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聚合物驱清防蜡问题的研究与认识

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聚合物 驱清防蜡 问题 研究 认识
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聚合物驱清防蜡问题的研究与认识周 鹏 刘 钢 何 利(大庆油田有限责任公司第三采油厂)摘 要 本文介绍了聚驱采出井清防蜡状况及面 临的困难 。针对聚驱清防蜡困难的现状,通过开展蜡熔温度、测量井温、蜡质组分分析和结蜡影响因素的研究与 实验,结合生产实际情况,分析了目前清防蜡工艺效果及存在的 问题, 对于聚驱结 蜡机理和规律有了较为深入的认识。在此基础上,提出了发展完善聚驱清防蜡技术的攻关方向和解决途径。主题词 聚驱; 结蜡; 清防蜡 1 前 言聚合物驱油是大庆油田高含水后期实现可持续发展的重要技术措施。随着聚驱开发规模的扩大和开采时间的延长,聚驱生产过程中相应地暴露出了一些问题。其中聚驱采出井杆管偏磨、清防蜡困难等问题比较突出,不仅给日常生产管理带来了困难,而且影响了聚驱开发的整体效益。为此,通过蜡熔温度、测量井温、蜡质组分分析、结蜡影响因素等一系列研究和实验,总结分析了目前清防蜡工艺的效果及存在的问题,为发展完善聚驱清防蜡技术提出了攻关方向和解决途径,对进一步搞好聚驱清防蜡工作起到一定的指导意义。2 聚驱清防蜡状况及特点聚合物驱投入工业化开采以来,由于驱替方式的改变,导致采出液性质发生了很大变化,随之暴露出杆管偏磨、电泵排量效率下降等问题。以 1995 年底投入聚驱开发的北二西区块为例,该区块于 1996 年 5 月见聚,随之机采井暴露出结蜡严重的问题。具体表现为:抽油机井上行负荷和下行阻力增大,该区块 64 口抽油机井几年来先后有 15 口井堵井,因结蜡造成的杆管断脱、卡泵井占检泵井次的 15%以上;电泵井产量和排量效率下降,有 14 口井因结蜡严重,采用刮蜡片带加重杆都清不下去;螺杆泵井因结蜡导致抽油杆断、脱扣和卡泵现象发生,1999 年以来作业的 15 口井中有 7 口井与蜡影响有关。通过现场鉴定和跟踪,检泵井中管柱结蜡现象也日趋严重。为此,及时地缩短了热洗周期和机械清蜡周期,并对疑难井适当延长了热洗循环时间。北二西聚驱抽油机井的热洗周期从 1996 年的 147d 缩短至 1997 年初的 119d,直到 1998 年的 59d 和目前的 30d。电泵井清蜡周期也由 1997 年的 153d 缩短至 1998 年的 102d,直到 1999 年的 92d 和目前的 42d。因此,清防蜡困难是聚驱采出井面临的主要矛盾之一。3 熔蜡温度实验在以往开展的热洗参数优化试验中,尽管采取了延长热洗循环时间、提高热洗压力和排量等措施,但热洗清蜡的效果并不理想。为此,第三采油厂分别在聚驱和水驱油井取样进行了室内熔蜡试验,以观察熔蜡所需时间、温度和在不同温度条件下熔蜡程度变化情况,对比聚驱和水驱熔蜡条件的差别。水浴加热实验2 个水驱蜡样分别标记为样 驱蜡样样 样 验时取 20g 样品,放入盛有作者简介: 周鹏(1974- ),男,助理工程师,现从事采油工艺管理工作。 150的锥形瓶中,然后将锥形瓶置于水浴锅中加热。从水浴溶蜡实验可以看出,聚驱溶蜡温度远高于水驱井。样品变化过程见表 1。表 1 水浴熔蜡实验变化过程表熔化程度(%)加热温度(℃)恒定时间(样 0 15 0 0 0 0 不溶45 15 20 10 0 0 样 , 有 油 膜 析 出 。 样 化 。47 15 50 30 0 050 15 60 50 0 053 15 85 70 0 057 15 100 80 0 0 样 熔61 15 100 0 0 样 熔70 15 10 20 样 P 软化,有油膜析出75 15 60 50 有团状物难熔80 15 100 100 样 样 烘干加热和电热炉加热实验为了进一步证实聚驱熔蜡所需温度,又进行了电热炉和烘箱加热实验。蜡样分别标记为样 A 和样 B,两口井见聚浓度分别为 315 和 16 。样品均呈褐黑色半固体状。烘干加热实验时,将样 A 和样 B 各取 20g,直接贴在烧杯壁上,放入烘干箱中加热,烘干箱可设定在某一恒定温度。实验变化过程见表 2。 表 2 烘干加热实验变化过程表熔化程度(%)加热温度(℃)恒定时间(样 A 样 0 5 0 0 不熔65 5 5 5 样品开始沿杯壁下滑70 5 20 30 样品滑至杯底,熔化加快75 5 50 6078 5 70 8080 5 100 100 全熔电热炉加热实验,是取样 A 和样 B 各 20g 放入盛有 200的烧杯中,利用电热炉持续加热,观察样品随温度升高的变化情况。实验变化过程见表 3。表 3 电热炉加热实验变化过程表熔化程度(%)加热温度(℃) 样 A 样 0 0 0 不熔65 5 5 表面开始软化,有油膜析出70 10 1575 30 5078 70 8583 100 100 全熔进行的三组实验都表明,聚驱蜡样的初熔温度为 70℃,熔化程度一般为 10%—20%,当加热至80℃左右,样品几乎全熔。而水驱井蜡样全熔温度介于 57~61℃。4 测量井温现场试验确定了聚驱熔蜡温度之后,利用 井温测井仪测试了正常生产时和热洗工况下抽油机井的井温,目的是为了掌握不同液面深度井温变化规律及热洗过程中井筒温度的变化情况。 2 口试验井基本情况见表 4。表 4 试验井基础数据表井 号产液(t/d)产油(t/d)含水(%)液面(m)泵深(m)井温仪深度(m)北 28 11 07 9 16 69 原井井温梯度测试从测试的 2 口井井深—原井井温曲线(见图 1)可以看出,从井底到井口井温下降 20℃左右,在 900—200m 井段井温下降较快,在 700m 左右井温降到 40℃以下,蜡析出速度逐渐加快,而且液面深度对温升梯度变化也有很大影响,从曲线上可以看出,液面较低的北 2的井温梯度变化更利于蜡的结晶和析出,说明低液面井结蜡程度要比高液面井严重,生产中的实际情况也证明了这一点。热洗过程井温梯度测试从热洗时测试的井温曲线(见图 2)可以看出,液面较高的北 2,在热洗 2h 后井口温度为 76℃,而井底温度还不到 50℃,液面较低的北 2在热洗 井口温度为 71℃,井底温度只有 50℃左右,均未达到蜡的初熔温度。图 1 原井井温—井深曲线202530354045500 100 200 300 400 500 600 700 800 900 948井深(m)温度(℃)2 热洗过程井温—井深曲线4045505560657075800 100 200 300 400 500 600 700 800 900 945井深(m)温度(℃) 2热洗时井底温度测试按常规的热洗方法,对北 2热洗 2h,测井底温度随时间变化曲线,结果表明,30井底温度开始上升,到 2h 井底温度也不到 50℃;测试北 2时,洗井时间延长到了 h 后温度开始上升,达到 50℃,之后基本保持这一温度(图 3)。分析三组井温测试曲线可知,不同液面深度的井由于原井井温及替液时间不同,在热洗过程中,洗井液与原井身段热交换损失不同,井筒温度上升速度不同。液面较高的井,洗井过程中替液时间较长,热洗液在油套环空滞留时间延长,导致热交换主要集中在井身段的上半部,整个井筒中井温梯度差异较大。测试结果表明,在延长热洗时间之后,井筒温度场分布比较均匀,能够提高洗井熔蜡的质量。但由于聚驱熔蜡温度升高,即使延长热洗时间,仍达不到较为彻底的清蜡目的。5 蜡样组分分析实验从现场鉴定和跟踪情况来看,与水驱井相比,聚驱检泵井中,管壁上结蜡厚度和强度明显增加,难以清除。同时也为了寻找聚驱蜡熔温度升高的原因,而开展了蜡样组分分析实验。族组分分离实验样品取自 3 口井,水驱蜡样标记为样 W。聚驱蜡样分别取自两口井,样品标记为样 样 进行族组分分离时,将蜡样用氯仿溶解,点在燃烧的硅胶层析棒上,选择不同极性的溶剂,依次将样品中的饱和烃、芳烃、非烃和沥青质分离。经火焰离子化检测器检测,以峰面积归一法计算每个族组分的质量分数,实验结果(表 4)。从表 4 可知,聚驱蜡样中以沥青胶质为主,约占50%,而水驱蜡样中沥青胶质含量仅为 表 4 族组分分析报告样品 饱和烃(%) 芳烃(%) 非烃(%) 沥青质(%) 总量(%)样 W 00样 00样 饱和烃气相色谱分析利用气相色谱仪对上述样品进行了色谱组分分析,气相色谱法是利用试样中各组分在色谱柱的流动相和固定相之间具有不同的分配系数来进行分离的。水驱样品样 W 与聚驱样品样 和烃中各族组分含量(图 4)。图 3 井底温度0 60 90 120 150 180 210 240 270时间(度(℃) 2 可知,碳数小于 32 时,水驱蜡样饱和烃中各族组分相对含量高于聚驱,在碳数大于 32时则相反,聚驱蜡样中饱和烃中各族组分相对含量高于水驱。以上结果表明:聚合物驱对于油井结蜡的组成及其性质是有较大的影响,聚驱蜡样中沥青胶质成份较水驱蜡样高 17%以上,且饱和烃中高碳数含量高于水驱,造成聚驱蜡质密度、硬度和熔点均高于水驱。分析认为,受聚合物驱油机理影响,由于聚驱增加了驱替相的粘度,原来水驱波及但未被驱替出的重质成分在聚驱阶段被采出,导致采出液成分发生很大变化。6 结蜡规律及影响因素模拟实验为了摸索采出井结蜡规律并确定影响因素,利用全自动高压石蜡沉积循环管流装置模拟原油结蜡过程,分析温度、压力、含水和含聚对蜡沉积的影响。实验装置可模拟不同温度、压力、流速条件下,通过测定蜡沉积测试管和参考管之间的压差,计算蜡沉积量的变化。流速及环境温度对结蜡的影响分析三组不同流速下的不同管外环境温度的结蜡实验结果可知,流速和温度是蜡沉积析出的主要因素。在同一流速下,管外环境温度越高,油温与管外温差越小,结蜡速率越小(图 5) 。可见,在低于析蜡温度的情况下,结蜡速率正比于流道内外的温差。这与现场中产量和液面较低井结蜡程度较严重是一致的。含水率对结蜡的影响通过测定温度、压力和流速在固定条件下不同含水率的蜡沉积量,可知随含水的增加,结蜡有比较明显的下降。一方面由于随含水升高,原油中含蜡总量随之减少;另一方面含水越高,流体比图 4 3 16 19 22 25 28 31 34 37 40碳数相对含量 (%)水驱蜡聚驱蜡20图 5 0 35 40 45 50 55油温度(℃)结蜡速率(mm/h)20℃25℃30℃热越大,流动过程中温度下降幅度越小。图 6 表示的是管外环境温度 25℃,流速为 2L/件下,不同含水级别的结蜡速率曲线。聚合物对结蜡的影响在含水 80%管流实验的基础上,配置成含聚浓度分别为 500、400 和 300 三个级别的油样,进行动态流动蜡沉积实验。含聚管流实验表明,聚合物浓度对蜡沉积的影响并不明显。但需要说明的是,聚驱析蜡过程中,应充分考虑采出液组份及性质的变化,而导致蜡含量增加。并且采出液中聚合物分子可作为蜡晶析出的晶核,易形成网状结构,造成蜡晶结构更为致密而难以清除。7 结 论⑴聚驱采出井见聚后,油井结蜡日趋严重,日常清防蜡工作量和难度增大,影响了聚驱开发效果和采出井检泵周期。⑵通过熔蜡温度、井温测试、组分分析及结蜡规律模拟实验,结果表明:由于聚驱采出液成分和性质的改变,导致聚驱蜡质成分和性质发生很大变化,现有沿用水驱的清防蜡工艺具有很大的局限性,无法满足聚驱清防蜡的需要。这也是造成聚驱采出井井筒境恶化,加剧偏磨和缩短检泵周期的重要原因。⑶为尽快解决这一问题,我们认为有必要开展聚驱清防蜡现场试验,继续深入研究聚驱蜡质的理化特点,在此基础上,确定一条以化学清防蜡为主的技术途径,为聚驱机械采油提供一项可靠的配套工艺。参考文献:[1]万仁溥《采油工程手册》石油工业出版社 2000 年 8 月版[2]胡博仲《聚合物驱采油工程》石油工业出版社 1997 年 1 月版[3]杨世铭《传热学》高等教育出版社 1999 年 5 月版编辑 闫建文 黄有泉(兼)图 6 5 30 35 40 45 50 55油温度(℃)结蜡速率(mm/h)含水 80%含水 60%含水 0%
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