張貴清 ，劉小攀 ，李 倫 ，徐鴻志 ，郝志偉

1.中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究有限公司，天津 300451

2.中國石油集團(tuán)海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300451

海上油田油井結(jié)蠟現(xiàn)象較為普遍[1]，以渤海某油田為例，在20口油井中有6口井發(fā)生蠟堵，年關(guān)停時間超過100 d，影響產(chǎn)量3 000 m3左右[2]。蠟的沉積會導(dǎo)致油流通道變窄，舉升功耗增加，產(chǎn)液量下降，嚴(yán)重時會出現(xiàn)卡管柱、堵死油管和地面管道等情況，造成停工停產(chǎn)[3-4]，需要及時進(jìn)行清防蠟作業(yè)。由于清防蠟技術(shù)適應(yīng)性不同，以及受海上采油平臺空間、開采周期和開發(fā)成本限制，需要結(jié)合海上采油實(shí)際情況進(jìn)行清防蠟工藝技術(shù)優(yōu)選，才能達(dá)到保障油井正常生產(chǎn)的目的。

1 油井結(jié)蠟機(jī)理

1.1 結(jié)蠟機(jī)理

原油在開采前為單相液態(tài)，蠟分子完全溶解在原油之中。當(dāng)油田進(jìn)行開發(fā)時，原油所處的高溫高壓條件發(fā)生變化，原油從儲層輸送至井口的過程中沿程壓力和溫度均有所下降。當(dāng)原油壓力降低至一定值時，蠟的溶解平衡條件被破壞，蠟開始從原油中結(jié)晶析出；當(dāng)原油溫度下降到析蠟點(diǎn)時，蠟分子之間通過色散力相互團(tuán)結(jié)，并形成蠟晶微粒[5]，在油流中和管壁上析出。

1.2 結(jié)蠟過程 （見圖1）

圖1 結(jié)蠟過程示意

隨著井筒流體溫度的下降，結(jié)蠟過程可以歸納為三步[6]：第一步，當(dāng)井筒流體溫度低于析蠟點(diǎn)時，蠟以結(jié)晶形式從原油中析出；第二步，原油溫度繼續(xù)下降，蠟晶逐漸聚集長大；第三步，長大的蠟晶沉積在管道或設(shè)備的表面上。

2 影響結(jié)蠟的因素

2.1 影響析蠟點(diǎn)的因素

析蠟點(diǎn)主要受壓力和原油各組分含量（包括蠟含量、低分子烴含量、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量、溶解氣含量）影響。原油含蠟是原油結(jié)蠟的根本原因，蠟含量越高，油井越易結(jié)蠟[7]。低分子烴含量越高，原油溶蠟?zāi)芰υ胶?，析蠟點(diǎn)越低[8]。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的存在對析蠟點(diǎn)的影響較為復(fù)雜，一方面，使蠟結(jié)晶均勻分散，不易造成蠟沉積；另一方面，使原油溶蠟?zāi)芰ψ儾?，又易于結(jié)蠟。原油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高時，蠟的沉積強(qiáng)度增強(qiáng)，不易被油流沖走。當(dāng)壓力低于飽和壓力時，原油中的溶解氣析出，使得原油對蠟的溶解能力降低，析蠟點(diǎn)升高[9]。

2.2 影響結(jié)蠟程度的因素

結(jié)蠟程度主要受產(chǎn)液量、油流成分和管壁性質(zhì)影響[10]。產(chǎn)液量越大，油流在井筒中舉升所需的時間越短，原油熱損失越少，原油結(jié)蠟程度越低。油流成分的影響主要包括含水率和機(jī)械雜質(zhì)。油流含水率越高，結(jié)蠟越少。這是因?yàn)樗谋葻崛荼扔痛?，油流熱量散失變慢，不利于蠟晶形成；同時，含水率越高，管壁上易形成連續(xù)水膜，無親水基團(tuán)的蠟分子越不易在管壁上沉積[11]。當(dāng)含水率大于70%時，原油被乳化形成O/W乳狀液，一部分蠟分子被水包住，不利于蠟晶聚積。油流中的機(jī)械雜質(zhì)并不影響蠟分子的析出，但只要蠟分子析出，機(jī)械雜質(zhì)便可作為蠟結(jié)晶的核心，從而加快結(jié)蠟進(jìn)程。管壁性質(zhì)的影響因素包括管壁光滑程度和親水性。管壁越光滑，蠟越不易附著；管壁表面親水性越強(qiáng)，越不利于結(jié)蠟。

3 海上油田主要的防蠟技術(shù)

3.1 化學(xué)防蠟

化學(xué)防蠟是向井筒中加入防蠟劑干擾蠟晶析出、長大和聚集的一種防蠟方式，最大優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)過程中不需要停井，不影響油井正常生產(chǎn)，適用于不同的井型和井況[12]。由于原油對防蠟劑具有很強(qiáng)的選擇性，防蠟劑的選擇將直接影響防蠟效果，因此，對于不同油田/區(qū)塊，需要針對性地進(jìn)行防蠟劑篩選及配方優(yōu)化。防蠟劑按形態(tài)可以分為液體型和固體型[13]。液體型防蠟劑可以與原油快速混合，破壞蠟晶結(jié)構(gòu)，防止蠟晶沉積。使用時，液體型防蠟劑通過管道環(huán)空加入，簡單易操作，初期投入成本較低，但存在用量大，作用周期短的問題。為此，人們開發(fā)了固體型防蠟劑，它主要是由高壓聚乙烯、表面活性劑和穩(wěn)定劑經(jīng)模具壓制而成的固態(tài)產(chǎn)品，它在井筒中由外而內(nèi)緩慢釋放有效成分。聚乙烯作為蠟分子的結(jié)晶中心，通過阻隔作用和空間障礙，降低蠟晶的生長與聚集速度，進(jìn)而起到防蠟的作用。固體型防蠟劑比液體型防蠟劑作用持久，成本也相對較低。防蠟劑按成分可以分為表面活性劑型和高分子聚合物型。表面活性劑型防蠟劑具有滲透性、潤濕性和分散性，通過在蠟晶表面和油管表面吸附以防止蠟的沉積；高分子聚合物型防蠟劑分子結(jié)構(gòu)與蠟分子類似，具有長鏈烷基，可與蠟分子共同結(jié)晶，而其分子鏈上的極性基團(tuán)，可干擾蠟晶正常聚集，使其晶型發(fā)生扭曲，難以進(jìn)一步長大成形。潿洲油田針對海上某結(jié)蠟油井，優(yōu)選出配伍性良好的防蠟劑，通過周期性注入防蠟劑，該井平穩(wěn)生產(chǎn)5年，累計貢獻(xiàn)原油6×104m3[14]。

3.2 隔熱油管防蠟

隔熱油管是將隔熱材料填入內(nèi)管和外管之間的環(huán)空，并將環(huán)空抽真空后，裝入吸氣劑制作而成的。隔熱油管中的隔熱材料或真空狀態(tài)可有效阻止熱能散失，使井筒油流溫度保持在析蠟點(diǎn)以上，實(shí)現(xiàn)防蠟的目的[15]。隔熱油管按材質(zhì)可分為P110和N80兩種，按視導(dǎo)熱系數(shù)劃分為5個隔熱等級，其中E級的視導(dǎo)熱系數(shù)為0.002～0.006 W/（m·℃），保溫效果最好，應(yīng)用也最為廣泛。隔熱油管在渤海油田已經(jīng)應(yīng)用多井次，它在J油田4口油井的應(yīng)用效果如表1所示。

由表1可知，采用隔熱油管防蠟工藝后，4口油井產(chǎn)液量均顯著升高，蠟堵的問題得到有效解決，油井產(chǎn)能得到釋放，基本不再需要進(jìn)行周期性清蠟作業(yè)，長期防蠟效果顯著。但隔熱油管應(yīng)用效果受諸多因素影響，如下入深度、油流含水率、產(chǎn)液量等，且具有較強(qiáng)的階段性。隔熱油管在渤海油田的應(yīng)用表明，該工藝對于油流含水率、產(chǎn)液量較為明確的油井防蠟效果更為明顯。成本方面，隔熱油管高于普通油管，前期一次性投入較大，更適用于結(jié)蠟嚴(yán)重、易頻繁發(fā)生蠟堵的油井[16]。

表1 隔熱油管在渤海J油田應(yīng)用效果統(tǒng)計

3.3 涂層油管防蠟

涂層油管防蠟是通過提高油管表面的光滑度和改善油管表面的親水能力，創(chuàng)造不利于蠟沉積的條件，使蠟不易附著在油管表面的一種防蠟工藝[17]。該工藝采用的涂層是熱的不良導(dǎo)體，具有隔熱作用，有助于減少井筒內(nèi)流體的熱量損失。渤海油田涂層油管防蠟試驗(yàn)表明，機(jī)械清蠟會導(dǎo)致鈦納米涂層脫落，從而失去防蠟?zāi)芰Γ虼?，該工藝未在渤海油田得到大范圍?yīng)用。大港油田埕海二區(qū)采用防蠟涂層油管，在油管內(nèi)壁形成復(fù)合涂層，該涂層是以納米包覆材料和高分子合金材料為填料與環(huán)氧樹脂形成化學(xué)鍵附著在油管壁上的。如表2所示，埕海二區(qū)3口結(jié)蠟較為嚴(yán)重的油井下入防蠟涂層油管后，3口井機(jī)械清蠟周期明顯延長，由原來的3～4d延長至33～74 d，防蠟效果顯著[18]。

表2 埕海二區(qū)防蠟涂層油管應(yīng)用統(tǒng)計

3.4 磁防蠟

磁防蠟作用機(jī)理是利用磁場使蠟分子中磁性核按能級規(guī)則排列，且圍繞磁場運(yùn)動（見圖2），形成數(shù)量龐大的晶核，晶核增多使得原油中的蠟晶分散度和對稱性增加，蠟晶間的色散力減弱，從而降低了蠟晶的生長速度，改變了結(jié)蠟過程。磁場中，蠟晶的析出發(fā)生在原油內(nèi)部，而非油管表面，減少了管壁上蠟的沉積[19]。磁性防蠟器按安裝位置可分為井口和井下2種類型。冀東灘海油田現(xiàn)場試驗(yàn)表明，井口和井下磁性防蠟器均具有一定的降黏防蠟效果[20]。美國Ener-Tec公司生產(chǎn)的可調(diào)式直流防蠟器在深海采油中得到了廣泛應(yīng)用[21]。

圖2 磁防蠟原理示意

4 海上油田主要的清蠟技術(shù)

4.1 化學(xué)清蠟

化學(xué)清蠟是利用清蠟劑將已沉積在油管壁上的蠟溶解或分散開，使其溶解或懸浮在原油中隨油流流出井筒，其作用機(jī)理如圖3所示。

圖3 清蠟劑作用原理示意

清蠟劑可以分為油基清蠟劑、水基清蠟劑和乳液型清蠟劑3種類型[22]。油基清蠟劑主要成分為有機(jī)溶劑，如苯、二甲苯、石腦油、煤油、柴油等。這些有機(jī)溶劑對蠟有很強(qiáng)的溶解能力，溶蠟速度快，注入油井后見效快；同時油基清蠟劑凝固點(diǎn)低，冬季使用方便。然而，油基清蠟劑密度較小，不適用于含水率較高的油井；其較低的閃點(diǎn)也使得油基清蠟劑在使用時存在較大的安全隱患。

水基清蠟劑通常是多種表面活性劑的水溶液，有時也需要加入互溶劑和堿性物質(zhì)。表面活性劑通過滲透作用和分散作用滲入蠟晶縫隙，并通過潤濕反轉(zhuǎn)作用，使蠟晶表面親水，進(jìn)而導(dǎo)致蠟晶分散在油流中。水基清蠟劑更適用于高含水油井，但見效時間比油基清蠟劑慢。

乳液型清蠟劑一般由油基清蠟劑和水基清蠟劑乳化而成，它同時具備油基清蠟劑和水基清蠟劑的清蠟效果，也克服了油基型清蠟劑毒性較大和水基型清蠟劑使用溫度受限的問題，但這種清蠟劑必須同時滿足儲存時乳液狀態(tài)相對穩(wěn)定和入井后在井底溫度下立即破乳的雙重要求，制備和使用條件比較苛刻。冀東灘海油田選取5口井進(jìn)行化學(xué)清蠟作業(yè)，其中電泵井和自噴井日產(chǎn)油平均增加4.7 t，抽油機(jī)井上下載荷均有所下降，平均上載荷下降5.85%，平均下載荷下降3.31%[20]。

4.2 機(jī)械清蠟

機(jī)械清蠟是指用帶有刮蠟器的工具刮除油管壁上的蠟，并靠油流將蠟攜帶至井口的清蠟方法[23]。目前渤海油田應(yīng)用較多的機(jī)械清蠟方式是鋼絲作業(yè)清蠟，該方法是采用鋼絲攜帶通井規(guī)下入油管，通井規(guī)在重力作用下向下運(yùn)動的過程中刮除井筒中的沉積蠟，其優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)周期短、單次費(fèi)用低，適用于結(jié)蠟不嚴(yán)重、井斜較小的油井。對于結(jié)蠟嚴(yán)重的井，則可采用清蠟鉆頭清蠟。如果尚未堵死，選用麻花鉆頭；如果蠟質(zhì)異常堅(jiān)硬或已經(jīng)堵死，則選用矛刺鉆頭。

4.3 熱洗清蠟

熱洗清蠟是利用溫度超過析蠟點(diǎn)的熱流體循環(huán)清洗管壁，使管壁上的沉積蠟從管壁表面剝離并重新溶解到原油中的清蠟方法[24]。該種清蠟工藝適用于結(jié)蠟較為嚴(yán)重但井筒循環(huán)通道仍然暢通的油井。熱流體可以是熱油、熱水或加熱的有機(jī)溶劑。潿洲某油田采取熱洗清蠟及化學(xué)防蠟相結(jié)合的方式對1口井進(jìn)行清防蠟作業(yè)，結(jié)果表明，僅采取熱洗清蠟措施時日產(chǎn)油量為20 m3，采取熱洗清蠟和化學(xué)防蠟復(fù)合措施后，日產(chǎn)油量增加至42 m3，且穩(wěn)產(chǎn)4個月以上，采油效率大幅度提高[25]。

4.4 電加熱清蠟

電加熱工藝是將鋼鎧電纜下入井筒內(nèi)，通過電纜發(fā)熱來加熱井筒內(nèi)的流體至析蠟點(diǎn)以上，避免流體內(nèi)的蠟質(zhì)析出的清蠟方法[26]。該工藝相比其他清蠟工藝具有占地面積小、見效快、有效期長的優(yōu)點(diǎn)[27]，尤其適用于頻繁蠟堵的油井。鋼鎧電纜需要采用帶壓注入設(shè)備下入，可從油管下入，也可從油套環(huán)空下入。該工藝通過邏輯控制可同時對整個井組進(jìn)行分時、分井加熱，是一種很有應(yīng)用前景的海上油田清蠟工藝。

4.5 連續(xù)油管清蠟

連續(xù)油管清蠟是應(yīng)用連續(xù)油管連接清蠟工具串，依靠工具串上的沖洗工具和鉆磨工具清除管壁結(jié)蠟的清蠟方法[28]。沖洗工具主要是用來清除管壁結(jié)蠟不嚴(yán)重的油井，而鉆磨工具則適用于結(jié)蠟嚴(yán)重的油井，特別是發(fā)生蠟堵的井況。該種清蠟工藝可帶壓操作，施工效率高，清蠟效果徹底，但單次作業(yè)費(fèi)用較高。

5 結(jié)論

（1）海上油田清防蠟工作應(yīng)遵循“以防為主、清防結(jié)合”的原則，以延長清蠟周期、降低工作強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效益為目的，組合運(yùn)用各種清防蠟工藝，提高清防蠟措施作業(yè)有效率，保障海上油田正常生產(chǎn)。

（2）由于受海上油田開采方式的局限，目前海上油田使用的清防蠟工藝與陸地油田相比較為單一，在一定程度上限制了海上油田的清防蠟效果。因此，應(yīng)結(jié)合海上油田開發(fā)特點(diǎn)，開發(fā)成本低、作用有效期長的工藝技術(shù)，以豐富海上油田清防蠟技術(shù)手段。