低产油田油井加药控制图版的建立与应用

肖辉（大庆油田有限责任公司第九采油厂）

油井结蜡会影响油田生产，采用化学药剂清防蜡是解决油井结蜡一种行之有效的方式[1-3]。油井井口加药具有较好的经济适应性[4]。大庆外围油田主要采用加药为主，热洗为辅的清防蜡方式，油井加药制度一般是通过现场试验摸索给出的，主要考虑产量、含水两个因素，产量划分范围宽泛，且不同油田均采用同一图版指导加药。随着老油田开发时间的延长及新油田的不断投产，原油物性差异大、低产液井比例增加，以往加药制度无法满足精细管理的需要。为了进一步挖潜油井加药的效益空间，实现个性化加药，开展油井结蜡规律研究，建立油井加药控制图版，为现场管理提供依据。

1 油井结蜡规律研究

1.1 结蜡速度分级评价

某外围采油厂主要开发LHP、AGL、AN等油田，为了优选典型油田开展室内实验，摸索油井结蜡规律。建立以含蜡量、含胶量、析蜡温度、饱和压力、凝固点等8项与结蜡相关的物性参数的综合评价系数，对不同油田结蜡速度级别进行评价分级，为全厂各油田及今后开发油田推广提供指导意义。各油田结蜡综合评价系数计算结果见表1。综合评价系数公式为：

表1 各油田结蜡综合评价系数计算结果Tab.1 Calculation results of comprehensive evaluation coefficient of wax deposition in each oilfield

其中a表示权重系数，其大小反映了各因素重要程度，权重计算方法如下：

式中：η为油井结蜡综合评价系数，无量纲；a1、a2、a3……a8为权重系数，无量纲；X、Xmax为含蜡量、含蜡量最大值，%；Y、Ymax为含胶量、含胶量最大值，%；Z、Zmax为析蜡温度、析蜡温度最大值，℃；M、Mmax为凝固点、凝固点最大值，℃。

根据结蜡综合评价系数计算结果分为三个级别，各级别选取典型油田。为此，优选LHP、AN等5个油田（区块）进行室内实验。

1.2 井筒结蜡规律室内实验

国内外学者对原油蜡沉积进行了系统研究，提出了多个的蜡沉积模型[5-6]。油井井筒结蜡规律室内实验装置示意图见图1。管道和井筒中结蜡厚度的预测模型国内学者有过很多尝试[7-9]，由于结蜡速度主要与油井的管壁温度、产量、含水等动态参数变化有关[10]，实验测定了典型油田油井在流量为0.5～10 t/d，管 壁 温 度 为15～50℃，含 水 率 为0%～80%的结蜡速度。

图1 油井井筒结蜡规律室内实验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of the indoor experimental device for wax formation pattern in oil wellbore

实验结果表明管壁温度在30～35℃、产量为3～7 t/d时结蜡速度最快，例如LHP油田结蜡速度与管壁温度、产量、含水的关系见图2、图3、图4。

图2 结蜡速度与管壁温度关系Fig.2 Relation between wax deposition rate and pipe wall temperature

图3 结蜡速度与产量关系Fig.3 Relation between wax deposition rate and output

图4 结蜡速度与含水关系Fig.4 Relation between wax deposition rate and water content

分析结蜡速度与温度的关系，低温区域内，原油与管壁温差大，管壁温度低，原油散热快，原油黏度大，沉积到管壁的大部分蜡会因为高黏度原油的高剪切力而被带走，导致低温区域结蜡量较低；随着温度增加，温度差逐渐减小，蜡分子向管壁运动的热动力逐渐变弱，蜡沉积慢，因此随着管壁温度增加，结蜡速度先增加后降低。分析结蜡速度与产量的关系，产量较低时，油流流过管道的速度慢，使得油温大幅度下降，黏度增大，沉积到管壁的蜡分子会因为原油的高黏度而被油流带走，产量增加到一定程度后，随着流量的增加，油流对管壁的冲刷能力增强，附着在管内壁的蜡分子会被高速流动的原油冲走，因此随着产量增加，结蜡速度先增加后降低。随着含水率增加结蜡速度下降，当含水大于30%时，结蜡速度显著下降，当含水大于70%后，结蜡速度降至较低水平。这主要是由于含水率的增加，会使得单位体积流体中蜡分子的含量相对变小，石蜡结晶的趋势会变小；同时，含水量增加，容易在管壁面处形成不利于蜡沉积的连续水膜。因此随着含水增加，结蜡速度下降。

1.3 清蜡周期优化

根据结蜡速度，以油管结蜡厚度达到不能满足生产为临界点，计算不同产量、含水级别油井清蜡周期，采用公式为：

式中：ry为油管半径，mm；rc为抽油杆半径，mm；v结为日结蜡速度，g/m2；t为清蜡周期，d；ρl为蜡的密度，g/mm3。

1.4 清蜡剂用量优化

通过室内实验测定不同油田、不同流量下的清蜡速度与浓度关系见图5。结合清蜡周期及室内实验测定的清蜡剂清蜡速度，计算不同产量油井所需清蜡剂用量。

图5 不同流量下的清蜡速度与浓度关系Fig.5 Relation between wax removal speed and concentration under different flow rates

在已知产量条件下的最高结蜡速度和结蜡周期时，单位长度和面积管杆柱表面的结蜡量为：

式中：M结为结蜡量，g/m2；t结为结蜡时间，d。

在预定所需清蜡时间（例如2 d）条件下，先计算出所需清蜡速度，然后查清蜡制度图版，确定对应产量下的清蜡剂浓度，再计算清蜡剂用量。所需的清蜡速度为：

式中：t清为清蜡时间，d；v清为日清蜡速度，g/m2。

根据实验数据，得到该清蜡速度所需的清蜡剂浓度(C清蜡剂)，则对应产量油井所需清蜡剂的质量为：

式中：M清蜡剂为清蜡剂用量，t；Q为日产液，t/d；C清蜡剂为清蜡剂浓度，%。

LHP、AN典型油田清蜡周期及清蜡剂用量计算结果见表2、表3。

表2 LHP油田清蜡周期及清蜡剂用量计算结果Tab.2 Calculation results of wax removal cycle and amount of wax remover in LHP oilfield

表3 AN油田清蜡周期及清蜡剂用量计算结果Tab.3 Calculation results of wax removal cycle and amount of wax remover in AN oilfield

2 建立加药控制图版

为了将室内实验计算结果更好的应用于现场，结合油田实际，重点考虑产量、含水区间的划分，清蜡周期和清蜡剂用量的可操作性，制定各油田加药控制图版，图版的制定遵循以下原则：

1）产量区间的划分：兼顾各产量级别油井的同时，考虑外围油田低产井比例高的特点，3 t以下分三级，3～10 t分两级，10 t以上一级。

2）含水区间的划分：按照不同含水级别油井结蜡规律特点，含水50%以内分三级，50%～70%分一级，70%以上不加药。

3）清蜡周期的制定：考虑方便现场管理，清蜡周期为15 d的整数倍。

4）药剂用量的制定：考虑方便现场管理，清蜡剂用量为10 kg的整数倍。

以理论加药制度为基础，遵循图版制定原则的基础上，建立了各油田的加药控制图版，例如LHP、AN油田加药控制见表4。

表4 加药控制Tab.4 Dosing control

3 现场试验

依据清防蜡室内实验结果，以加药控制图版为依据，在全厂6个油田优选163口井开展油基清蜡剂现场试验。开展现场试验8个月，对于生产动态发生变化的井，依据加药控制图及时调整清防蜡制度。统计163口试验井，年可节省清蜡剂用量29.4 t，清蜡剂价格4 304元/t，年可节省药剂费用12.7万元，试验井试验前后上下载荷、载荷差均稳定，未发生结蜡现象，76口井日耗电较试验前下降，单井日节电6.5 kWh，年节电量16.4×104kWh，年节约清蜡剂费用和电费23.4万元，清防蜡现场试验效果见表5。

表5 清防蜡现场试验效果Tab.5 Field test results of wax removal and prevention

4 结论与建议

1）通过建立含蜡量、析蜡温度、凝固点、饱和压力等8项与结蜡有关物性参数的综合评价系数，对不同油田结蜡速度进行分级评价，为准确选取典型油田提供指导。

2）模拟油井井筒实际生产动态，开展井筒结蜡规律室内实验是计算清蜡周期和清蜡剂用量的前提，为加药控制图的建立提供了理论依据。

3）计算给出了不同油田、不同产量、不同含水级别油井清蜡制度，并绘制加药控制图，具有方便现场管理，符合油田实际、针对性强的特点，解决了不同油田个性化加药的问题，为进一步挖潜油井加药的效益空间提供依据。