìn)一步提升管理效益。