井筒防蜡技术的研究

关 喆，吴 明，贾冯睿，李经纬

(1. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001； 2. 辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院，辽宁 抚顺 113001）

井筒防蜡技术的研究

关 喆1，吴 明1，贾冯睿1，李经纬2

(1. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001； 2. 辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院，辽宁 抚顺 113001）

井筒防蜡技术不仅直接影响油井的采收率和抗负荷能力，而且对油田的稳定生产也有重要的影响。简要介绍了井筒的结蜡机理及其主要影响因素，此外，分别从物理、化学及生物技术等角度系统阐述了典型防蜡技术的方法以及优缺点，在此基础上，探讨了防蜡技术的最新研究进展并指出了今后的发展趋势。

含蜡原油；井筒；防蜡技术；发展趋势

含蜡原油在开采过程中，由于溶解气体的逸出以及膨胀使得原油温度降低，当温度低于析蜡点时，就会有蜡结晶析出，不断的沉积在地层、油管，以及井下装置中[1,2]。蜡沉积在地层中，会使地层渗透率减小，降低原油采收率，甚至堵塞采油层；蜡沉积在油管中，会导致原油粘度增加，阻力增大，降低油井产能，增加作业费用，甚至堵塞地面管线。因此井筒防蜡是保证高含蜡井正常生产的重要手段之一[3]，在实现油井高产稳产、降低成本等方面具有重要意义。

对于油田单井管线中的蜡沉积问题,国内外相关工作者进行了大量的研究工作，研制了多种防蜡产品，同时开发了许多关于油井防蜡的技术，目前，国内外油田普遍应用的防蜡技术主要包括热力防蜡技术、化学防蜡技术、强磁防蜡技术等[4]。虽然这些防蜡技术在一定的时期内达到了预期的目标，但是也存在热能损失、污染地层、局限性大及施工成本高等诸多问题尚需深入研究。结合结蜡机理及主要影响因素系统的分析了物理防蜡技术、化学防蜡技术、微生物防蜡技术以及其它的一些典型的防蜡技术的方法，并探讨了以上几种防蜡技术的现状及特点，然后针对其特点选择适合高效的防蜡技术，实现油井高产稳产。

1 结蜡机理及其主要影响因素

当温度低于析蜡点温度和油流温度时，原油中管壁处的蜡分子借助于管壁上的结晶中心（如内壁的粗糙凸起、机械杂质和砂等）结晶析出，导致溶解蜡分子和蜡晶颗粒产生径向浓度梯度，在这个浓度梯度的影响下，蜡晶分子从管中央大量的运移到管壁边缘，聚集长大，最终以结晶形式沉积在管壁上。析出的蜡晶多呈薄片状或针状结构，石蜡晶体间易结合成固态的三维网状结构，在一定温度下有一定的牢固性。影响原油中石蜡沉积的因素有很多，温度、压力，流速、原油的组成、管线表面性质等都能成为蜡沉积的影响因素，其中温度和压力的变化等是石蜡沉积的、流速和原油组成成分是影响结蜡的主要原因[5-7]。

2 防蜡技术的应用

2.1 物理防蜡技术

2.1.1 热力防蜡技术

热力防蜡技术是目前国内外油田普遍采用的典型防蜡技术，主要利用热能提高抽油杆、油管和液流的温度，当温度超过析蜡温度时，使蜡溶解并顺油管流走以达到防蜡目的。一般常用的方法是电热抽油杆加热、电热自控电缆加热和热化学防蜡等。电热抽油杆终端器的深度决定开始加热的深度和电热杆的长度，因此终端器下入深度设计原则应是超过析蜡点和凝固点深度。通过合理优化的终端器下深、管杆柱组合以及加热工作制度，制定了适合英东油田高效开发的电加热杆防蜡工艺，当终端器的下入深度为950～1050 m、一天连续加热时间为6 h，停机18 h时，产量由日产7.25 t增加到17.3 t[8]，效果显著。

热洗防蜡技术的应用过程稳定便捷提温速度快，同时利用了油井自身的能量，应用效果良好，然而这种技术需要不间断地加热以保持原油温度处于析蜡点之上，将会耗费大量的能源[9]，成本较高，并且对于深井效果不理想。

2.1.2 声波防蜡技术

声波防蜡技术是利用超声波打断长链蜡分子结构，改变蜡晶形态，抑制蜡晶生长，降低原油的粘度，从而减小原油在管路中的流动阻力，在不污染地层的前提下减小原油管输过程中的能耗。利用声波发生器[10]产生的声波振动可以加强流体的搅拌和匀和能力，使原油中的胶质、沥青质与蜡晶均匀分布，并且这种振动能使蜡晶[11]网络结构遭受强烈的破坏，降低原油粘度和凝固点。同时通过降低声波场中空化阈和空化产生的条件，使空化现象易发生，利用空化作用产生局部的高温高压的能量爆发来发改变流体结构，达到防蜡目的[12]。

采用声波防蜡作用迅速，对油井无污染，不会破坏油层；成本低；施工工艺简单；效益高，但是声波防蜡技术也有一定的弊端，此技术要求较高的机械强度，适用于含蜡油井及粘度2 000 mPa·s以下的稠油井，并不受含水的影响。

2.1.3 磁防蜡技术

磁防蜡技术是原油在磁场的作用下，蜡分子的排列结构发生改变，从而防止蜡从原油中析出而吸附、沉积在管壁，达到防蜡的目的。利用变频电磁场防蜡器对含蜡油进行电磁波处理后，引起蜡分子的内共振，使蜡晶分子结构发生改变，阻止蜡分子的析出，长大和聚集，并且对已经形成的蜡晶有一定的破碎作用，防蜡率可达54%[13]。同时分析了磁场对石蜡磁性核的作用，在磁场的作用下，油中的磁性核沿磁场进动且按能级规则取向排列，克服石蜡分子间的作用力，改变石蜡的结晶过程，可以有效防止蜡晶形成三维网状结构，抑制蜡晶的聚集长大[14]。原油经磁处理后，塑性粘度、屈服应力和防蜡率都有明显的提高，原油的流变性能得到改善[15]。

采用磁防蜡方法，可以使结蜡减轻，延长清洗周期，减少繁重的洗蜡操作，从而提高采油效率。但是磁防蜡技术作用于中低产量井较好，高产井较差。主要由于抗磁物质磁处理时间不够，所以针对不同蜡性和不同产量的油井，需要加大磁场强度或延长磁处理时间。

2.2 化学防蜡技术

化学防蜡技术主要是通过加入化学药剂有效抑制石蜡晶体的析出、聚集、沉积在管壁表面。通过分析合水油田的蜡样组分和碳数分布，在不同比例复配优选溶剂的基础上，优化得到高效油基清蜡剂CD-2，与现场使用的CX清蜡剂性能对比，CD-2溶剂的清蜡速率更高，性价比更好[16]。同时分析青海油田的原油性质则以丙烯酸甲酯、马来酸酐、十八醇和苯乙烯为原料，以甲苯为溶剂，制得原油防蜡剂 FLJ-1，当FLJ-1防蜡剂浓度为 600 mg/L 时，循环水温 5 ℃下，原油的析蜡点降低了 14 ℃，防蜡率为 66.6%[17]。通过分析了春光油田原油性质，把采用溶液法合成的苯乙烯-马来酸二十醇酯-丙烯酰胺三元共聚物与清蜡分散剂复配后，含 8%聚合物的混合体系在加剂量为 0.8%时防蜡率可以达到60.33%[18]。

虽然化学防蜡能够起到持续防蜡作用，延长油井的热洗周期，减少油井清防蜡费用，但是通过以上分析可知每个油田的每口油井采出的原油成分各不相同，所以需要单独设计适合的清防蜡剂，因而具有很大的局限性。

2.3 微生物防蜡技术

微生物防蜡技术是利用微生物自身的粘附性使其粘附在金属表面形成微生物保护膜，阻止蜡晶析出。利用微生物防蜡技术作用在冀东油田现场检测和室内分析发现[19]，微生物能有效的降解石蜡，阻止蜡晶生长，能使抽油机回压和负荷显著降低，免修期延长，维护了油井的正常生产。利用从大庆含蜡原油中分离，纯化得到的微生物清防蜡菌种和高产表活剂菌种按照不同的比例混合接种，当两种菌种复配比例是5:3时，培养7 d后，防蜡率达到57.4%[20]也有采用静态挂片失重法和静态挂片增重法测定JH-1微生物清防蜡剂的防蜡率，试验结果表明，当微生物菌剂加量为 5%时，防蜡率达到78.92%，菌剂加量为10%时，防蜡率为87.53%[21]。

微生物防蜡具有安全环保, 施工简单，成本低,对油层无污染等特点，但是微生物防蜡也有一定的局限性，首先微生物的培养条件较为苛刻，其次微生物防蜡技术不易在环境温度高，含盐浓度大，重金属离子含量高的油藏条件下使用[22]。

2.4 其它防蜡技术

2.4.1 表面能防蜡技术

通过提高管壁的光滑度及改善表面润湿性使析出的蜡不易聚结在管壁上达到防蜡的目的。利用热处理和化学转化的方法[23]在钢铁表面制备了一种防结蜡涂膜，针对于含蜡的油水环境中，由于水与液体蜡的润湿性不同，这使得涂膜优先吸附一层水膜，而这层水膜可以阻止含蜡油水相与钢铁表面的直接接触，从而抑制蜡晶的沉积与粘附。当钢管表面被一种RBE（多元醇磷酸酯）转化膜处理后，表面具有了较强的亲水憎油性，阻碍了蜡的沉积，对脱水原油的防蜡率达 84.8%[24]。在钢管涂层中加入锶铁氧体（strontium ferrite, SF）制备成SF磁粉涂层，此涂层的防蜡率随着磁粉磁性的增加而增大，当磁粉添量为2 %，防蜡率最大，达到了77.3 %，再向体系中添加0.6 %的聚乙二醇后，防蜡率达到80.1 %[25]。

油管防蜡虽然不用考虑蜡晶的结构，具有普适性，但是油管防蜡不耐冲击，运输和起下油管要求的条件苛刻。同时涂料油管防蜡使用一段时间后，由于表面蜡清除不净，及石油中活性物质可使管壁表面性质发生变化而失去防蜡效果。

2.4.2 复合防蜡技术

复合防蜡技术[26]是把防蜡剂防蜡与超声波振荡器防蜡结合起来的一种有效的新的防蜡技术。当流油通过时，超声波振荡器产生的声化作用可以有效地破坏和延缓石蜡结晶,也在一定程度上降低了原油的表面张力,同时它还可以使原油和防蜡剂得到更充分的混合,有助于提高防蜡效果。这种防蜡技术已经在油田的生产实际中得到了应用,取得了较好的防蜡效果。正文内容覆盖粘贴在这里，正文内容覆盖粘贴在这里正文内容覆盖粘贴在这里。

3 结束语

井筒防蜡技术是维护油田正常生产的必要手段之一，以上各种防蜡技术在各油田均有应用,但都存在着一定的问题。所以对已有防蜡技术进行优化,同时也要开发新的防蜡方案。

（1）物理和化学防蜡技术仍是油田主要采用的防蜡技术，其中，物理防蜡技术因其效率高，适用范围广等优点得到了广泛的应用。此外，微生物防蜡技术也因其作用周期较长，操作费用较低，不影响油的品质，对地层无任何污染伤害等优点受到了越来越多的重视。

（2）物理防蜡技术的防蜡率平均可达 65%，化学防蜡技术的防蜡率平均可达到60%以上，而不同微生物防蜡率不同，最高可达到80%以上，表面能防蜡率虽可达80%以上，但是因其施工投资巨大而不被广泛使用。

（3）单一的防蜡技术存在着效率较低、局限性较大及性能单一等不足已经很难满足油田高效稳产的需求，因此，防蜡技术的复合化应用将是未来研究的热点。

［1］Nitu Sood, &Banwari Lal. Isolation and characterization of a potential paraffin-wax degrading thermophilic bacterial strain Geobacillus kanstophilus TERI NSM for application in oil wells with paraffinde position[J]. Chemosphere, 2008, 70(8): 1445-1451．

［2］Baudilio Coto, &Carmen Martos. A new method for the determination of wax precipitation from nondiluted crude oils by fractional precipitation[J]. Fuel, 2008, 87(11): 2090-2094．

［3］Siddhartha Seth ,Brian F.Towler. diachronic viscosity in crease in waxy crude oils[J]. Journal of petroleum Science and Engineering 2004, (43):13-23.

［4］Ararimeh Aiyejina, Dhurjati Prasad Chakrabarti, &Angelus Pligrim. Wax formation in oil pipelines: A critical review [J]. International Journal of Multiphase Flow,2011, 37(7): 671-694．

［5］Brian F.Towler, Surya Rebbapragada.Mitigation of paraffin wax deposition in cretaceous crude oils of Wyoming[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2004，(45):11-19.

［6］Newberry M E. Chemical effects on crude oil pipeline pressure problems[J]. J P T, 1984:779-786.

［7］Anderson T, Peters H S, Torres R A, et al. Wax crystal size distribution versus composition[J]. Fuel, 2001, 80(1): 1635-1638.

［8］刘遥，付倩. 电加热杆清防蜡技术在英东油田的应用[J].中国石油和化工标准与质量, 2013(1):51.

［9］Nguyen X. Thanh, M. Hsieh, R. P. Philp. Paraffines and Asphaltenes in crude oil [J].Organic Geochemistry, 1999 (30): 119-132.

［10］张建国，于世军,等.声波防蜡的实验研究[J].石油矿场机械， 2001, 30(6)：26-29.

［11］Amsa Etoumi. Mierobia1Treatment of Waxy Crude Oils for Mitigation of Wax Recipitation.Journal of Petroleum Science and Engineering [J].2007, 55(1/2):111-121

［12］周飞,刘建仪.防蜡技术研究现状及展望.精细石油化工进展[J]. 2010,11(12) : 19-21.

［13］张伟伟,董惠娟,等.基于磁场磁核分析的原油防蜡降粘机理[J]. 油气储运, 2010, 29(8) : 630-633.

［14］代越,张建国.油井变频电磁场防蜡的实验研究[J].石油学报,2012, 28(3) : 494-497.

［15］N.P.Tung, N.Q.Vinh, N.T.P Phong.Perspective for Using Nd-Fe-B Magnets as a Tool for the Improvement of the Production and Transportation of Vietnamese Crude Oil with High Paraffin Content[J].Physica B,2003,(327):443-447.

［16］吴大康，吴学庆,等. 合水油田系列清蜡剂的优化研究[J]. 长江大学学报(自然科学版), 2010, 7(3) : 513-515.

［17］李建波，税敏,等.原油防蜡剂FLJ-1的合成及性能评价[J]. 精细石油化工, 2013, 14(2) :14-16.

［18］郑延成，李卫晨子,等. 准噶尔盆地春光油田清防蜡剂试验研究[J].石油天然气学报, 2012, 34(2) : 144-147.

［19］都芳兰，冀海南,等.微生物清防蜡技术在低产低效井中的应用[J].石油化工腐蚀与防护，2010, 27(1)：53-55.

［20］刘江红，贾云鹏,等. 微生物清防蜡技术研究及应用[J]. 湖南大学学报，2013, 40(2) : 82-85.

［21］杨凯，易绍金,等. 微生物清防蜡性能评价试验研究[J]. 长江大学学报(自科版), 2013, 10(20) : 145-146.

［22］林传博，贾云鹏,等.微生物防蜡技术研究进展[J]. 辽宁化工, 2013,42（2）：169-173.

［23］郭玉珍，李卫平,等. 碳钢材料表面化学转化膜的防结蜡研究[J].材料热处理学报, 2012, 33(9) : 85-88.

［24］郭玉珍，李卫平,等. 碳钢材料表面化学转化膜的防结蜡研究[J].材料热处理学报, 2012, 33(9) : 85-88.

［25］刘兵，刘鹏,等. 锶铁氧体磁性涂层的防蜡性能研究[J]. 石油化工应用, 2013, 32(6) : 75-78.

［26］刘博. 复合防蜡工艺在潍北油田高含蜡油井的应用[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2012 (3) : 158-159.

Study on the Paraffin Inhibition Technology of Well Bore

GUAN Zhe1， WU Ming1，JIA Feng-rui1，LI Jing-wei2
（1. School of Petroleum Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China ; 2. School of Information and Control Engineering, Liaoning Shihua University , Liaoning Fushun113001, China）

The paraffin inhibition technology of well bore not only affects the recovery ratio and the load capacity of the oil well, but also has an important influence on the stable production of oil field. In this paper, mechanism and main influence factors of well bore wax precipitation were briefly introduced. In addition, typical paraffin inhibition technologies as well as their advantages and disadvantages were systematically analyzed from physical, chemical and biological technology aspects. On the basis of this, the latest research progress of the paraffin inhibition technology was discussed, and the future development direction of the paraffin inhibition technology was pointed out.

Waxy crude oil; Well bore; Paraffin inhibition technology; Development direction

TE 357

A

1671-0460（2014）12-2615-03

2014-06-01

关喆（1989-），女，辽宁丹东人，在读硕士研究生，2012年毕业于沈阳化工大学油气储运工程专业，研究方向：从事管道蜡沉积的研究。E-mail：840834682@qq.com。

吴明（1961-），男，教授，博士，博士生导师，主要从事油气储运工程方向的研究工作。E-mail：wuming0413@163.com。