油井电磁防蜡室内试验平台的设计和方法

高宝元，高诗惠

(1. 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 钻采工程技术研究院，陕西 西安 710018；2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710018)

某油田开发层系较多，各层系原油性质的不同，油井结蜡程度存在差异，有的区块结蜡程度比较严重。原油从油层渗流到井底，又从井底举升到地面上，过程中压力和温度不断下降，蜡就会从原油中不断析出。如果蜡沉积到油层流通孔道中，就会堵塞油层空隙，降低了油层渗透率，阻碍油流入井；如果蜡沉积到井筒设备的表面上不仅缩小流通截面积，增加油流阻力，影响油井产能，还可能造成抽油泵失效和损坏；如果蜡沉积到油管的内壁表面上，则会减小油管的有效直径，严重时会把油管堵死，造成抽油杆卡死，增加井口回压和躺井率，迫使油井停产，结蜡会影响油井正常生产，加大抽油井悬点载负荷，增加了系统能耗，降低了系统效率和泵效，使油井产量下降。油井结蜡是影响油井高产稳产的突出问题之一，所以在油井生产过程中，防蜡是很重要的一项工作[1]。目前防蜡的手段比较多， 通常采用阻垢剂、缓蚀剂等化学药品来防止油井结蜡。这种方法劳动强度大，成本高，效果差，污染环境[2]。针对在室内没有办法检验油井电磁防蜡效果的问题，设计出油井电磁防蜡室内通用动态试验平台，解决了油田没有专门的在室内准确模拟出动态环境下油井电磁防蜡情况的缺陷[3]。

1 油井电磁防蜡机理

根据电磁波传播理论，电场转换为磁场，磁场又转换为电场，电磁场沿着油井管线向两端传播，在能量沿管线传播过程中磁场作用于管线内的原油，通过磁致胶体效应，使原油中蜡质点带有负电荷，经磁场处理后，蜡质点在感应磁场的作用下，其分子间的力受到干扰，不再按原来的规律排列，抑制了蜡晶的生长，减缓了蜡结晶过程；通过氢键异变效应，在一定强度磁场作用下可以打断蜡的氢键，改变蜡的键角或键的强度，使其不易构成键架，破坏了蜡晶间的聚结，使蜡晶不易聚集，从而防止蜡从原油中析出，堆积在油井筒内表面和抽油杆上，使它失去脱离原油而附着在油井筒内表面和抽油杆上的能力，使蜡分子悬浮在原油中，不易结晶析出从而达到防蜡的目的[4]。

2 油井电磁防蜡室内试验平台结构设计

油井电磁防蜡室内试验平台结构如图1所示[5]，包括恒温水浴箱和变频电磁场激励源，恒温水浴箱内设有2个实验箱，恒温水浴箱外两侧分别设有循环泵，2台循环泵分别连接变频器；循环泵的出口分别与2个实验箱的下端进口连通，循环泵的上端进口分别与对应的实验箱的上端出口连通；其中1个实验箱的出口与其对应的循环泵进口连通的管线上设置感应器；变频电磁场激励源与感应器连接，位于恒温水浴箱外。

图1 油井电磁防蜡室内试验平台结构示意

平台包括流体循环部分和温控部分。其中流体循环部分又可分为电磁场处理部分、对比实验部分和流速控制部分。

2.1 流体循环部分

实验选用2台循环泵分别为电磁场处理部分和对比实验部分提供循环所需动力。电磁场处理部分在实验过程中将变频电磁激励源的输出端经导线连接感应器，即可形成变频电磁场对流过的液体进行电磁处理，而对比实验部分直接通过管线与实验箱连通实现循环。流速控制部分中，为了能够控制流体的流速使用了变频器，通过调节变频器的频率即可改变循环泵的转速从而实现对流体流速的控制[6]。该实验中，流体采用的是原油，流量计量采用电磁流量计。

2.2 温控部分

温控部分中，为了能够控制原油的温度并尽量使温度恒定在设定值上，将实验箱放置于恒温水浴箱中保证实验原油温度稳定。为了使原油能够循环且电磁场处理部分和对比实验部分相互不干扰，将2个相同尺寸的实验箱并排架在恒温水浴箱上并使箱体浸没在水浴中。实验箱底部内侧正中央和2个侧面内部中央均贴有试片，试片材质为钢片。实验箱的出口与其对应的循环泵进口连通的管线上均设有流量计。

为了能够实现对温度的控制，温控部分使用了1个超级恒温器与水箱内的水进行循环，通过调节超级恒温器的温控元件就可以使水箱内的水温恒定在设定温度。

为了得到不同位置的结蜡量，实验中使用了多个试片。在2个实验箱中用铁丝分别挂2个试片，用防水玻璃胶在2个实验箱的底部和其中2个侧面分别贴一个试片。电磁场处理部分与对比实验部分试片位置一致。

3 油井电磁防蜡室内试验方法

油井电磁防蜡室内试验方法如下：

1)分别称量几个试片的质量并挂在实验箱内，同时在实验箱底部和侧面均贴上试片，对试片进行编号并记录，静置24 h且使试片不易脱落。

2)将变频电磁激励源输出端导线在感应器上缠绕20～40圈(试验时通常缠绕30圈)。

3)设定实验需要的恒温水浴箱的温度。

4)在2个实验箱中加入等量的原油，液位为80 cm，并检验各部分的密闭性。

5)打开变频电磁场激励源并开启循环泵使原油开始循环。

6)每4 h观察实验箱及恒温水浴箱中的液面高度，根据现场情况向2个实验箱中加入等量的原油并及时向恒温水浴箱中补水，确保实验箱浸没在水浴中。

7)实验运行1个周期(7 d或15 d)后停止循环，排出实验箱及管线中的液体，取出各个试片并放入干燥箱中烘干且称重，同时在显微镜下观察结垢形态，记录并分析各种结垢情况得到温度、流速对电磁防蜡效果的影响规律。

通过比对结果，通电磁的试验箱中的试片质量几乎没有变化，而正常实验的试验箱中的试片上结了蜡，使得试片的质量明显增加。因此，该电磁实验能有效地防止结蜡。同时，在该试验中，试片采用的材质与各部件连接的管线(即油管)的材质相同，能有效地延长管线的使用寿命[7]。

4 室内试验效果

该油井电磁防蜡室内试验平台，可以短时间内证明电磁防蜡效果，是一种低成本、高效率的长效性防蜡方法。该方法能产生变频强电磁场，引起蜡分子的内共振，导致蜡晶结构与形状发生变化，抑制了蜡分子的结晶过程，同时对已形成的蜡晶产生一定的破碎作用，从而达到防蜡的目的[8]；可明显减少因蜡卡、蜡堵等造成的修井作业次数，延长油井修井周期；由于热洗和作业次数的减少可明显提高油井生产时率，保证连续不间断生产，从而达到增加原油产量的目的；油井使用电磁防蜡后，流体阻力显著降低，其流体运行速度与原记录比较，可提高10%～15%，有利于提高泵效和系统效率[9]。

5 优 点

1)电磁防蜡与化学防蜡相比，没有副作用，没有维护工作量，不受雨雪天气等恶劣环境的影响，同时也不受道路、机械故障的影响，解决了路途远和路况差，油井的加药和热洗作业难的问题[10]。而原方法是从井口加入化学清蜡剂会残留在原油中，同时对环境有污染。电磁防蜡的应用可以解决药剂费用高，劳动强度大，清蜡次数频繁等问题。

2)由于油井变频电磁防蜡效率高，作用时间长，使用方便，无须割开管道，无需停产安装，功率小，节能环保，安全可靠，省去或减少阻垢剂、缓蚀剂等化学药品的使用，节省人工阻除垢费用，应用前景将是十分广阔的[11]。

6 结束语

油井电磁防蜡室内试验平台对人体和环境没有任何影响，属于安全、环保、节能型室内设备，符合安全环保要求[12]。油井电磁防蜡室内试验平台可在室内安全环保准确地模拟出动态环境下油井电磁防蜡情况，利用静态实验优选出的相关参数进行动态实验，通过对比试验结果，了解油井结蜡方面的生产技术现状，摸索出适合油田特征的油井防蜡技术及方法，并得到温度、流速等对电磁防蜡效果的影响规律[13]。