油田开发后期油井清蜡防蜡方法

油田开发后期油井清蜡防蜡方法

王备战　邹远北　周隆斌　林清峰　王在东

胜利油田有限公司临盘采油厂

摘要:油田开发过程中油井结蜡现象普遍存在,严重影响了油井的正常生产。为此,分析了油田开发后期油井的结蜡机理和影响因素。简要介绍了国外最新应用的清蜡、防蜡方法,诸如油井油管注入阀清蜡、负压冲击清蜡、井下就地产热清蜡、油井直接电加热清蜡和使杆管表面亲水防蜡等。指出了只有正确认识油田开发规律,采取有针对性的清防蜡方法,才能保证油田的正常生产。关键词:开发后期;油井;结蜡机理;清蜡;防蜡;方法中图分类号:TE258+.2 文献标识码:B

文章编号:1009-9603(2003)03-0071-03

引言

油田开发过程中的油井结蜡,严重影响了油井的正常生产,油管壁结蜡会增大对地层的回压,降低油井产量;油管和抽油杆间的结蜡会增大抽油机载荷,甚至造成抽油泵蜡卡;地层射孔炮眼和泵入口处结蜡,会增大油流阻力降低泵效;地层内部结蜡会大幅度降低其油相渗透率,使油井大幅度减产或停产等。

1　结蜡机理

石蜡是原油中碳原子数为16～64的烷烃,密度

为0.880～0.995g Πcm 3,熔点为49～60℃[1]

。在原油开采过程中,随着温度的降低和气体的析出,石蜡便以晶体析出,长大、聚集并沉积在管壁上,即出现结蜡现象。油田开发后期,由于采油地质、工艺条件的变化,导致油井的结蜡机理发生变化,结蜡范围扩大。溶于原油中的可形成固相晶格的石蜡分子,是造成油井结蜡的惟一根源[2]

。蜡形成时,原油携蜡机理为薄膜吸附和液滴吸附。

薄膜吸附　当油水乳化液与油管和设备表面接触时,通常形成两种定向层,即憎水定向层和亲水定向层。一方面,烃类中的油溶表面活性剂被油管或设备表面吸附,形成具有憎水倾向的定向层和一层原油薄膜;另一方面,该原油薄膜与不含表面活性剂

的水接触时破裂,在其表面上形成亲水定向层。此时,烃类中大量未被金属表面吸附的表面活性剂,开始以亲水基吸水、憎水基吸油的方式吸附在这一新的油水界面上,从而在金属表面形成由双层表面活性剂分子组成的憎水层,油膜薄层则浸润油管和设备表面并向周围延伸。当温度降至低于石蜡结晶温度时,在油膜上形成蜡晶格网络,并不断长大,形成沉积。这一过程的循环往复可使结蜡层不断增厚。

液滴吸附　在紊流搅动下,油水乳化液沿油管向上运动时的能量足以使孤立液滴径向运动并与油管壁相撞。计算表明,在距泵入口20m 的范围内液流中的每一油滴与油管壁的接触多于100次。这时含有沥青、胶质和石蜡的油滴被金属表面的油膜吸附,其中具有足够动能的油滴进入油膜,石蜡则在油管壁上沉积。

2　结蜡的影响因素

制定防蜡和清蜡等措施,必须充分了解结蜡的各种影响因素并掌握其规律。通过对油井结蜡现象的观察和实验室对结蜡过程的研究,影响结蜡的因素如下。

第一,原油组分。注水开发过程中原油组分发生了很大的变化,原来溶解于原油中的氮和甲烷重新溶入驱油的水中,而原油的密度、粘度和重质馏分的含量增加,加速了油井结蜡。原油中的杂质泥、沙和水等对结蜡也有影响,因油井高含水,则结蜡中含

收稿日期2002-12-03;改回日期2003-03-20。

作者简介:王备战,男,工程师,1993年毕业于西安石油学院采油工程专业,现从事采油工艺研究与应用工作。联系电话:(0546)8869561,通讯地址:(251507)山东省临邑市胜利油田有限公司临盘采油厂工艺研究所。

油　气　地　质　与　采　收　率

　2003年6月 PETRO LE UM GE O LOGY AND REC OVERY EFFICIE NCY 第10卷　第3期　

有大量的水,形成的蜡比较疏松。据俄罗斯鞑靼石油科学研究和设计所1995年的资料,结蜡中束缚水含量为4%～49%,机杂为15%[3]。

第二,油井的开采条件及状况,即温度、压力、油气比和产量等。油田开发后期因注入大量的冷水导致油层的总热流量减少,温度下降,油井的结蜡深度增加。地层压力降低后液流中出现气相,增大了与油管内壁接触的原油比表面积,从而使蜡晶物质长大,为结蜡创造条件。油气流紊流加强,液流散热加快,温度降低,且气体析出使原油中的溶剂量减少,溶蜡能力下降,更早出现结晶。

第三,管壁的光滑程度及表面性质。

3　清蜡防蜡方法

3.1　油管注入阀清蜡

美国M obil公司研制了油管注入阀清蜡管柱[4]。该油管注入阀可用液压开启,靠管柱的重力关闭,在低于油井结蜡点处油管和油套环空连通。该方法适用于含蜡量大于3%的严重结蜡井,施工简便,作业成本和占井时间减少。

现场施工时用直径为25mm管线将热油注入器同井口连接,同时关闭井口出油阀,之后将凉油泵入油管,打开油管注入阀,再向油管内泵入温度为120℃的热油,注入的热油可通过油管注入阀,进入油套环空。按设计注入热油后停泵,油管内的压力降低,油管注入阀在管柱的重力作用下关闭。然后关井几分钟,蜡在热油的作用下熔化。重新开井后,油流可将石蜡从井中带出。

美国东德克萨斯油田,是世界上最高产的油田之一。但是,由于原油是石蜡基的,油井结蜡很严重。早先采用起出井下泵,通过油管注热油或下入刮蜡器清蜡,效果都不太明显。后来,M obil公司在该油田结蜡最严重的井内,使用了该油管注入阀管柱,根据实际情况,分别对其进行每2,3,4个月一次的定期热油处理,已成功地将结蜡故障降至最低限度,生产成本也降低了90%。

3.2　负压冲击波清蜡

将具有一定压力的流体系统打开,就会产生短暂的负压力。这种负压冲击波使流体明显过热至剧烈沸腾、气化并析出气体,气蚀气泡明显增多,产生有效的冲击压差,并造成气蚀破裂,达到清蜡的目的[5]。

在现场施工时,先将井口出油阀关闭5～10分钟,使井口压力升至6MPa。然后在几秒钟内迅速打开井口阀,就可在油管内产生负压冲击波,将蜡清除,使油井的产量上升并趋于稳定。该方法适用于含蜡量为1.5%～3%的中等结蜡油井,作业成本降低,现场施工方便。

俄罗斯的砂海油田和巴哈尔油田,有一半以上的油井结蜡,其产量平均降低了1～3m3Πd,曾采用向油管内注入热轻质油清蜡,但是其劳动强度大,有火灾危险,并且还须停产几小时。利用该方法,每隔一天实施一次,就可防止油井出现严重的结蜡。结果表明,实施后油井增产原油8～10m3Πd。

3.3　井下就地产热清蜡

井下就地产热清蜡是利用由亚硝酸钠和硝酸铵或氯化铵的反应所产生的热,来熔化地层中的结蜡,疏通地层孔隙[6],其反应式为

NaNO2+NH4NO3NaNO3+2H2O+N2+Q(热量)

其反应速度可由溶液的pH值来控制:pH值为5时反应速度最快,pH值为8时反应速度最慢。因此,当由油管注入的混合溶液前缘接近地层射孔段以上80m左右时,再注入HCl使其pH值迅速降低,这时反应即加速进行,产生大量的热使其温度升高,即可清除地层孔隙中的结蜡。该方法适用于油层温度较低、含蜡量较大且结蜡严重的油井。

美国墨西哥湾原油含蜡量普遍很高,以前曾采用蜡溶剂和热处理清蜡,但均未获得理想的效果。通常的热油和蒸汽处理会在井筒中散失大量的热,而到达井底的处理温度降低。为了改善处理效果,就必须使在地层中的处理温度大大高于蜡熔点。美国Shell石油公司利用井下就地产热清蜡方法,成功地处理了三口油井,处理后油井均由气举采油转入自喷,产量呈十多倍增加,经济效益十分显著。

3.4　油井直接电加热清蜡

最近,俄罗斯鞑靼石油公司和阿克秋巴油气开采管理局科研所,共同研制成功了一种油井直接电加热成套装置[3]。它是由电加热装置和可使油套管保持电绝缘的沉没式元件组成,其基础部分是电力变压器和可使电流与油井产液温度成反比的可控硅变流器。采用该装置可以保证必须的电流强度和加热温度,以有效地熔化油井的结蜡和其他沉积,它甚至可将电流强度调节到500A,使井口原油温度达到40℃。

矿场应用结果表明,采用该装置可以使地层保持良好的采油性能,降低清蜡和油井维护费用,使油井增产,且在清蜡时连续正常生产。此外,不会造成

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・油　气　地　质　与　采　收　率 2003年6月