潘瑞娟，鄭建剛，李繼彪，王 牧，張 桓

1.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 （陜西 西安 710065）

2.中國石油長慶油田分公司第十二采油廠 （甘肅 慶陽 745400）

原油在開采過程中，從油層流入井底，再從井底沿井筒舉升到井口時(shí)，壓力不斷降低，輕質(zhì)組分不斷逸出，加上溫度降低，破壞了石蠟溶解在原油中的平衡條件，降低了石蠟在原油中的飽和溶解度，致使石蠟結(jié)晶析出，油溫下降到蠟晶開始析出的溫度（原油析蠟點(diǎn)）時(shí)，蠟晶微粒便開始在油流或管壁上析出[1]。由于抽油桿、抽油泵、油管的結(jié)蠟導(dǎo)致抽油機(jī)負(fù)荷增加，抽油泵效率降低，油井產(chǎn)量及采油效率下降；蠟在油管上析出嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成油管堵塞，甚至使得油井停產(chǎn)[2-4]。

油井結(jié)蠟是油田生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的問題，影響油層采油速度及采收率的提高，有時(shí)甚至直接關(guān)系到油井能否正常生產(chǎn)[5-7]。合水油田構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡西緣，東西橫跨陜、甘、寧、蒙古及山西五省，油層埋深1 560～2 500 m。目前，合水油田油井以熱洗清蠟方法為主，存在部分油井及輸油管線清蠟周期短、熱洗清蠟成本相對(duì)較高等問題。由于缺乏對(duì)合水油田長6油藏水平井結(jié)蠟機(jī)理及影響因素的研究，無法為研制高效清防蠟藥劑提供理論支持，因此開展合水油區(qū)油井清防蠟技術(shù)研究顯得尤為重要。

通過石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7550—2012中測(cè)定法、掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜分析（EDS）、氣相色譜儀對(duì)蠟樣的組分、形貌和碳數(shù)分布進(jìn)行詳細(xì)研究。采用動(dòng)態(tài)環(huán)流管道實(shí)驗(yàn)裝置來室內(nèi)模擬原油結(jié)蠟實(shí)驗(yàn)，從而計(jì)算出結(jié)蠟速率與結(jié)蠟厚度，討論了運(yùn)行時(shí)間、溫度、流速對(duì)結(jié)蠟速率的影響，并對(duì)合水油田長6油藏水平井結(jié)蠟機(jī)理進(jìn)行了探討，最后通過灰色關(guān)聯(lián)分析，得出影響油井結(jié)蠟因素的權(quán)重。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑及儀器

主要試劑：正庚烷、甲苯、石油醚、苯、丙酮均為分析純，蒸餾水。

根據(jù)現(xiàn)場油井結(jié)蠟嚴(yán)重的程度以及目前清防蠟存在的問題，取合水油田長6油藏3口水平井的試樣作為室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，井號(hào)分別為：固平27-16、固平23-27、固平22-40。

主要儀器：掃描電子顯微鏡（JEOL JSM-S4600）和能譜儀、氣相色譜-質(zhì)譜儀（Agilent5975B INTER XL EI/CI型GC-MS及ChemStation的計(jì)算機(jī)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7550—2012《原油中瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、蠟含量測(cè)定法》中所規(guī)定的方法，測(cè)定蠟樣中的蠟含量，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量和機(jī)械雜質(zhì)含量。

用掃描電子顯微鏡和能譜儀分析蠟樣的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。同時(shí)用氣相色譜-質(zhì)譜儀對(duì)蠟樣的碳數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

利用動(dòng)態(tài)環(huán)流管道實(shí)驗(yàn)裝置，室內(nèi)模擬原油結(jié)蠟實(shí)驗(yàn)。該裝置主要由測(cè)試管、參比管、超級(jí)恒溫水浴箱、流量計(jì)、螺桿泵，普通水浴箱組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果使用稱重法，刮出測(cè)試管里結(jié)出的蠟稱重，再根據(jù)管子的內(nèi)表面積以及所結(jié)蠟的密度（一般取0.9 g/cm3），計(jì)算出結(jié)蠟速率與結(jié)蠟厚度，并進(jìn)一步分析外因，如溫度、運(yùn)行時(shí)間等對(duì)油井結(jié)蠟影響的規(guī)律，裝置流程如圖1所示。實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)油樣析蠟點(diǎn)的不同，確定固平27-16井、固平23-27井和固平22-40井樣品的實(shí)驗(yàn)條件為：析蠟點(diǎn)30℃、油溫35℃、測(cè)試管溫度27℃、參比管溫度33℃，其中測(cè)試管與參比管長度均為1 m，內(nèi)表面積為0.037 68 m2。

圖1 環(huán)流管道實(shí)驗(yàn)流程圖

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)理論，分析內(nèi)因和外因，如析蠟溫度、流速、含蠟量和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量等相關(guān)因素對(duì)油井結(jié)蠟的影響權(quán)重。

2 結(jié)果與討論

2.1 蠟樣分析

2.1.1 組分分析

分別取合水油田長6油藏層位下不同井的蠟樣進(jìn)行組分分析，其結(jié)果見表1。從表1中可以看出，長6蠟含量為62.50%，且同一口井不同深度下的蠟樣組成接近。

2.1.2 形貌分析

圖2為取自不同井中蠟樣EDS能譜分析結(jié)果，表2為蠟樣EDS能譜分析結(jié)果。由圖2可知，蠟樣微觀上相對(duì)致密，但有微小裂縫，可能是因?yàn)楹蜑r青質(zhì)等相對(duì)較大顆粒物質(zhì)，與所含蠟及膠質(zhì)共同形成了融合體系。由表2可知，長6油藏層位下蠟樣中的主要成分為C元素和O元素，C元素的含量占93.46%，O元素占6.01%，兩者占了99.47%，其中不含N元素，S、Cl、Ca、Fe等元素含量均很少，共占到0.53%。

表1 蠟樣組分/%

2.1.3 長6不同井中蠟樣碳數(shù)分布規(guī)律

石油主要是各種組分的碳?xì)浠衔锝M成的混合物溶液，各種組分的碳?xì)浠衔锏南鄳B(tài)隨開采條件（壓力和溫度）的變化而變化，可以是單相液態(tài)，氣、液兩相或氣、液、固三相共存，其中的固態(tài)物質(zhì)主要是含碳原子數(shù)為16～64的烷烴，這種物質(zhì)叫石蠟[8]。一般將原油中碳數(shù)低于16的組分劃分為油質(zhì)，碳數(shù)在26～30的組分劃分為粗晶蠟，碳數(shù)在30～53的組分劃分為微晶蠟，其余劃分為非晶蠟[9]。圖3是合水油區(qū)長6油井蠟樣的碳數(shù)分布數(shù)據(jù)。

從圖3可以看出，長6碳數(shù)主要集中在C10～C22之間，其中C20和C21兩者含量最高，兩者含量之和高達(dá)25%以上，低于C10的油質(zhì)組分占10.01%，C11～C15的油質(zhì)組分占33.49%，C16～C26非晶蠟占49.39%，C27～C30的粗晶蠟占 2.80%，C30以上的微晶蠟占4.31%。從固平22-40不同井深蠟樣碳數(shù)分布來看，碳數(shù)主要集中在C9～C21，不同深度段取出的蠟樣在井深400 m以下，其大于22碳數(shù)的含量明顯下降。而對(duì)于晶體蠟，其隨著原油溫度降低而不斷析出，因晶體表面積較小，易于結(jié)合形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而將液態(tài)組分包圍其中形成凝膠，使得原油在低溫時(shí)流動(dòng)性變差[10-11]。

圖2 蠟樣EDS圖譜

圖3 碳數(shù)分布圖

表2 蠟樣EDS分析結(jié)果 /%

2.2 結(jié)蠟規(guī)律研究

2.2.1 運(yùn)行時(shí)間對(duì)結(jié)蠟速率的影響

圖4為流速為0.6 m/s條件下結(jié)蠟速率隨運(yùn)行時(shí)間變化的關(guān)系圖。從圖4中可以看出，開始運(yùn)行時(shí)的結(jié)蠟速率最大，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間到達(dá)8 h時(shí)，固平27-16井、固平23-27井和固平22-40井3個(gè)蠟樣的結(jié)蠟速率從開始的 96.33、87.68、153.71g/(m2·h)降低至27.45、30.65、41.03 g/(m2·h)，結(jié)蠟速率分別減小了72%、57%、73%，且前8 h內(nèi)結(jié)蠟速率較快。另外，3個(gè)蠟樣的變化規(guī)律相似，結(jié)蠟速率隨著運(yùn)行時(shí)間的延長越來越小，15 h后結(jié)蠟速率基本趨于穩(wěn)定[12]。這是因?yàn)樵谶\(yùn)行剛開始，管壁上沒有沉積出來蠟，油溫與外界溫差較大，直接傳熱，所以結(jié)蠟速率最大，但隨著時(shí)間的延長，管壁上沉積了一層蠟，而這層蠟阻礙了外界與原油之間的熱傳遞，使原油溫度與運(yùn)行初期溫度相比，原油的溫度逐漸升高，管壁溫差逐漸縮小，導(dǎo)致蠟沉積速率越來越小，而當(dāng)原油與管壁間達(dá)到穩(wěn)定傳熱后，結(jié)蠟速率就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，再加上蠟沉積層厚度增加，油流對(duì)其的沖刷作用也在增強(qiáng)，所以出現(xiàn)了結(jié)蠟速率穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2.2 溫度對(duì)結(jié)蠟速率的影響

圖5為流速0.3 m/s、管壁溫差5℃條件下結(jié)蠟速率隨油溫變化的關(guān)系圖。從圖5中可以看出，3個(gè)井的蠟樣在油溫接近析蠟點(diǎn)時(shí)結(jié)蠟速率最大，而當(dāng)油溫接近析蠟點(diǎn)的較高溫度、或接近凝點(diǎn)的較低溫度時(shí)，結(jié)蠟速率較低，而兩者之間是一個(gè)蠟沉積較為嚴(yán)重的溫度區(qū)域。原油溫度在20～25℃時(shí)為結(jié)蠟高峰區(qū)。由以上蠟樣組成分析可知，3個(gè)蠟樣的含蠟量都相對(duì)較高，分別為55.32%、63.35%、64.08%，瀝青質(zhì)含量較少，膠質(zhì)含量較高。一般情況下，膠質(zhì)在井筒不發(fā)生沉積，但會(huì)隨油流被沖刷掉。隨著溫度的升高，蠟樣黏度下降。結(jié)蠟速率隨著原油溫度的不斷降低而增加，油溫降至結(jié)蠟高溫峰點(diǎn)之后，結(jié)蠟速率隨著原油溫度的降低而減小。

2.2.3 流速對(duì)結(jié)蠟速率的影響

圖4 運(yùn)行時(shí)間與結(jié)蠟速率的關(guān)系圖

圖5 油溫與結(jié)蠟速率關(guān)系圖

圖6 流速與結(jié)蠟速率關(guān)系圖

圖6為運(yùn)行時(shí)間4 h下結(jié)蠟速率隨流速變化的關(guān)系圖。由圖6可以看出，當(dāng)流速為0.15 m/s時(shí)，固平27-16井、固平23-27井和固平22-40三個(gè)蠟樣的結(jié)蠟速率分別為52.14、56.57、85.55 g/(m2·h)，隨著流速的增大，結(jié)蠟速率越來越小。流速超過0.75 m/s后，三個(gè)蠟樣的結(jié)蠟速率基本穩(wěn)定，此時(shí)結(jié)蠟速率為29.47、35.23、54.13 g/(m2·h)，分別減小了44%、38%、37%。這是因?yàn)椋弘S著流速的增大，所產(chǎn)生的蠟對(duì)管壁沖刷作用增強(qiáng)，使油不易沉積在管壁上；流速大，管內(nèi)熱損失小，油流在管道中能保持較高的溫度，油流和管壁的溫差使得蠟向管壁的擴(kuò)散速率減慢，結(jié)蠟速率減小。因?yàn)榱鲃?dòng)狀態(tài)為層流，所以當(dāng)流速增大到一定程度時(shí)，結(jié)蠟速率基本趨于穩(wěn)定。

2.3 灰色關(guān)聯(lián)研究結(jié)蠟各影響因素的權(quán)重

以上研究，探討了影響油井結(jié)蠟的內(nèi)因和外因，由于油井結(jié)蠟是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，使人們對(duì)結(jié)蠟的認(rèn)識(shí)一直以現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏理論指導(dǎo)。而灰色理論認(rèn)為，任何隨機(jī)過程都是在一定幅值范圍和一定時(shí)區(qū)內(nèi)變化的灰色量，其隨機(jī)過程為灰色過程。盡管客觀系統(tǒng)復(fù)雜多變，數(shù)據(jù)離散零亂，但它總是有整體功能，必然有某種內(nèi)在的聯(lián)系存在?；疑碚摻⒌臄?shù)學(xué)模型屬于連續(xù)的微分模型，利用這一模型可對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展變化進(jìn)行全面的分析觀察，并做出長期預(yù)測(cè)[13-15]。

根據(jù)各影響因素幾何曲線變化趨勢(shì)的相似程度來判斷該因素與結(jié)蠟速率之間的關(guān)系是否密切，即影響程度的大小。曲線的形狀越接近，說明兩者的關(guān)系越密切，即該因素的影響程度越大，反之越小。相似程度用關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度描述，關(guān)聯(lián)度描述了各因素對(duì)結(jié)果的影響程度，關(guān)聯(lián)度越大，影響程度越大[14]。

將析蠟溫度、流速、含蠟量和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量等因素按照上述進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，得到結(jié)蠟速率與上述因素的關(guān)聯(lián)度，分析結(jié)果見表3。由表3可知，影響油井結(jié)蠟的因素權(quán)重依此是溫度、流速、含蠟量和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量。

表3 灰關(guān)聯(lián)因素分析

3 結(jié)論

通過研究，可以得出以下結(jié)論：

1）長6蠟含量為62.50%，且同一口井不同深度下的蠟樣組成接近。

2）結(jié)蠟速率隨著運(yùn)行時(shí)間的延長、流速的增大會(huì)越來越小，隨原油溫度的升高而減??；當(dāng)油溫降至結(jié)蠟高溫峰點(diǎn)之后，結(jié)蠟速率隨著原油溫度的降低而減小。

3）通過灰色關(guān)聯(lián)分析，得出影響油井結(jié)蠟的因素權(quán)重依此是溫度、流速、含蠟量和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋佳芳,王 偉,高樹昌.臨南油田油井結(jié)蠟機(jī)理的研究與防治[J].今日科苑,2009(18):72.

[2]陳濤平.石油工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004:134-135.

[3]張 樂,屈撐囤,李金靈.油井結(jié)蠟與防治技術(shù)研究[J].廣州化工,2015,43(16):60-62.

[4]陽 興,田長亮.淺談?dòng)途Y(jié)蠟機(jī)理及清防蠟技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2004(1):76.

[5]彭向明,向明杰.油井結(jié)蠟機(jī)理及清防蠟技術(shù)在靖安油田的研究應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用,2007,26(4):40-43.

[6]段效威.油井出蠟機(jī)理和油井清蠟技術(shù)初探[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(27):89.

[7]陳 巍.油井結(jié)蠟機(jī)理及確定油井合理清蠟點(diǎn)方法[J].科學(xué)技術(shù),2011(17):266.

[8]王鴻勛,張 琪.采油工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1989:318-319.

[9]伍鴻飛,敬加強(qiáng),靳文博,等.原油族組成及碳數(shù)分布對(duì)其低溫流動(dòng)特性的影響[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2014,33(1):42-45.

[10]Newbery M E,Addison G E,Barker K W.Paraffin control in the northern michigan niagaran reef tread[R].SPE Produc?tion Engineering12320-PA,1986:9-11.

[11]Woo G T,Garbis S J,Gray T C.Long-term control of paraffin deposition[A].Housten:Society ofPetroleum Engineers,1984:16-19.

[12]金 偉,楊 斌.熱油管道的結(jié)蠟與清蠟[J].廣西輕工業(yè),2009(7):23-24.

[13]趙景茂,左 禹,張金坦.用灰色關(guān)聯(lián)分析法研究氣井腐蝕的影響因素[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào),2001,28(3):39-42.

[14]盧會(huì)霞,屈撐囤,卜紹峰.中原油田注入水腐蝕因素及控制研究[J].腐蝕與防護(hù),2004,25(6):263-266.

[15]方 華,華大利,李雙林,等.三元復(fù)合驅(qū)采出液對(duì)20#鋼腐蝕的主要影響因素[J].油氣田地面工程,2009,28(12):31-32.