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油井清防蜡技术

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油井 清防蜡 技术
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油井清防蜡技术勘探开发研究所工艺室2007年 7月第一章 绪 论1、 蜡的定义石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。原油中的蜡是指碳原子个数 、蜡的分类蜡可以分为两大类:即石蜡和微晶蜡。正构烷烃蜡称为石蜡,它能够形成大晶块蜡,为针状结晶,是造成蜡沉积而导致油井堵塞的主要原因。支链烷烃、长直链环烷烃和芳烃主要形成微晶蜡,其相对分子质量较大。3、蜡的特性◆ 聚集特性: 蜡在地层条件下通常以液体状态存在。但是在开采过程中,随着温度和压力下降以及轻质组分不断逸出,原油溶蜡能力降低,蜡开始结晶、析出、聚集;◆ 沉积特性: 聚集的蜡会不断沉积、堵塞油管,直接影响油井生产。因此,油井的防蜡和清蜡是保证含蜡原油正常生产的一项十分重要的技术措施。第一章 绪 论4、结蜡过程结蜡过程可已分为三个阶段:⑴析蜡阶段 :当温度降到析蜡点以下时,蜡以结晶形式从原油中析出。⑵聚集阶段: 温度继续降低,结晶析出的蜡聚集长大。⑶沉积阶段: 长大的蜡晶沉积在管壁表面上。第一章 绪 论5、影响结蜡因素影响油井结蜡因素很多,概括有:⑴原油性质对结蜡的影响⑵温度对结蜡的影响⑶原油中胶质和沥青对结蜡的影响⑷原油中的机械杂质和水对结蜡的影响⑸流速和管壁特性对结蜡的影响第一章 绪 论5、影响结蜡因素⑴ 原油性质对结蜡的影响 :原油中轻质馏分越多 ,溶蜡能力越强,析蜡温度越低,越不容易结蜡。当压力下降,降到泡点压力以下时,天然气分离出来,降低了原油溶蜡能力,析蜡温度上升,结蜡较为严重。⑵温度对结蜡的影响: 当温度保持在析蜡温度以上时,蜡不会析出,也就不会结蜡。而温度降到析蜡温度以下时,开始有蜡晶析出,温度越低,析出的蜡越多。当压力降到泡点以下时,天然气开始分离出来,由于天然气的气化过程和压力降低、天然气膨胀都要吸热,使温度下降,更促进蜡的聚结。第一章 绪 论5、影响结蜡因素⑶ 原油中胶质和沥青对结蜡的影响: 随胶质含量增加,析蜡温度降低。这是因为胶质本身是活性物质,它可以吸附在蜡晶表面,阻止蜡晶长大,而沥青是胶质的进一步聚合物 ,不溶于油 ,成极小颗粒分散在油中,对蜡晶起到良好的分散作用。因此,由于胶质沥青的存在,蜡晶虽然析出,但不容易聚合、沉积。但是,有胶质沥青存在时,沉积的蜡强度明显增加,不易被油流冲走,又促进了蜡的聚结。由此可见,胶质沥青对结蜡的影响是两方面的,既减缓结蜡,又促进结蜡。第一章 绪 论5、影响结蜡因素⑷ 原油中的机械杂质和水对结蜡的影响: 有晶核存在时,会促进结晶加快,而机械杂质和水的颗粒都会成为结蜡核心,加速结蜡。但随着含水上升,会在管壁上形成水膜,使析出的蜡不容易沉积在管壁上,减缓结蜡。现场试验和室内实验证明,当含水增加到 70%时,会形成水包油乳化液,油被水包住,阻止蜡晶聚积而减缓结蜡。第一章 绪 论5、影响结蜡因素⑸ 流速和管壁特性对结蜡的影响: 随流速升高,结蜡量增加。当流速达到临界流速后,结蜡量会下降。因为流速刚开始增加时,单位时间流过的蜡量也增加,析出的蜡量也多,所以结蜡严重。而达到临界流速后,由于冲刷作用增强,析出的蜡晶不能沉积在管壁上,而减缓了结蜡速度。同时,管材不同,结蜡量也不同,管壁越光滑越不容易结蜡。表面亲水的管壁比亲油的管壁更不容易结蜡。第一章 绪 论5、影响结蜡因素影响油井结蜡因素很多,概括有:⑴原油性质对结蜡的影响⑵温度对结蜡的影响⑶原油中胶质和沥青对结蜡的影响⑷原油中的机械杂质和水对结蜡的影响⑸流速和管壁特性对结蜡的影响第一章 绪 论第二章 是一种既简单又直观的清蜡方法 有施工简单、成本低的特点。第二章 自喷井机械清蜡 :由机械清蜡设备组成。主要工具及设备包括绞车、钢丝、滑轮、刮蜡片和铅锤。刮蜡片依靠铅锤的重力作用向下运动刮蜡,上提时靠绞车拉动钢丝经过滑轮拉刮蜡片上行,如此反复定期刮蜡,并依靠液流将刮下的蜡带到地面,达到清除油管积蜡的目的。采用刮蜡片清蜡时要掌握结蜡周期,使油井结蜡能及时清除,不允许结蜡过厚,造成刮蜡片遇阻下不去。第二章 是以机械刮削方式清除油管内沉积的蜡。这项技术比较成熟 ,而且已经形成了一系列的工具和设备 (刮蜡片、麻花钻头、毛刺钻头等 )以及技术规范。合理的清蜡制度必须根据每口油井的具体情况确定。首先要掌握清蜡周期,使油井结蜡能及时刮除,保证压力、产量不受影响 ,清蜡深度一般要超过结蜡点或析蜡点以下 50米。第二章 有杆泵抽油井机械清蜡: 利用安装在抽油杆上的活动刮蜡器清除油管内和抽油杆上的蜡。目前通用的是尼龙刮蜡器。井清防蜡技术减缓了油井结蜡速度,同时对井斜起到扶正防磨作用能延长热洗周期,并不能彻底解决油井的结蜡问题不能完全替代热洗清蜡工艺尼龙刮蜡器表面亲水不易结蜡,摩擦系数小、强度高,耐冲击、耐磨、耐腐蚀。在抽油过程中,做往复运动的抽油杆带动尼龙刮蜡器做上下运动和转动,从而不断地清除抽油杆和油管上的结蜡。作 三台油田北 20井区及沙北油田。油井自动机械清蜡装置于 2003年 9月在火烧山油田现场试验 5井次: 1293, 用效果较好。目前 H 1426井仍有效。第二章 而达到清蜡的目的。热力清蜡是油田抽油井最主要的清蜡方式,常用的方法有 4种。蜡机理第二章 用方法第二章 用方法⑴ 热载体循环洗井清蜡 : 采用热容量大、经济、易得的载体将热能带入井筒中,提高井筒温度,超过蜡的熔点使蜡熔化达到清蜡的目的。一般有两种循环方法,一种是油套环空注入热载体,反循环洗井,边洗边抽,热载体连同油井产出液一起由泵抽出。另一种方法是空心抽油杆热洗清蜡。它将空心抽油杆下到结蜡点以下,热载体从空心抽油杆注入,对油井进行热洗。第二章 用方法⑵ 井下自控热电缆清蜡 : 在油井中下入电热电缆。电热电缆在不同温度下,会发出不同热量,保持井筒恒温。当温度达到析蜡温度以上时,则起防蜡作用,但要连续供电保持温度。第二章 用方法⑶ 电热抽油杆清防蜡 : 通过在油井中下入电热抽油杆,与电控柜等部件组成电加热抽油杆装置,使电能转化为热能,提高井筒温度,超过蜡的熔点使蜡熔化达到清蜡的目的。⑷热化学清蜡方法 : 利用化学反应产生的热能来清除油井的结蜡。 2O+种药液要通过不同通道按比例注入油井,在射孔段上部反应达到热峰值。施工过程要严格控制。第二章 沙南作业区 “ 高温度、低液量热洗清蜡技术的研究 ” 。热洗周期 10~ 20天 /次,用液量 10~ 15前在沙南油田大部分井中使用。用情况第二章 油井清防蜡技术油 田 火烧山 北三台 沙 南 沙北热 洗 介 质 热水 / 油 热水 / 油 热水 / 油 原油热 洗 周 期 ( 天 ) 30 30 45 ~ 50 30热洗用液量 ( 25 ~ 35 40 50 33 - 费用高; ②热洗周期短; ③对套管和水泥环造成损坏; ④对地层造成污染地层。优点缺点见效快、实用、点第二章 油井清防蜡技术防漏热洗油层保护结构图筛管管式泵筛管提开泄油器管柱结构为:泵 +筛管 +封隔器 +卸油器 +筛管 +尾管。热洗介质从油套环空注入,由于封隔器的作用,热洗介质不进入地层,而是从上部筛管进入油管,实现对油管和抽油杆的热洗。艺改进第二章 油井清防蜡技术这种方法的防蜡作用主要是创造不利于石蜡沉积的条件,如提高管壁表面的光滑度,改善表面的润湿性,使其亲水憎油,或提高井筒流体的流速,具体有:⑴油管内衬: 是在油管内衬一层玻璃衬里。它具有亲水憎油、表面光滑的防蜡作用。特别是油井含水后油管内壁先被水润湿,油中析出的蜡就不容易附着在管壁上,同时内壁光滑,使析出的蜡不易黏附,比较容易被油流冲走,减缓了结蜡速度。井清防蜡技术⑵ 涂料油管 :是在油管内壁涂一层固化后表面光滑且亲水性强的物质,其防蜡原理与玻璃衬里油管相似。最早使用的是普通清漆 ,但由于其在管壁上粘合强度低 ,效果差而逐渐被淘汰。目前应用最多的是聚氨基甲酸酯 别是新油管涂层质量高,防蜡效果好。使用一段时间后,由于表面蜡清除不净,以及石油中活性物质可使管壁表面性质发生变化而失去防蜡作用。防蜡机理油井化学清、防蜡技术是在油井中加入化学清、防蜡剂达到清除油井已结出的蜡或防止油井结蜡的目的。化学清蜡剂 的作用是将已经沉积的蜡溶解或分散开使其在油井原油中处于溶解或小颗粒悬浮状态而随油流流出油井; 化学防蜡剂 通过与蜡晶结合在一起而干扰蜡晶生长,防蜡剂中的分子在原油中形成网络结构,蜡晶微粒被连在网络中处于分散状态,避免了蜡晶微粒之间相互接触长大,达到防蜡目的。第二章 防蜡剂分类⑴ 油溶性清、防蜡剂:⑵水溶性清、防蜡剂:⑶乳液型清、防蜡剂:⑷固体防蜡剂:第二章 防蜡剂分类⑴ 油溶性清、防蜡剂: 主要由有机溶剂、表面活性剂和少量聚合物组成。其中的有机溶剂将沉积在管壁上的蜡溶解,加入活性剂是帮助有机溶剂沿沉积蜡中的缝隙和蜡与管壁的缝隙渗入进去以增加接触面,提高溶解速度,并促进沉积在管壁上的蜡从管壁脱落,随油流带出地面。优点: ①对原油适应性强②溶蜡速度快、见效快③凝固点低,冬季使用方便。缺点: ①密度小,对高含水井不太适合②燃点低,易着火第二章 蜡技术⑵ 水溶性清、防蜡剂: 由水和多种表面活性剂组成。表面活性剂起润湿反转作用使管壁反转为亲水性表面,不利于蜡在管壁上沉积,从而起到防蜡作用。优点: ①相对密度较大,对高含水井应用效果好②使用安全,无着火危险。缺点: ①加入油井见效速度慢②冬季使用,流动性有待改善。第二章 蜡技术⑶ 乳液型清、防蜡剂: 乳液型清、防蜡剂是将油溶性清、防蜡剂加入水和乳化剂及稳定剂后形成水包油乳状液。这种乳状液加入油井后,在井底温度下进行破乳而释放出对蜡具有良好溶解性能的有机溶剂和油溶性表面活性剂,从而起到清蜡和防蜡的双重效果。优点: ①溶蜡速度快、见效快;②相对密度较大;③使用安全,无着火危险。缺点: 制备和储存时必须稳定第二章 蜡技术⑷ 固体防蜡剂: 固体防蜡工艺技术是近几年发展起来的一项新技术。它是将室内筛选出的化学剂固化,置入专用的固体防蜡管中。防蜡管接在泵下。当原油流经固体防蜡剂时,固体防蜡剂(多数是由高分子聚合物与其它助剂复配而成)在油井温度下逐步溶解而释放出药剂并溶入油中,使原油中的蜡能在降温过程中与固体防蜡剂产生共晶,改变蜡晶聚集的结构,破坏蜡晶的生长,阻碍蜡晶在管柱表面的吸附,从而使油井的结蜡减少,达到防蜡的目的,同时可实现化学药剂的连续加入。第二章 蜡技术 固体清防蜡固体防蜡管防蜡管柱结构示意图第二章 蜡技术化学清防蜡在准东各油田应用情况4. 3 应用情况火烧山油田、北三台油田每年 200口井中使用化学清、防蜡剂清防蜡,均采用定期间歇式加入方式。使用化学清防蜡剂后,可以起到延长油井热洗周期的目的(延长油井的热洗周期 2但是并不能从根本上解决油井结蜡问题。油井在加入清、防蜡剂后,还必须进行热洗清蜡才能保证油井正常生产。第二章 蜡技术固体防蜡在准东各油田应用情况4. 3 应用情况2003年至 2006年,在火烧山油田、沙北油田、沙南油田以及北三台油田的 28口井中进行了 31井次的现场试验和应用。其中火烧山油田 8井次,沙北油田 8井次、沙南油田 11井次,北三台油田 4井次。油 田 火烧山 沙北 沙南 北三台实施井次 8 8 11 4合 计 31第二章 油井清防蜡技术油田 火烧山油田 沙北油田 北三台油田 沙南油田有效期 1 8 - 2 0 个月 1 2 个月 4 - 6 个月 1 0 - 1 2 蜡技术4. 4 应用效果第二章 蜡技术4. 4 应用效果火烧山 003年 7月 17日检泵时下固体防蜡块 80块,到 2005年 7月 18日检泵时油井生产正常,在 725多天的生产时间里,油井未采用任何其他清防蜡措施。说明固体防蜡对火烧山油田具有较好的防蜡效果。第二章 原油流过磁防蜡器时,原油中的石蜡分子在磁防蜡器产生的感应磁场的作用下,其分子间力受到干扰,不再按原来的结晶规律排列,使蜡晶的聚结速度和定向生长速度的平衡遭到破坏;石蜡质点在感应磁场的作用下,按照一定的方式聚结排列时,同样也受到分子间力的干扰,其结果是抑制了蜡晶的生长,使其不易达成骨架,破坏了蜡晶的聚结,达到防蜡目的。蜡机理第二章 0年代中后期磁防蜡技术开始在油田研究与应用。通过现场试验取得了一定的应用效果。近几年又开始在油田应用。但是各油田应用效果不同。磁防蜡器主要有 电磁式和永磁式两大类。电磁式因操作复杂、投资高、耗能大而很少使用。永磁式防蜡器又分外磁式内磁式两种。类第二章 术特点施工简便,操作方便;避免热洗液对地层的堵塞、伤害和热洗介质引起的地层粘土膨胀,解决了水敏性油藏油井的清防蜡问题 。第二章 油井清防蜡技术总井数 下磁防蜡器 占抽油井总数 可对比井 有效井 有效率211口 246套 153口 134口 64%用情况磁防蜡应用情况统计表第二章 油井清防蜡技术磁防蜡器防蜡效果统计表延长热洗周期 1 倍以上 合计井数 122 12 134占百分比 91% 9%长油井的热洗周期,减少热洗井次,提高油井生产时率降低生产成本。但是,磁防蜡技术还必须与热力清蜡技术结合使用,才能有效地对油井的结蜡进行治理,防止油井蜡堵、蜡卡事故的发生。用效果第二章 油井清防蜡技术2006年准东各油田现场共实施 8井次,其中北三台油田 2井次,沙南油田 2井次,沙北油田 2井次,探区 2井次。截止 2007年 3月底,沙南油田有效期达到 300天,北三台油田有效期 240天,沙北油田有效期100天,探区 240天。效磁防蜡阻垢装置的 应用序号 井号 区块 下入日期 下入深度(米) 有效期 备注1 1 6 0天 提出未下2 丘5 90天 3 丘5 20天 提出后又下入。40天5 北 00天 提出6 北 80天7 北7 8 西地探 30天 36方8 台5 5 小泉沟 10天 每天加化清剂5公 斤,之前每10天 油洗15方4 3 1磁防蜡现场实施情况及效果统计表第二章 前对微生物防蜡的机理认识主要有以下几种观点: ( 1) 降解作用: 烃氧化菌类的微生物对原油中的高分子碳链(如石蜡等)具有一定的降解作用,它可以将高分子石油烃类物质降解为低分子石油烃类物质,从而降低了原油的粘度,提高了原油的流动性,减轻了原油在油管上的聚结,延长了清蜡周期,提高了油井产量;蜡机理第二章 油井清防蜡技术( 2)代谢作用:微生物的新陈代谢作用可以产生脂肪酸、糖脂、类脂体等多种生物表面活性物质。这类表面活性物质可以和蜡晶发生相互作用,改变蜡晶结晶状态,阻止蜡晶生长,从而降低原油中石蜡、沥青、胶质等重质组分的沉积;( 3)吸附作用:烃氧化菌类的微生物自身分解产物具有粘附在金属或粘土表面的作用,能够在金属或粘土表面形成一层吸附层,从而阻止蜡晶在金属表面吸附生长;井清防蜡技术( 4)溶解作用:烃氧化菌类的微生物的新陈代谢产生大量的乙醇、乙醛和有机酸等物质。这些物质可以使原油中的重质组分在原油系统中的溶解度大大增加。先将培养基按比例充分溶解于水中 ,然后将封存于营养物中长期处于低耗 、 低能 、 半休眠状态的微生物菌种均匀溶解于水中;洗井 :在注入微生物前两天到一周内对试验井进行热洗 ,将井筒内的蜡沉积物及油井环空内有害于微生物菌液生长的杀菌剂等化学物质清洗干净;工工艺第二章 将配制好的微生物菌液用泵车从油井套管环空中注入或将配制好的微生物菌液挤入地层;单井注入液用量: 根据油井口袋大小为微生物的生存空间 , 以此确定微生物的用量;加入周期: 微生物注入后 , 间隔测定油井电流 、 载荷和示功图 , 对比分析注入微生物后电流 、 载荷的变化 , 确定微生物的注入周期 。工工艺第二章 作方便,成本低廉不会堵塞和伤害地层、引起地层粘土膨胀,尤其解决了水敏性油藏的清防蜡问题节约采油时率:热洗洗井液返排造成油井占产,术特点第二章 入微生物后,油井的维护主要在以下几个方面得到改善:( 1)停止热洗:油井经微生物菌液处理后,在不进行热洗等其他清防蜡措施的情况下,完全能够维持油井正常生产。( 2)取代化学清防蜡剂:注入微生物后,油井完全不需要再加化学剂清防蜡。用效果第二章 微生物菌液注入油井后,除了达到防止油井结蜡,维持油井的正常稳定的生产外,还能起到一定的增油效果。这主要是因为微生物注入后,将炮眼、泵上聚集的蜡清洗干净,改善了井筒的工作环境,提高了泵效,疏通了生产通道。用效果第二章 油井清防蜡技术第二章 主要清防蜡工艺化学清防蜡 :火烧山、北三台油田 每年各应用约 100口井尼龙刮蜡器清蜡 :用于沙南 /沙北油田和北三台北 20井区防漏热洗管柱: 沙南 /沙北油田固体防蜡 :沙南油田和火烧山油田及沙北油田微生物清防蜡 :在北三台、火烧山、沙北油田应用准东油田各项清防蜡工艺应用情况统计图第三章 准东各油田清防蜡技术应用现状热洗化清微生物固体防蜡各种清防蜡工艺技术对比工艺技术 优 点 缺 点热力清蜡清蜡彻底, 效果好,技术成熟,适用范围广,洗井液来源广1 . 引起粘土膨胀,造成近井地带堵塞;2 . 伤害油/ 套管及水泥环;3 . 费用高, 管理难度大;化学清防蜡操作简单,动用设备少 1 . 作用有限,仍需热洗;2 . 对油品质量有不良影响;3 . 污染环境固体清防蜡成本低;施工简便、有效期长管理方便,作业周期长检泵周期大于有效期时,要借助热洗解决结蜡问题微生物清防蜡成本低廉、施工简便、有效期长、管理方便、作业周期长对微生物品质要求高第四章 清防蜡工艺技术对比1. 技术对比准东油田各项清防蜡措施效益对比表热洗清蜡 3 0 天 8 次 3 8 0 0 0 0 0 0 2 时 3 化学清防蜡 10 天 36 次 34000 0 . 5 小时 15固体清防蜡 1 32000微生物清蜡 3 个月 4 次 15000 0 . 5 小时 15一次作业时间单车组日作业井次清防蜡工艺作业周期年作业次年作业费用(元 / 年)防蜡工艺技术对比准东油田各种清防蜡措施作业费用对比图热洗费用 39000元 /年化清费用大约 34000元 /年固体清防蜡费用32000元 /年微生物清防蜡费用15000元 /年390003400032000150000500010000150002000025000300003500040000热洗费用 化清费用 固体清防蜡 防蜡工艺技术对比热洗费用最高,化学清防蜡费用次之,微生物清防蜡技术的费用最低 ,比热洗清蜡单井年节约成本 20000元微生物清防蜡日作业效率高,平均每口井作业时间 作业井次 15口;而热洗清蜡工艺作业时间长达 2作业井次 3口;微生物工艺作业效率是热洗清蜡作业效率的 3因此微生物清防蜡作业周期长,持续时间长,年作业次数少微生物清防蜡工艺技术极大地减少了油井的清蜡、防蜡工艺技术对比
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