我国油田含蜡原油产量较大。含蜡原油是一种多相烃混合物,当含蜡原油的温度高于蜡的析出温度时,原油黏度较低,其流动没有阻力。但一般含蜡原油在油管内流动过程中不断向周围环境散热,当含蜡原油温度低于蜡的初始结晶温度时,蜡晶微粒便开始在油流中和油管内壁及抽油杆上析出,原油黏度急剧增加,随温度不断降低,析出蜡晶的数量增加,并相互交联成网状结构,当网状结构达到一定强度后,原油将失去流动而凝结,这就严重影响原油的生产和输送。
原油在油管中流动时,蜡析出的影响因素大致有如下几个:
温度:温度分布不是均匀的,如油管内壁和抽油杆之间有温度梯度,从井底到井口也有温度梯度,受温度分布不均匀影响,井下各处结蜡程度不同。
油井生产时间:生产时间越长,结蜡厚度越大。
生产气油比:生产气油比越大,井筒结蜡厚度越大,因为分离出的气体越多,原油温度降低幅度越大。
含水率:含水率越高,井筒结蜡厚度越小。
井中原油压力:油压减小,结蜡速度越大。
产液量:产液量大,温差减小,结蜡速度变缓。
另外,油管内壁和抽油杆表面的粗糙度也会影响蜡的析出,如表面越光滑,结蜡和蜡晶长大越困难。
清防蜡是油井生产管理中的一个重要课题。由于原油物性及油井开采状况的复杂性,不同区块、不同油井、区块开采的不同时期,油井的结蜡状况各不相同,油井的清防蜡工艺也应随时调整。主要清防蜡工艺有:
机械清蜡:如步进式清蜡器,尼龙刮蜡器等,利用抽油杆上下运动清除油管内结蜡。优点是简单易行,成本较低。不足之处是装置容易损坏,固定费时费力。
热洗清防蜡:油田最普通常用的清蜡方法,优点见效快,实用。缺点是不能防止以后结蜡,有些井热洗周期很短。有些油田还用化学添加剂热水洗井方法。
电热清防蜡:集肤效应电热杆防蜡技术:将空心抽油杆内的绝缘铜导线通入交流电,利用电流集肤效应原理加热空心抽油杆,提高油管内原油温度,平均井口原油温度可提高到45℃以上;扁电缆加热防蜡技术:扁电缆捆扎在油管外壁,电缆表面温度达60℃,油套环空产生的温度场通过管壁将能量传递给管内,使井口出油温度由原来的20℃提高到30℃以上,原油温度升高,增加了对蜡的溶解能力;同时油井环空温度高于管内原油温度,产生逆温差,从而起到防蜡降黏作用。该方法的缺点是耗电大。
化学防蜡技术:专用的化学清防蜡剂有的能改变蜡晶微粒的大小、形状、结构,阻止蜡晶相互吸附、长大,从而降低原油凝固点;有的能够使原油的胶质、沥青质、蜡质溶解,分散于原油中,进而降低原油黏度和清除管壁结蜡。这些作用可以使原油的低温流变性得到显著的改善。缺点是原油蜡品物性不同,化学剂需调整。
微生物清防蜡技术:微生物主动向食物如石蜡、碳氢化合物方向游动,将原油中饱和碳氢化合物、胶质沥青质降解,降低原油中的含蜡量,从而抑制石蜡的沉积。该技术具有以下优点:施工工艺简单,有效期长;减少热洗造成的油层损害;微生物在代谢过程中产生的表面活性剂和生物乳化剂能改善油层的润湿性,提高油藏渗透率,增加油井产量。
磁防蜡技术:安装上钕铁硼稀土永磁防蜡器后,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。
超声波清防蜡技术:主要是利用超声波的声能击碎原油和石蜡的高分子链,使之变为低分子链,降低黏度,提高了原油流动性。
井下掺油掺汽防蜡降黏:对稠油井通过此法降低原油黏度,防止或减缓结蜡。
井筒隔热胶凝液技术:隔热材料混合配制的五种胶凝液,泵入井筒内,以阻止和减缓原油热量向四周环境的扩散,增加井筒内环形空间的温度,降低原油黏度。
内涂层和衬里油管技术:用具有疏蜡性的功能涂层或玻璃钢等衬里,由于它们表面比原油管表面光滑,且涂层不亲油等性能,使蜡分子吸附不上,则避免了蜡品的沉淀现象,起到防蜡作用。如安东奥尔工程技术有限公司开发的金属纳米聚合物涂料就是一种疏蜡性涂层,具有很好的防结蜡性能。
隔热涂层油管:安东奥尔工程技术有限公司即将推出的隔热涂层油管,可以有效阻止原油热量向四周的辐射损失,可以大大节省原来电热清防蜡所消耗的电能。
注:原油相对密度一般在 0.75-0.95 之间,少数大于 0.95 或小于 0.75 ,相对密度在 0.9-1.0 的称重质原油,小于 0.9 的称轻质原油。 原油粘度是指原油在流动时所引起的内部摩擦阻力,原油粘度大小取决于温度、压力、溶解气量及其化学组成。温度增高其粘度降低,压力增高其粘度增大,溶解气量增加其粘度降低,轻质油组分增加,粘度降低。原油粘度变化较大,一般在 1-100mPa · s 之间,粘度大的原油俗称稠油,稠油由于流动性差而开发难度增大。一般来说,粘度大的原油密度也较大。
原油冷却到由液体变成固体时的温度称为凝固点。原油的凝固点大约在 -50 ℃ ~35 ℃ 之间。凝固点的高低与石油中的组分含量有关,轻质组分含量高,凝固点低,重质组分含量高,尤其是石蜡含量高,凝固点就高。
含蜡量是指在常温常压条件下,原油中所含石蜡和地蜡的百分比。石蜡是一种白色或淡黄色的固体,由高级烷烃组成,熔点为 37 ℃ ~76 ℃ 。石蜡在地下以胶体状溶于石油中,当压力和温度降低时,可从石油中析出。地层原油中的石蜡开始结晶析出的温度叫析蜡温度,含蜡量越高,析蜡温度越高,析蜡温度高,油井容易结蜡,对油井管理不利。
含硫量是指原油中所含硫(硫化物或单质硫分)的百分数。原油中含硫较小,一般小于 1% ,但对原油性质的影响很大,对管线有腐蚀作用,对人体健康有害。根据硫含量不同,可以分为低硫或含硫石油。
含胶量是指原油中所含胶质的百分数。原油的含胶量一般在 5%~20% 之间。胶质是指原油中分子量较大( 300-1000 )的含有氧、氮、硫等元素的多环芳香烃化合物,呈半固态分散状溶解于原油中。胶质易溶于石油醚、润滑油、汽油、氯仿等有机剂中。
原油中沥青质的含量较少,一般小于 1% 。沥青质是一种高分子量(大于 1000 以上)具有多环结构的黑色固体物质,不溶于酒精和石油醚,易溶于苯、氯仿、二硫化碳。沥青质含量增高时,原油质量变坏。
原油中的烃类成分主要分为烷烃、环烷烃、芳香烃。根据烃类成分为不同,可分为石蜡基石油、环烷基石油和中间基石油三类。石蜡基石油含烷烃较多;环烷基石油含环烷烃、芳香烃较多;中间基石油介于二者之间。
目前我国已开采的原油以低硫石蜡基居多。大庆等地原油均属此类。其中,最有代表性的大庆原油,硫含量低,蜡含量高,凝点高,能生产出优质煤油、柴油、溶剂油、润滑油和商品石蜡。胜利原油胶质含量高( 29% ),比重较大( 0.91 左右),含蜡量高(约 15-21% ),属含硫中间基。汽油馏分感铅性好,且富有环烷烃和芳香烃,故是重整的良好原料。
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