更新时间:2022-08-25 13:57
清蜡是指将粘附在油井管壁、深井泵、抽油杆等设备上的蜡清除掉的工艺方法。
油井结蜡有两个过程,先是蜡从油中析出,然后聚集、粘附在油管壁上。原来溶解在石油中的蜡,在开采过程中凝析出来是由于石油对蜡的溶解能力下降所致。一定量的石油,当其组成成分、温度、压力不变时,其溶解力也一定,能够溶解一定量的石蜡。当石油组份、温度、压力发生变化,使其溶解力下降时,将有一部分蜡从油中析出。下面讨论影响油井结蜡的因素。
1)石油的组份
在同一温度条件下,轻质油对蜡的溶解力大于重质油的溶解力,原油中所含轻质馏分愈多,蜡的结晶温度愈低,即蜡不析出,保持溶解状态的蜡量就愈多。任何一种石油对蜡的溶解量随着温度的下降而减少。因此,在高温时,溶解的蜡量,在温度下降时有一部分要凝析出来。在同一含蜡量下,重油的蜡结晶温度高于轻质油的蜡结晶温度,可见轻质组份少的石油,蜡容易凝析出来。
2)压力和溶解气
在压力高于饱和压力的条件下,压力降低时原油不会脱气,蜡的初始结晶温度随压力的降低而降低。在压力低于饱和压力的条件下,由于压力降低时油中的气体不断分离出来,降低了对蜡的溶解能力,因而使初始结晶温度升高,压力愈低,分离的气体愈多,结晶温度增加得愈高,这是由于初期分出的是轻
组份气体甲烷、乙烷等,后期分出的是丁烷等重组份气体,后者对蜡的溶解力的影响较大,因而使结晶温度明显增高。此外,溶解气从油中分出时还要膨胀吸热,促使油流温度降低,有利于蜡晶体析出。
3)原油中的胶质和沥青质
试验结果表明,随着石油中胶质含量的增加,可使结晶温度降低。因为胶质为表面活性物质,可吸附于使蜡结晶表面上来阻止结晶的发展,沥青是胶质的进一步聚合物,它不溶于油,而是以极小的微粒分散在油中,对使蜡结晶体起分散作用。显微镜的观察发现,由于胶质、沥青的存在,使蜡晶体在油中分散得比较均匀,不易聚集结蜡。但是,当沉积在管壁的蜡中含有胶质、沥青质时将形成硬蜡,不易被油流冲走。
4)原油中的机械杂质
油中的细小砂粒和机械杂质将成为石蜡析出的结晶核心,使蜡晶体易于聚结长大,加速了结蜡的过程。油中含水量增高时,由于水的热容量大于油,可减少液流温度的降低,另外由于含水量的增加,容易在油管壁形成连续水膜,石蜡不易沉积在管壁上。因此,随着油井含水的增加,结蜡程度有所减轻。但是含水量低时结蜡就比较严重,因为水中盐类析出沉积于管壁,有利于蜡晶体的聚集。
5)液流速度、管子表面粗糙程度和表面性质
油井生产实际表明,高产井结蜡没有低产井严重,因为高产井的压力高,初始结晶温度低,同时液流速度大,井筒中热损失小,油流温度较高蜡不易析出,即使油蜡晶体析出也被高速油流带走不易沉积在管壁上。如管壁粗糙,蜡晶体容易粘附在上面形成结蜡,反之不容易结蜡。管壁表面亲水性愈强,愈不容易结蜡,反之,容易结蜡。
1、当温度降至析蜡点以下时,蜡以结晶形式从原油中析出;
2、温度、压力继续降低,气体析出,结晶析出的蜡聚集长大形成蜡晶体;
3.晶体沉积于管道和设备等的表面上。
原油对蜡的溶解度随温度的降低而减小,当温度降低到原油对蜡的溶解度小于原油的含蜡量的某一值时,原油中溶解的蜡便开始析出,蜡开析始出时的温度称为蜡的初始结晶温度或析蜡点。
油井的清防蜡方法很多,常用的清、防蜡方法包括机械法、化学法、物理法以及这几种方法的综合措施。不过由于原油的多组份复杂性,各个油田原油组成不同,因此防蜡方法也多种多样。
抽油井自动清蜡器,是借助于抽油杆上下冲程运行实现自动清蜡,无需专人看管,不需采取其它任何清防蜡措施,每口井只安装一套该型自动清蜡器就可达到保持油井稳产、高产之目的。
1、结构
如图1所示,主体(见图1)是该清蜡器的核心部件,主体两端各有两个步进簧,完成与抽油杆的动力转换,并清除抽油杆积蜡;连刀体是主体的核心部件,将主体的各部件联成一体,连刀体刀口完成对油管的刮蜡动作;换向齿完成主体与油管的动力转换和主体与换向器的转换功能;复位弹簧与换向齿相连,控制换向齿作单向运动。
2、工作原理
抽油井自动清蜡器的主体运动主要是依据机械原理中的爬行理论而工作。主体两端的步进簧卡抱在抽油杆柱上,与抽油杆柱发生摩擦并清除杆柱积蜡,由摩擦力带动主体运行;此时换向齿在复位弹簧的作用下,楔向油管,使主体单向运行,直到主体运行到换向器的扩腔中换向齿才直立,而后换向做反向运行;同时连刀体对油管内壁积蜡予以刮除。
在抽油杆柱向下运动时,主体随抽油杆柱向下运动,而当抽油杆柱向上回程时,由于换向齿的单向作用,使主体与抽油杆柱发生相对滑动而保持主体原地不动,当抽油杆柱再次向下运行时,主体再次随抽油杆柱一起向下运行一个冲程,这样往复运动后,主体即可进入安装在结蜡区下端的下换向器中。在下换向器中,主体随抽油杆柱向下的运动被禁止且使主体上的换向齿换向,主体只随抽油杆柱向上单向运动。当主体随抽油杆柱步进到安装在结蜡区上端的上换向器后,由于换向器的作用,主体再次发生换向动作,主体这样往复换向,循环运行,即可达到清蜡除垢之目的。
热力清蜡是利用热力学能提高液流和沉积表面的温度,熔化沉积于井筒中的蜡。根据提高温度的方式不同可分为热流体循环清蜡、电热清蜡和热化学清蜡三种方法。
1、热流体循环清蜡法(热洗清蜡)
热流体循环清蜡法的热载体是在地面加热后的流体物质,如水或油等,通过热流体在井筒中的循环传热给井筒流体,提高井筒流体的温度,使得蜡沉积熔化后再溶于原油中,从而达到清蜡的目的。根据循环通道的不同,可分为开式热流体循环、闭式热流体循环、空心抽油杆开式热流体循环和空心抽油杆闭式热流体循环四种方式。
热流体循环清蜡时,应选择比热容大、溶蜡能力强、经济、来源广泛的介质,一般采用原油、地层水、活性水、清水及蒸汽等。为了保证清蜡效果,介质必须具备足够高的温度。在清蜡过程中,介质的温度应逐步提高,开始时温度不宜太高,以免油管上部熔化的蜡块流到下部,堵塞介质循环通道而造成失败。另外,还应防止介质漏入油层造成堵塞。
2.电热清蜡法
电热清蜡法是把热电缆随油管下入井筒中或采用电加热抽油杆,接通电源后,电缆或电热杆放出热量,提高液流和井筒设备的温度,熔化沉积的石蜡,从而达到清防蜡的作用。
油管加热技术是针对稠油井、高凝油井、结蜡油井生产中出现的难题,而研制的一种新型技术。它是利用正常生产油井中的油管做热源体,将电能转化为热能,直接加热井筒内的液体,解决了稠油、高凝油、结蜡井生产过程中举升难的问题。
油管电热清蜡技术采用集肤效应原理,当工频交流电流流过铁磁性材料钢管时,由于集肤效应的作用,使钢管的过电有效截面积减少,交流电阻抗显著增大而发热。
把油管和套管作为工频电流的回路,油管是外集肤加热,套管是内集肤加热。因套管直径大于油管直径,一般套管截面积是油管截面积的2.64倍,但二者的电阻率基本相同。油管上的电压
降远大于套管上的电压降,因而系统产生的热量大部分都集中在油管上,系统热效高,热能损失小,从而达到电热清蜡的目的。
1)系统的组成
系统由电源变压器、控制柜、地面电缆、井口密封器、井下电缆、绝缘隔离管、油管、套管、油套管接触器及油管扶正器等组成。
2)工作原理:
在油管加热系统中,电源变压器供给系统能量,电能由电源变压器输出,经控制柜隔离调整后,将电能经地面电缆传输到密封器,由密封器经地下电缆将能量传送到油管,再经油管下部的油套接触器与套管连通,形成一个完整的回路。由于油管本身具有阻抗,当电流流过油管时,油管将发热,因此,本系统用油管做热源体,将电能转化为热能,直接加热井内的液体;绝缘隔离管连接上下油管,保证地面设施与地下带电油管的绝缘安全;油管扶正器安装于油管上,保证了油管与套管隔离,同时地面设施直接接地,确保了地面设施的安全。
3、热化学清蜡法
化学清蜡就是用化学剂对油井进行清蜡,通常将一定量的药剂从油套环空中加入或是通过空心抽油杆进行添加,这样是为了不影响油井的正常运转,药剂根据性能的不同还会起到降凝、降粘、解堵的作用,化学剂不但能够清蜡还能起到防蜡的作用。
利用化学反应产生的热力学能来清除蜡堵,例如氢氧化钠、铝、镁与盐酸作用产生大量的热力学能。
NaOH+HCl=NaCI+H2O+99.5 kJ
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑+462.8 kJ
2Al+6HCI=2A1C13+3H2↑+529.2 kJ
一般认为,用这种方法产生热力学能来清蜡很不经济,且效率不高少单独使用。它常与酸处理联合使用,以作为油井的一种增产措施。
1、声波降粘防蜡技术
它是利用机械声波装置振动波场的作用,使进入油管原油减缓蜡晶析出的速度,从而减少油井洗井的热洗次数,有效延长油井的热洗周期。
液体在上下接头间较高压差作用下,以某一初始速度通过一次截面收缩,进入声波发生腔,此时流体的流速比初始流速有较大提高。液体进入喷嘴的锥形收缩截面,获得二次液流收缩,不断地提高流速,在达到水力学管嘴入口时,已获得了很高的流速,通过管嘴时,以高速喷射出喷嘴。形成水力射流。
该射流离开管嘴时,遇到了置于管嘴出口前一定距离的振动簧片,并在簧片刃口上形成强大的水击振动。簧片在流体的连续激发下产生了一定频率、振幅内的声波振动。随着流体连续不断的作用,该簧片连续不断地发生声波。由流体射流使簧片产生水力机械式声波,在流体及周围介质内建立起振动波场,并沿流体向四周传播。
2、永磁防蜡器
磁防蜡器呈圆桶状,长度为450mm和350mm,直径为60mm和42mm,质量为5kg~3kg,由不锈钢制成。它被固定在油管中,可以悬挂在钢丝上,与机械刮蜡器或加重物一起工作。磁铁对井中液流的处理方式为:当液流通过油管壁和油气液流中的磁防蜡器之间的缝隙时,由于含金属的微量杂质的物理化学改型,产生了大量的补充结晶核和沥青胶质结蜡浮选携带物,它们在胶体的微量杂质上呈微小的放电气泡。磁防蜡器的外壳设计使磁场效应强化了水力流动。
一般磁防蜡是将永磁材料制成强磁场防蜡器安装在泵筒以下的油管上,原油通过防蜡器中心管,受到径向磁场的磁化作用,改变了原油中蜡晶的理化性质,抑制蜡晶析出从而减少了油井结蜡。这样就达到了防蜡的目的。
它是近年来发展的,在我国已逐步推广应用的一种技术。用于清蜡的微生物主要有食蜡性微生物和食胶质和沥青质性微生物。油井清蜡的微生物其形状为长条螺旋状体长度为1~4μm,宽度为0.1~0.3μm。该类微生物能降低原油凝固点和含蜡量,以石蜡为食物。微生物注入油井后,它主动向石蜡方向游去,猎取食物,使蜡和沥青降解,微生物中的硫酸盐还原菌的增殖,产生表面活性剂,降低油水界面张力,同时微生物中的产气菌还可以生成溶于油的气体,如CO2、N2、H2,使原油膨胀降粘,由此达到清蜡的目的。