文昌油田海底输油管线在线清蜡技术研究

吴小梅，吴 娟，梅 平，陈 武

（长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

中海石油湛江分公司文昌油田8－3平台至14－3平台海底输油管线经过一段时间的集输，管线中存在严重的结蜡现象，导致输油量不断下降。为使油田生产正常有序进行，需要进行在线清蜡作业。O／W型乳液清蜡剂因结合了油基和水基清蜡剂的优点而成为当今清蜡剂的主要发展方向之一[1］。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。

作者针对文昌油田海管结蜡堵塞问题开展在线清蜡技术研究，拟为清除集输过程中管线内部的凝油、结蜡从而减小输油回压和磨阻提供科学依据，以保证油田的正常生产。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

固体蜡样取自文昌油田海底输油管线现场。

苯、甲苯、二甲苯、环己烷、正庚烷、氢氧化钠，分析纯；柴油、煤油、JFC、OP－10、AEO9、TW40、TW60、TW80、SPAN60、油酸钠，工业品。

78HW－1型恒温磁力搅拌器；万用电炉；DK－98－1型电热恒温水浴锅；AL204型分析天平。

1.2 固体蜡样成分分析

固体蜡样成分分析，参照石油天然气行业标准SY／T 7550－2012《原油中蜡、胶质、沥青质含量测定法》[2］。

1.3 在线乳液型清蜡剂的配方设计

1）将0.5g黑蜡放入装有20mL不同有机溶剂的带塞试管中进行动态溶蜡实验（利用恒温水浴振荡器在水平方向来回振动4h），进行乳液型清蜡剂的油相筛选；然后以不同的油水相比例在40℃下高速搅拌制成O／W型乳液，在50℃下进行动态溶蜡实验，以确定有机溶剂含量。

2）以不同的表面活性剂（乳化剂、润湿剂和分散剂）配制含有机溶剂50%的O／W型乳液（其中水相为去离子水），比较乳液的稳定性及破乳性；再比较单一表面活性剂的润湿效果、分散性能，进行表面活性剂的筛选。

3）在水相中加入不同量的助剂碱氢氧化钠，配制成油水比为1∶1的乳液，测定清蜡率并观察乳液稳定性，确定助剂碱的添加量。

1.4 不同因素对清蜡剂体系性能的影响研究

在20mL清蜡剂体系中加入0.5g黑蜡（干燥至恒质量），50℃下恒温振荡8h，滤出未溶物，烘干冷却至恒质量，称量，计算清蜡率。

固定其它条件不变，依次考察蜡块质量、温度、清蜡剂用量、清蜡时间对清蜡率的影响。

2 结果与讨论

2.1 固体蜡样的成分（表1 ）

表1 固体蜡样的成分／%Tab.1 The composition of solid wax／%

由表1 可知，文昌油田固体蜡样中无机盐成分占11.34%，有机成分占88.66%。

2.2 在线清蜡剂体系研究

根据文献和现场调研情况，确定在线清蜡剂体系为乳液型清蜡剂，该清蜡剂由油相和水相构成。有机溶剂作为乳液的油相，水相选择合适的乳化剂、润湿剂及分散剂，此外还加入了碱作为稳定剂，制得乳液型清蜡剂。

2.2.1 乳液型清蜡剂油相的筛选

单一有机溶剂的溶蜡性能如表2 所示。

表2 单一有机溶剂的溶蜡性能Tab.2 The wax soluble performance of the single organic solvent

由表2 可知，甲苯、二甲苯及环己烷的溶蜡性能较好，故将其两两复配进行动态溶蜡实验，以期产生更佳的清蜡效果，结果如表3 所示。

表3 复配有机溶剂的溶蜡性能Tab.3 The wax soluble performance of the complex organic solvents

由表3 可知，当V二甲苯∶V环己烷＝1∶1时，清蜡效果最好，因此，选择二甲苯－环己烷混合溶剂（体积比1∶1）为主清蜡剂。

进一步考察有机溶剂含量对清蜡率的影响，结果如表4所示。

由表4可知，有机溶剂含量越高，清蜡率越高。乳液中有机溶剂的含量高，可以增强溶蜡能力、缩短溶蜡时间；但有机溶剂含量过高时，乳液的成本增加，且乳液的稳定性降低。综合考虑清蜡率及乳液稳定性能，选择有机溶剂含量为50%。

表4 有机溶剂含量对清蜡率的影响／%Tab.4 The effect of organic solvent content on the paraffin removal rate／%

2.2.2 乳液型清蜡剂水相中表面活性剂的筛选

表面活性剂是清蜡剂体系的乳化剂、分散剂和润湿剂，对清蜡剂性能起关键作用。分别以不同表面活性剂配制乳液，比较其稳定性及破乳性，再比较单一表面活性剂的润湿性和分散性，结果如表5 ～7所示。

表5 表面活性剂的乳化性能比较Tab.5 The comparison of surfactant emulsifying performance

由表5 可知，OP－10和AEO9的乳化性能较稳定，其中0.5%AEO9乳化性能最佳且破乳效果好，故选择0.5%AEO9作为乳化剂。

表6 表面活性剂的润湿性能比较Tab.6 The comparison of surfactant wetting performance

由表6可知，1%JFC的8h的清蜡率为100%，润湿效果显著，故选择1%JFC作为润湿剂。

表7 表面活性剂的分散性能比较Tab.7 The comparison of surfactant dispersion performance

由表7可知，0.5%SPAN60分散体系颗粒细小，分散很均匀，分散性能好。故选择0.5%SPAN60作为分散剂。

2.2.3 助剂碱添加量的确定

碱能与胶质、沥青质作用，生成表面活性物质使之溶解，可提高清蜡剂对黑蜡的清除能力，同时还增加了乳液水相的极性，减小乳化剂在水中的溶解度，使更多的乳化剂在油水界面上吸附，因此，清蜡剂中加入碱性物质作为助剂可改善乳液的稳定性并提高清蜡速度[3－4］。以氢氧化钠作为助剂碱，考察其添加量对清蜡率及乳液稳定性的影响，结果如表8所示。

表8 氢氧化钠添加量对清蜡率及乳液稳定性的影响Tab.8 The effects of sodium hydroxide addition amount on the paraffin removal rate and emulsion stability

由表8可知，随着氢氧化钠添加量的增加，清蜡率逐渐上升、乳液稳定性提高，但氢氧化钠添加量超过1%后效果不明显，故选择氢氧化钠的最佳添加量为1%。

综上，针对文昌油田海管清防蜡，最终确定的乳液型清蜡剂配方为：油相（V二甲苯∶V环己烷＝1∶1）∶水相（1%JFC＋0.5%SPAN60＋0.5%AEO9＋1%NaOH）＝1∶1。

2.3 不同因素对清蜡剂体系性能的影响

2.3.1 蜡块质量对清蜡率的影响（图1）

由图1可知，清蜡率随所加蜡块质量的增加而下降，20mL清蜡剂体系中加0.5g蜡样时，清蜡率最高，达到83.43%。

2.3.2 温度对清蜡率的影响（图2）

图1 蜡块质量对清蜡率的影响Fig.1 Effect of wax mass on paraffin removal rate

图2 温度对清蜡率的影响Fig.2 Effect of temperature on paraffin removal rate

由图2可知，温度在40℃以下清蜡率较低；随着温度的升高，清蜡率迅速上升；但超过50℃后升幅不明显。这是因为，清蜡剂在40℃以下很难破乳并发挥清蜡效果。

2.3.3 清蜡剂用量对清蜡率的影响（图3）

图3 清蜡剂用量对清蜡率的影响Fig.3 Effect of paraffin removal agent volume on paraffin removal rate

由图3可知，清蜡率随清蜡剂用量的增加而上升，但清蜡剂用量超过20mL后升幅趋缓；50mL清蜡剂中加0.5g蜡样时清蜡率达到88.56%。

2.3.4 清蜡时间对清蜡率的影响（图4）

由图4可知，随着清蜡时间的延长，清蜡率不断上升，8h后清蜡率随时间延长升幅不明显。

图4 清蜡时间对清蜡率的影响Fig.4 Effect of paraffin removal time on paraffin removal rate

2.4 清蜡机理初探

乳液型清蜡剂[5－6］是在油溶型清蜡剂中加入水和乳化剂及稳定剂后形成的水包油型乳液。这种乳液进入油井后，在管道集输温度下，具有强溶解性能的有机溶剂相能够从水相中迅速破乳出来，释放出对蜡具有良好溶解性能的有机溶剂和油溶性表面活性剂，并且在润湿剂、分散剂及助剂的作用下能很好地将蜡溶解而达到清蜡效果。

3 结论

（1）对南海西部文昌油田现场蜡样分析结果表明，蜡样中无机盐成分占11.34%，有机成分占88.66%。

（2）确定在线乳液型清蜡剂体系配方为：油相（V二甲苯∶V环己烷＝1∶1）∶ 水 相 （1%JFC＋0.5%SPAN60＋0.5%AEO9＋1%NaOH）＝1∶1。

（3）在20mL乳液型清蜡剂体系中加入0.5g蜡样，在50℃下清蜡8h，清蜡效果较好，清蜡率达83%以上。

（4）乳液型清蜡剂的清蜡机理为：具有强溶解性能的有机溶剂相从水相中迅速破乳出来，在润湿剂、分散剂及助剂的作用下能很好地将蜡溶解而达到清蜡效果。

[1]崔正刚.乳液清蜡剂溶蜡效率的研究[J］.油田化学，1994，11（2）：108－112.

[2]SY／T 7550－2012，原油中蜡、胶质、沥青质含量测定法[S］.

[3]陈馥，曲金象，刘福海.乳液型清防蜡剂 QFJ－1的研制[J］.应用化学，2005，22（12）：1375－1377.

[4]陈亮.环保型原油破乳剂与清防蜡剂的研制、室内评价及应用[D］.西安：西安理工大学，2008.

[5]张贵才，葛际江，孙铭勤，等.表面活性剂用作水基防蜡剂的研究[J］.钻采工艺，2006，29（1）：91－95.

[6]朱好华，马勇，杜彪，等.防冻乳状型防蜡剂 YZ238的研制[J］.石油与天然气化工，2009，38（3）：241－244.