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青海油田利用亲水钝化膜防蜡的新方法研究

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青海 油田 利用 钝化 膜防蜡 新方法 研究
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青海油田利用亲水钝化膜防蜡的新方法研究摘要:结蜡现象严重制约着青海油田的原油产量。目前,青海油田已经针对油田特点发展了一系列清防蜡技术,并提出了一种新型防蜡方法,即加入油管表面处理剂,使其与油管表面反应形成亲水钝化膜,达到防蜡、防腐、防垢的目的。本文调研了青海油田清防蜡技术的应用现状,详细阐述了新型油管表面处理剂的配方及防蜡原理,从微观角度分析了处理后亲水钝化膜的形成过程,并通过试验从理论上解释了亲水钝化膜的防蜡机理,同时对其防蜡效果进行了综合评价。现场试验表明,该新型防蜡方法具有良好的经济效益和广阔的应用前景。关键词:结蜡,亲水钝化膜,防蜡机理,经济效益评价is At a of to a of by a of to of a of of of is of is by of of 柴达木盆地已找到不同圈闭类型、多种储集类型的油气田二十五个,在已探明石油地质储量的油田中花土沟、油砂山、尕斯中浅层、跃进二号、七个泉、狮子沟浅层、咸水泉、乌南等大部分油田都存在结蜡现象。青海油田地层温度普遍不高,温度范围在 40℃原油含蜡量在 17间,且多为高碳蜡,开采过程中压力降低,伴生气体大量析出温度降低,油井结蜡较为严重,造成抽油机井悬点载荷增加,成为制约原油产量的一个重要因素。1 青海油田清防蜡技术应用现状油井清防蜡技术 [1]是油井正常维护的必要手段之一,对油田的稳产、增产、提高油井生产时率、节省开采成本及提高管理水平起着十分重要的作用。油井结蜡对每个油田来说,各有特点,一般来说,开采初期比较严重,到中期和后期油井结蜡量逐淅减少。目前青海油田使用的清防蜡方式主要有机械清防蜡、化学清防蜡、热力清防蜡。机械清防蜡包括强磁防蜡器、刮蜡器、自动清蜡器等。机械清防蜡技术简单,但需停产清蜡,且防蜡周期短。热力清蜡包括热油清蜡、热水清蜡、电热带清蜡、电热杆清蜡、电缆清蜡、微波清防蜡等。热力清蜡技术存在洗井液漏失污染油层,洗井液返排时间长造成油井减产,含蜡量高、低产低能井热洗蜡卡事故率高等问题。化学清防蜡包括连续加药防蜡法、阶段加药清防蜡法、固体清防蜡和微生物清蜡 [2]等。化学清防蜡技术工艺简单,防蜡周期长,成为油井清防蜡的首选工艺。近年来,随着表面活性剂的应用日益广泛,溶剂型清蜡剂有了较大的发展,即使用对蜡具有强溶解性能的溶剂来清涂积蜡,可以分为油基清蜡剂、水基清蜡剂、乳液清蜡剂三种类型 [3]。防蜡剂能抑制原油中蜡晶析出长大聚集和在固体表面上沉积的化学剂,也可分为三种类型:稠环芳香烃性防蜡剂、表面活性剂型防蜡剂 [4]和聚合物型防蜡剂。2 一种新型的防蜡方法传统的清防蜡方法是加入清防蜡剂,清防蜡剂一般是有机溶剂与油溶性高分子聚合物混为一体的复合产品,它能使原油中的蜡晶分子界面形成表面润湿膜,从而抑制蜡晶的析出、吸附和凝结,达到清防蜡的目的,但受温度、矿化度等不利因素的影响,适应性不强,防蜡效果也不理想。本文研发了一种新型的防蜡处理剂要成份为植酸与聚丙烯共聚物的混合物。该药剂在水中能使钢铁金属表面形成一层致密的钝化保护膜,改变油管表面的润湿性,达到防蜡的目的,同时抑制腐蚀。图 1 为放大600 倍的处理前后试片表面形貌对比效果。(a)处理前空白的试片表面 (b) 处理后有亲水钝化膜的试片表面图1 放大600倍的处理前后试片表面形貌对比(a) of b) of of of 00 化保护膜具有很强的亲水性,由于油管表面具有亲水性,油与蜡等亲油性物质很难吸附在其表面,因此这种膜能够阻止蜡、垢的沉积,延缓油管的腐蚀。形成的亲水钝化膜还能降低原油的输送阻力,同时辅之以其它助剂,可以达到防蜡、防腐、防垢的目的。这种防蜡新方法与传统的清防蜡方法截然不同,与蜡的晶型无关,因而具有广泛的适应性。水钝化膜的形成原理油管表面良好的亲水钝化膜的形成包括三个过程:(1)油管表面的溶解过程。在油田污水中,油管表面的腐蚀主要为析氢腐蚀,铁单质在氢的作用下变成铁离子。(2)表面溶解的铁离子与药剂的结合过程。在水中加入油管表面处理剂,由于油管表面处理剂在水中能优先与铁离子结合,且结合强度高,油管表面会大量生成表面处理剂与铁的结合产物,即络合反应。此阶段铁的溶解过程与络合过程同时存在,但络合过程占主导。(3)表面膜的稳定过程。随着亲水钝化膜的不断增厚,铁的溶解变得困难,但此时铁表面与膜的交界处,膜的形成反应与铁的溶解反应仍在不断进行着,结果使得亲水钝化膜的底部不断向铁金属基体内部深入,随着转化时间的延续,亲水钝化膜的厚度不断增加,直到铁表面不再溶解为止。水钝化膜的防蜡机理亲水钝化膜的亲水憎油性是新技术之所以能够达到防腐防蜡目的的主要机理,而该性质与亲水钝化膜的化学成分密切相关,本文采用试验方法对亲水钝化膜的元素组成和有机官能团进行了细致分析,进而从微观角度阐释了亲水钝化膜的防蜡机理。验样品空白样品和试验样品材料均为积1。首先处理试验样品,用含处理剂浓度为4000 、的含盐配水,在50 ℃条件下处理理剂含量为60 , 的含盐配水中,在50 ℃条件下放置24h,以形成转化膜。空白样品不作任何处理。验方法利用试片表面进行转化膜的元素组成分析;分别利用得出转化膜所含的有机官能团 [5]。验结果亲水钝化膜的元素组成试验结果如图2、图3所示,对比可以看出,钢件经转化膜处理后,表面引入了O、这三种元素是处理剂的主要元素组成。图3中还引入了少量是由于油管表面处理剂与钢件基体离子化产生的+络合产生成膜物质过程中,水介质中+也与部分油管表面处理剂络合,在成膜物质沉积过程中2 空白试片的表面元素组成 on of 亲水钝化膜的元素组成3 of 5所示,分析两图可知:(1)图 4 中波数在 3500是缔合伸缩震动引起的,说明处理剂溶液中存在大量的合;图 5 中波数在 3500能是 3500300间的极宽的峰的叠加,在波数在 3300在极宽的峰是由合产生的螯合物的特征峰,说明亲水钝化膜主要成分是一种螯合物,同时存在大量的2)O=聚体)的特征峰值在波数 1740酸溶液和亲水钝化膜的红外光谱图中在 1640 左右存在一个 O=聚体)的特征峰,溶液中可能存在大量的经合的 O=转化膜中可能主要存在经=其与 合而存在的 且使红外光谱发生左移。(3) 1、6501,而21。图4在波数1100明处理剂溶液中可能存在很少的2主要以经能主要因为处理剂溶液处理剂中的氢离子电离平衡向左移动,抑制了处理剂的电离;图5在波数11501和6501存在很明显的峰,可能主要是因为处理剂与钢铁表面发生化合反应,产生的大量的23-,同时使红外光谱发生一定的移动。 1020 3040 5060 7080 90% 200 300 400 理剂溶液的红外光谱图 of 水钝化膜的红外光谱图 of 水钝化膜的防蜡机理分析由亲水钝化膜表面物质成分分析可知,亲水钝化膜亲水憎油性主要是因为亲水钝化膜中存在大量的2-、缔合的O=们都能与介质中的水发生较强的氢键作用,属亲水性基团。因此,在转化膜与介质间的过渡层易形成的稳固水膜,该水膜有抑制蜡沉积的作用;而且该转化膜是一种极稳定的螯合物,使其具有稳固的防蜡性能。亲水钝化膜是铁的一种络合物,通常情况下,它在水中的溶解度极小,在 环境中也很难溶解。但在水流的冲刷下,随着时间的延长仍会慢慢溶解于水中,膜的厚度会逐渐变薄,如果此时水中没有表面处理剂,则铁表面的保护膜最终会被完全溶解掉。因此,必须始终保证水中存在一定量的处理剂,才能保证膜的长期存在。水钝化膜的防蜡效果评价将两支洗净干燥并已称重的低碳钢管的其中一支用一定浓度的处理剂处理半小时,另外一支放在采出水中半小时,然后按《6300油用清防蜡剂通用技术条件》规定的方法让结蜡管结蜡,将结蜡管放在通风干燥处 12 小时后称其重量,减去未结蜡的洗净干燥的结蜡管重量,得出结蜡量,可以由下式计算防蜡率:(1)10=-%m防 蜡 率式中, 为处理后的结蜡管结蜡量; 为处理后结蜡管结蜡量。10℃和 60℃条件下,计算含水率 80%、60%、40%、20%、0 时的防蜡率,结果如图 6 所示,表明亲水钝化膜有较好的防蜡效果,尤其适应于含水30油井。010203040506070809010080 60 40 20 0 含 水 %防 蜡率 %50℃60℃图6 亲水钝化膜的防蜡效果评价 of of 济效益评价选择青海油田 17 口结蜡较为严重且含水量为 30%至 60%、结垢不明显、无机械故障的油井作为试验井。清洗试验井后 24 小时内,将油管表面处理剂泵入油套环形空间,使其扩散进入油管与油管内壁反应形成亲水膜,并采用间歇式加药方式,监测油管出口处药剂浓度,确定加药周期,维持加药量>60 、 形成最优质的钝化保护膜。一段时间后,试验结果如下:所试验的 17 口井中,16 口井防蜡效果较好;试验井平均增产 1059t,增幅 平均洗井周期为试验前的 ;平均检泵周期为试验前的 ;此外,从防腐效果来看,油管的使用寿命延长为原来的 。+++=节 约 正 常 维 护 费 用 节 约 检 泵 费 用 节 约 洗 井 费 用 增 加 原 油 收 入单 井 经 济 效 益 实 验 井 次(2)根据公式(2)单井经济效益计算方法,计算得到试验井每年的单井经济效益为 元/井。据统计,青海油田 2010 年的洗井的费用为 元,2011 年为 均每年洗井的费用约为 元;2010 年油管因腐蚀而报废的有114 万米,2011 年报废的有 128 万米,按 ,平均每年因腐蚀而报废的油管有 121 万米,折合人民币 元。由此可以推算,如果在全油田推广油管表面处理剂,可以带来的综合经济效益约为 元/年。4 结论(1)新型防蜡方法形成的保护膜为稳定的亲水憎油钝化膜,该保护膜可以有效抑制油管表面蜡的沉积,具有优良的防蜡性能,防蜡率最高可达 80%以上。(2)新型防蜡方法使用的油管表面处理剂可以延长洗井周期 1,延长检泵周期 1,同时大大降低油管的腐蚀速率,提高油井产量约 (3)新型防蜡方法具有良好的经济效益,每口井每年可节约费用 ,可给青海油田带来年经济效益约 元,具有十分广阔的应用前景。参考文献[1]010(20):1062]石勇,姜兰,雷琦,2009, 30(1):173]刘忠运,陆晓锋,汤超,009,38(5):4794]张贵才,葛际江,006,29(1):915.[5]008,17(3):59
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