1、油井结蜡与防蜡前言 油井结蜡是油田开发过程中存在已久的问题，当原油从地下抽到地面时，由于溶解气体的逸出和膨胀而使原油温度逐渐降低，蜡就从原油中按分子量的大小顺序结晶析出，并继而沉积在油管内壁上，致使井筒变窄，油井产量降低，严重时还会堵塞油管造成油井停产。 清防蜡技术就是根据原油物性及油井开采状况的复杂性，并根据不同区块。不同油井、区块开采的不同时期以及油井结蜡状况的不同，为清蜡、阻止蜡沉积而采取的一种有效的工艺。 第一章 油井结蜡的过程及结蜡因素 为了制定油田防蜡和清蜡等措施，必须充分了解影响结蜡的各种因素和掌握结蜡规律。通过对油井结蜡现象的观察和实验室对结蜡过程的研究，初步认为影响结蜡的因素
2、主要包括四个方面：原油组分（包括蜡、胶质和沥青的含量）、油井的开采条件（如温度、压力、气油比和产量等）、原油中的杂质（泥、沙和水等）以及沉积表面的粗糙度和表面性质。 1.1 油井结蜡的过程 （1）当温度降至析蜡点以下时，蜡以结晶形式从原油中析出。 （2）温度、压力继续降低，气体析出，结晶析出的蜡聚集长大，形成蜡晶体。 （3）蜡晶体沉积于管道和设备等的表面上。 从形成新相（石蜡晶体）所需要的能量角度来看，石蜡首先要在油流中的杂质及固体表面粗糙处形成，因为这样所需的能量小。 大量研究表明：原油对蜡的溶解度随温度的降低而减小，当温度降低到原油对蜡的溶解度小于原油的含蜡量的某一值时，原油中溶解的蜡便开
3、始析出，蜡开始析出时的温度陈为蜡的初级结晶温度或析蜡点。 1.2 影响结蜡的因素 1.原油的性质及含蜡量 油井结蜡的内在因素是因为原油中溶解有石蜡，在其他条件相同的前提下，原油中含蜡量越高，油井就越容易结蜡。 另外，油井的结蜡于原油组分也有一定的关系。原油中所含轻质馏分越多，则蜡的初始结晶温度就越低，保持溶解状态的蜡就越多，即蜡不易析出。实验证明，在同一含蜡量的原油中，含轻质成分少的原油，其中的蜡更容易析出。 2.原油中的胶质、沥青质 实验表明，随着胶质含量的增加，拉的初始结晶温度降低。这是因为胶质为表面活性物质，它可以吸附于石蜡结晶的表面，组织结晶体的长大。沥青质时胶质的进一步聚合物，它不溶
4、于油，而是以极小的颗粒分散于油中，可成为石蜡结晶的中心，对石蜡结晶起到良好的分散作用。由此可见，由于胶质、沥青质的存在蜡晶虽然析出，但不容易聚合、沉积。但当原油中胶质。沥青质含量过不多存在时，原油溶蜡能力变差，石蜡结晶容易析出，在管壁上沉积的蜡的强度也将明显增加，而不易被油流冲走，又促进了结蜡。因此原油中的胶质、沥青质对结蜡的影响是矛盾的两个方面，既能减缓结蜡，又促进结蜡。 3.原油中的水和机械杂质 原油中的水和机械杂质对蜡结晶温度影响不大。但是原油中的细小沙粒及机械杂质将成为石蜡析出的结晶核心，从而促使石蜡结晶的析出，并加剧了结蜡过程。油井含水量增加，结蜡程度有所减轻，其原因主要有：一是水的
5、比热容大于油，古含水量增加后可减少液流温度的降低；二是含水量增加后易在管壁形成连续水膜，不利于蜡沉积于管壁。 4.液流速度、管壁粗糙度及表面性质 油井生产实践证明，高产井结蜡情况没有低产井严重。这是因为在通常情况下，高产井的压力高、脱气少、蜡的初始结晶温度低，同时液流速度大，井筒流体在流动过程中热损失小，从而使液流在井筒内保持较高的温度，蜡不易析出。另一方面由于液流流速高，对管壁的冲刷能力强，蜡不易沉积在管壁上。但是，随着流速的增大，单位时间内通过管道某位置的蜡量增加，加剧了结蜡过程，因此，液流速度对结蜡的影响有正反两个方面的作用。管材不同，结蜡量也不同。显然管壁越光滑，蜡越不容易沉积。根据有
6、关表面性质对结蜡影响的研究，管壁表面亲的润湿性对结蜡有明显影响，表面亲水性越强，越不易结蜡。 第二章 油井和管道中的清蜡方法 2.1 机械清蜡技术 机械清蜡是指专门的工具刮除油管壁上的蜡，并靠液流将蜡带至地面的清蜡方法。在自喷井中采用的清蜡工具主要有刮蜡片和清蜡钻头等。一般情况下采用刮蜡片，如果结蜡严重，则用清蜡钻头。 有杆抽油井的机械清蜡是利用安装在抽油杆上的活动刮蜡器请除油管和抽油杆上的蜡。常用尼龙刮蜡器，再抽油杆相距一定距离（一般为冲程长度之半）两端因定限位器，在两限位器之间安装尼龙刮蜡器。抽油杆带着尼龙刮蜡器在油管中往复运动，上半冲程刮蜡器在抽油杆上滑动，刮掉抽油杆上的蜡，下半冲程由于
7、限位器的作用，抽油杆带动刮蜡器刮掉油管上的蜡。同时油流通过尼龙刮蜡器的倾斜开口和齿槽，推动刮蜡器缓慢旋转，提高刮蜡效果，由于刮蜡器的油流速度加快，时刮下来的蜡易被油流带走，而不会造成淤积堵塞，从而达到清蜡的目的。 2.2 热力清蜡技术 热力清防蜡技术是利用热能提高井筒流体温度，熔化沉积于井筒中的蜡达到清防蜡的一种方法。对于含蜡原油，当原油温度超过析蜡温度时，则起到油井防蜡作用：对于高凝油及稠油，则利用其流动性对温度敏感的特性，通过井筒加热达到降粘降阻的目的。热力清防蜡技术根据其加热介质不同分为热流体循环清蜡、电热清蜡和热化学清蜡三大类。 （1）热流体循环清蜡法 热流体循环清蜡法的热载体时地面加
8、热后的流体物质，如水或油等，通过热流体在井筒中的循环传热给井筒流体，提高井筒流体的温度，使得蜡沉积熔化后在溶于原油中，从而达到清蜡的目的。根据循环通道的不同，循环方式不同。 热流体循环清蜡时，应选择比热容大、溶蜡能力强、经济来源广泛的介质，一般采用原油、地层水、活性水、清水及蒸汽等。虽然热清洗采用加热炉，进行定期清洗，受天气和路况的限制比较大。但是在许多油田目前均使用该方法。 （2）超声波电热清蜡技术 目前油田采油中所用的超声波技术主要利用超声波的声能击碎原油和石蜡的高分子链，使之变为低分子链，提高了流动性，使其利用的电能一部分转为声能而另一部分转为热能，而转为热能的部分则白白的浪费了。超声波
9、电热清蜡装置即利用了电能转换成的声能，又利用电能在传输过程中释放的热能，对能源进行了综合利用。其主要机理是将发射机产生的大功率电振荡传输给布设在结蜡区的换能器，将电振荡转换成强声压波，作用于结蜡区，在辅以电热元件释放的热能，使油井结蜡有序的脱落，达到解蜡的目的。 超声波复合防蜡技术（超声波+固体防蜡剂）。超声波复合防蜡技术是把固体清蜡剂防蜡与超声波防蜡有机结合起来的一种防蜡新工艺。 超声波振荡起是依据超声波原理设计的。当油流通过时，振荡产生的声化作用可有效地破坏和延缓石蜡结晶，还可降低原油的表面张力，同时它还起到充分搅拌混合固体防蜡剂与原油的作用，提高了防蜡效果。 目前，在超声波清防蜡解堵技术
10、的基础上结合偏心井口的实际情况所设计出的一种新型清蜡技术环空超声波技术。在偏心并实际清蜡时，首先利用车骰发电机组向发射机提供所需电能，然后将小直径换能器用特种电缆与车载超声波发射机连接，并将换能器通过连接电缆从偏心井口的测试阀门工作孔下入有套环空 850 米，过理论结蜡点位置后开机，利用超声波和电热消除结在抽油杆、油管和套管壁上的积蜡，从而达到清蜡的目的。 2.3 微生物清蜡技术 目前，解决井筒结蜡的主要措施是热洗。但热洗要动用大型车辆，操作不便，同时热洗会造成油井怠产，对油层造成伤害。因此常规的井筒维护措施具有风险大、燃料消耗大和成本高等缺点。微生物防蜡技术则针对原油含蜡的特点以及结蜡机理，
11、帅选合适的细菌组合注入井筒，利用微生物细菌及其代谢产物的作用，阻止石蜡结晶，防止或缓解井筒结蜡，达到代替或逐渐替代传统清防蜡措施的目的。微生物种类很多，有细菌、放射菌和真菌（包括霉菌和酵母菌）几大类。用于清防 蜡的微生物主要有两种：一种是食醋性微生物，一种是食胶质和沥青质微生物。 微生物单井清防蜡机理涉及复杂的生物。生化、物理和化学过程。通过试验研究后认为，微生物清防蜡机理主要表现在以下方面。（1） 细菌对石蜡的降解作用：研究表明，原油所含轻质组分越多，则蜡的初始结晶温度就越低，保持溶解状态的蜡就越多，即蜡不易析出。所以筛选合适的菌种，在一定程度上降解原油中的某些重质组分，相应地增加其中的轻质
12、组分就可以起到防止油井结蜡的作用，特殊的细菌能降解正构烷烃的碳链；细菌的代谢产物能改善原油流动性，降低析拉点，从而达到抑制井筒结蜡的目的。 （2） 细菌体及其代谢产物的表面效应：蜡晶的析出，必须首先有蜡核（固相），即蜡晶析出的附着体，但如果在蜡结晶析出之前抢先在蜡核表面的附着，从而达到阻止结蜡的目的。微生物防蜡技术的另一个防蜡机理就是，利用细菌体的表面效应及其代谢产物中的活性物质，在井筒内，首先吸附于井筒环境内各固体表面，从而减缓流体中的蜡在这些固体表面的附着，起到防止或减缓井筒结蜡的作用。通过电镜拍摄细菌在岩石（微珠）中生长的情况，发现岩石颗粒表面细菌大量的生长繁殖，形成了高浓度的生物膜。
13、（3） 细菌对蜡的分散作用：将高温状态下同等数量的溶解石蜡分别加入清水与防蜡菌液中发现在同等时间内清水中石蜡析出并凝聚，而在菌液中石蜡仍保持溶解状态。 微生物清防蜡技术现场实践表明：(1)具有增油效果。一是微生物处理后油井产液量上升，带动产油量上升，分析认为可能是微生物改善了原油的流动性，降低了原油流动阻力，从而提高泵效，使油井产液量上升。二是含水下降，分析认为可能是微生物注入地层后降低了原油与岩石的界面张力，使原油更容易从岩石表面剥离，井下流体中携带的原油增加，表现为处理后产油量增加，含水下降。（2）维护效果由于细菌体及其代谢产物其有改善井筒原油流动状况的优点，所以微生物单井处理技术有明显的
14、油井维护作用(特别是对含蜡油井)，其维护效果主要表现为延长热洗周期甚至代谢热洗和减少化学药剂的用量。 该技术克服了传统清防蜡技术的特点，不会造成地层伤害、不会产生油井怠产，不会污染环境，可广泛应用于各种含蜡油井，是一种新型的、经济的、且环保的油井清防蜡技术，因此越来越受到石油业的重视。微生物清防蜡技术是近年来发展起来的一种技术，在我国已逐步推广应用，目前已在大庆、中原和冀东等油田开展了试验和现场应用。 第三章 油井和管道中的防蜡技术 根据生产实践经验和对防蜡机理的认识，为了防止油井结蜡，可从三方面着手： （1） 阻止蜡晶的析出。在原油开采过程中，采用某些措施（如提高井筒流体的温度等），使得油流
15、温度高于蜡初始结晶温度，从而阻止蜡晶的析出。 （2） 抑制石蜡结晶的聚集。在石蜡结晶已析出的情况下，控制蜡晶长大和聚集的过程。如在含蜡原油中加入防止和减少石蜡聚集的某些化学剂抑制剂，使蜡晶处于分散状态而不会大量聚集。 （3） 创造不利于石蜡沉积的条件。如提高沉积表面光滑度、改善表面润湿性、提高井筒流体速度等。 3.1 油管内衬和涂层防蜡 油管内衬和涂层防蜡作用是通过光滑表面和改善管壁表面的润湿性（即提高管壁的光滑度），使蜡不易在表面上沉积，以达到防蜡的目的。应用较多的是玻璃衬里油管及涂料油管。玻璃衬里油管是在油管内壁衬上由 SiO2 、CaO 、Al2O3 、 B2O3 等氧化物烧结而成的玻璃
16、衬里，其玻璃表面十分光滑且具有亲水憎油特性，同时也具有良好的散热性能。其防蜡原理：用玻璃衬里油管表面具有亲水憎油特性，在原有含水的情况下，管壁被水优先湿润形成一层水膜，使蜡不易附着而被液流携走。同时，玻璃表面十分光滑，不利于蜡的沉积，玻璃具有良好的绝热性能，使井筒流体的温度不易散失，从而减少了蜡的析出。 涂料油管就是在油管内壁涂一层固化后表面光滑且亲水性强的物质，目前这类物质的研究很广，最早使用的是普通清漆，但由于在管壁上粘合强度低、效果差而被淘汰。目前应用较多的是聚氨基甲酸酯类的涂料。涂料油管有一定的防蜡效果，特别是对新油管的防蜡效果比较好，使用一段时间后，由于表面蜡清除不干净，以及石油中活
17、性物质可使管壁表面性质发生变化而失去防蜡效果。为了防止玻璃衬里被腐蚀，玻璃衬里不应与含有氢氟酸的介质接触。涂料油管不耐磨，不适用于有杆泵和螺杆泵抽油井，所以主要用于自喷井和连续气举井防蜡。为了防止玻璃衬里被腐蚀，玻璃衬里不应与含有氢氟酸的介质接触。 3.2 强磁清防蜡技术 当油流从防蜡器中通过时，油流受到磁场中洛仑磁力的作用，离子及极化电荷被中和，并且有效削弱了蜡晶之间、蜡晶与胶体分子之间的粘附力，破坏了晶体原有的定向生长速度，使结晶变形，以细小的颗粒状悬浮在原油中。大大削弱了在油管壁及抽油杆上析结出片状硬蜡以及在原油中形成片状石蜡的网状结合物的可能性，同时降低了原油阻力，改善了原油流动性，从
18、而达到防止和大大减轻结蜡的目的。当这种含有蜡晶的原油经磁场处理时，受到洛仑磁力的作用，破坏了晶体原有的定向生长速度，使结晶变形，以细小的颗粒状悬浮在原油中。影响磁防蜡器应用效果的主要因素有井内流体速度、磁场强度、原油及蜡的性质、油井的含水量和环境温度等。 高磁场多功能防蜡器安装在结蜡点下 50100 米处，使含蜡的原油依靠强磁(中心达 6300 高斯)发生物理性质变化，使结蜡温度降低、增大原油流动性，达到防结蜡的目的。据资料介绍：2000 年以来，文留油田共有 45 口抽油井使用了强磁防蜡器，安装强磁防蜡器前平均热洗周期为 24 天，安装后平均热洗周期达到了 206 天，其中最长有效期已超过
19、730 天，有效期超过 360 天的有 6 口井。 我国各油田在油井中安装防蜡器都收到了良好的防蜡效果。值得注意的是防蜡效果你，磁场强度并非越高越好，而是存在一个最佳值，实际应用时根据具体条件通过试验确定最佳磁场强度。磁防蜡技术虽已在油田中应用，但其作用机理及如何提高其效果仍需进一步研究。 3.3 化学防蜡技术 用化学剂对油井进行清防蜡是目前油田应用较广的一种技术，这是因为通常将药剂从油套管环形空间注入，不影响油井正常生产和其他作业，除可以收到清防蜡效果外，使用某些药剂还可以收到降凝、降粘和解蜡的效果。目前，化学清防蜡剂有油溶性、水溶性和乳液型三种液体清防蜡剂，此外还有固体防蜡剂 1 化学清蜡
20、方法 化学清蜡方法有两种，一种是无机放热型，即利用某些化学药剂（如铝加氢氧化钠）进行反应产生热量，清除油井中蜡的沉积物。这种方法成本高，效果差，一般很少使用；另一种是有机溶剂法，即使用对蜡具有强溶解性能的溶剂来清除积蜡。概括起来可以分为油基清蜡剂和水基清蜡剂。 针对以上两种清蜡剂的不足，近年来发展起了乳液型清蜡剂。乳液型清蜡剂是采用乳化技术，将清蜡效率高的溶剂作为内相，将表面活性剂水溶液作为外相配制的水包油型乳状液。该类清蜡剂既保留了有机溶剂及表面活性剂的清蜡效果，又克服了此类溶剂对人体的毒害。中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司曾采用 SAE表面活性剂与甲苯和水配成乳液型清蜡剂，具有清防蜡
21、双重效果。从安全、无毒、高级和清防结合的特点来看，乳液型清蜡剂具有良好分发展前景。 2 高分子型防蜡剂 高分子型防蜡剂大多数为油溶性的，是含有石蜡连节的支链型高分子集合物。使用时，将其注入井内与原油混合，在浓度很低的情况下就能形成遍布整个原油组织中的网状结构。若原油温度降低，石蜡在网上析出其结构为空旷、疏松、呈树枝状或聚结树枝的结晶堆砌体，阻止蜡的沉积。从广义角度讲这类防蜡剂可以称为蜡晶改进剂，它是通过改变蜡晶的析出大小，来阻止蜡的沉积。同时还可降低原油倾点和粘度，改善原油泵送性能。聚合物型防蜡剂主要有两大类，即均聚物和共聚物，且多为自由基聚合，其结构多含有长链烃和极性基团并且均引入可含有 1
22、6 个碳以上的柔性碳链，通过酯基、胺基等与主链相连。这些聚合物在原油中与蜡晶分子发生共晶或吸附，抑制或分散蜡晶。由于原油的多组分复杂性，各个油田原油组成不同，因此防蜡剂很难适应各地原油，所以其应用范围受到局限。3 表面活性剂型防蜡剂 （1）油溶性表面活性剂：这类活性剂是通过吸附在蜡晶上，使之变成极性表面，不利于非极性石蜡在它上面的结晶，阻止蜡分子的进一步沉积。这类活性剂主要为石油磺酸盐和胺类聚合物，如合成脂肪酸的二胺盐，烷基（烷基芳基）石油磺酸盐，用油醇。油胺和烷基酚醛树脂合成的环氧乙烷聚醚类业可配制油溶性防蜡剂。 (2) 水溶性表面活性剂：这类表面活性剂拥有两亲结构，根据相似相溶原理，水可以
23、在蜡晶周围形成一个以非极性基团为内层，极性基团为外层的分子吸附膜，外膜可吸附体系中的水而形成一层活性水化膜来阻止蜡分子的进一步沉积；在结蜡表面(如油管、抽油杆和设备等表面)吸附，造成极性反转，从而阻止蜡在其表面的沉积。水溶性表面活性剂主要是胺盐型、平平加型、聚醚型和吐温型，也可用硫酸酯化或磺烃基化的平平加型活性剂。 针对以上化学防蜡技术提出了一种新型的固体防蜡工艺技术。固体防蜡剂工艺过程就是在油井检泵的时候将固体防蜡剂装入防蜡管，把防蜡管接在油井抽油泵下部。这种方法的优点在于使用方便，不易产生堵塞。在偏光显微镜下观察到的固体防蜡剂对蜡晶形态影响见。 油中加入固体防蜡剂，其蜡结晶形态和结构发生很大变化。空白时，蜡结晶均匀细密。加入固体防蜡剂后，结构变的空旷、疏松，蜡结晶呈树枝或聚结树枝状结晶堆体。这就是固体防蜡剂中的含有的高分子化合物的长链乙烯分子吸附在蜡晶体表面上与之共结晶的影响所致。这一影响改变了蜡正常的结晶习性，从而抑制了石蜡沉积。固体防蜡剂性能稳定，降凝、防蜡效果明显，方法简便可行。能使油井增产稳产，延长油井热洗清蜡和检泵周期。
