熱洗清蠟工藝技術對比研究及應用

王國正，崔 奮，顧兆林，王贊社，張德松

（1.西安交通大學，西安 710049；2.吐哈油田公司機械廠，新疆哈密 839009）①

熱洗清蠟工藝技術對比研究及應用

王國正1，2，崔 奮1，2，顧兆林1，王贊社1，張德松2

（1.西安交通大學，西安 710049；2.吐哈油田公司機械廠，新疆哈密 839009）①

油井的清蠟問題一直是采油工藝的難題。采用熱洗的方法進行清蠟是國內各油田廣泛使用的工藝技術。通過對套管反洗、套管短路反洗、套管溫控反洗、空心抽油桿正洗等熱洗工藝技術進行對比分析，提出各種工藝技術的優缺點和適應范圍。對現場使用效果較好的空心抽油桿正洗工藝技術和配套井下工具進行優化設計，并在現場進行試驗，取得了較好的效果。應用效果顯示，空心抽油桿正洗工藝技術可以解決低壓、低滲、高含蠟等特殊油田的清蠟問題。

清蠟；熱洗；正洗；反洗；配套工具

在油田開發過程中，隨著地層壓力下降、含水量上升、地層溫度變換等因素的影響，使油井生產過程中產生石蠟和大量的結垢。油井結蠟成為油井生產過程中的一個常見的破壞性問題，已成為制約原油生產的一個重要因素，所以各油田油井清防蠟工作已成為油井正常維護的一項重要工作。

我國各油田原油以蠟基原油為主，各主要油田原油的含蠟量各不相同，大多是高黏易凝原油，含蠟量高，黏度大，原油結蠟使油流通道減小，影響油井的生產能力，增加動力載荷，嚴重時使油井停產、上修。因此，油井清蠟工藝技術備受油田生產現場的關注。

用于油田清蠟的工藝技術眾多［1］，常用的有機械清蠟、熱力清防蠟、表面能防蠟（內襯和涂油管）、化學劑清防蠟、超聲波清防蠟、磁清防蠟和微生物清防蠟技術等。其中采用熱洗的方法清蠟，因其操作方便、清蠟徹底、成本低廉等優勢，成為國內各油田廣泛使用的工藝技術。

1 油井結蠟機理和一般性規律

在地層中一定壓力和溫度的作用下，石蠟溶解在原油中形成穩定體系。在原油舉升到地面的過程中，隨著壓力、溫度的不斷降低和脫氣等原因，溶解度降低，蠟不斷結晶析出。基于擴散理論［2-3］的徑向擴散、剪切彌散和布朗運動造成石蠟不斷沉積在桿管壁面上，造成油井結蠟。

從油井結蠟的機理入手，進行的相關理論和試驗研究表明，油井結蠟具有以下一般性規律：

1） 油井結蠟一般均在上部一段位置。隨著油井深度的增加，溫度和壓力逐步提高，結蠟逐漸減少，可以忽略。因此油井存在一個理論結蠟點位置。該位置深度隨油井參數的變化而不同，而且隨參數變化而移動。

2） 結蠟主要集中在結蠟點以上的油管內壁和抽油桿外壁上。油套環空及結蠟點以下壁面結蠟較少，可以忽略。

3） 油井結蠟趨勢和速率隨油氣比的增加、溫度梯度的增加、壓力的降低及含水的下降而呈增加趨勢。

因此，采用熱洗的工藝進行清蠟，熱量分布要盡量符合一般性規律的要求，熱洗參數要隨油井參數的變化而變化，才能取得好的效果。

2 熱洗清蠟工藝技術對比分析

熱洗清蠟的工藝各有優缺點，可以解決不同地質條件的問題。

2.1 套管反洗工藝技術

套管反洗工藝的原理是：熱洗液從套管閥進入，經過油套環空、抽油泵、桿管環空，從油管閥返回地面流程。管柱結構如圖1所示。

套管反洗工藝流量大，熱洗徹底。平均洗1次井需90～100℃的熱水30～60 m3，泵掛在1 000～1 200 m的井反洗循環壓力需6～10 MPa，啟動壓力有時高達25 MPa。

從工藝流程分析和現場使用情況證明，該工藝具有以下局限性：

1） 對于低壓低滲地質條件，洗井過程的高壓造成注水和壓井效應，熱洗液倒灌地層，堵塞喉道，污染地層，使油井產量降低，嚴重時造成油井上修。

2） 熱洗液熱量分布不合理，熱量給套管和地層以及井低的傳熱占據了總熱量的1／2，無效的流動增加了流程阻力，無效的傳熱降低了熱使用效率。

3） 長期熱洗使套管承受高溫高壓，影響套管壽命。

4） 熱洗過程需要液量較多，時間長，洗后排液時間長，影響產量。

以上局限性使得該工藝技術只能在一般地質條件優良的油井使用，而且能耗和熱損失較大。

圖1 套管反洗工藝流程

2.2 套管短路反洗工藝技術

采用隔離油層的套管短路反洗工藝技術有效地克服了套管反洗對敏感地層的影響［4］，其原理是：在抽油泵下部安裝上接頭帶孔的卡瓦封隔器，將油層進行隔離，防止熱洗液進入油層對地層造成污染。封隔器下面安裝單流閥和篩管絲堵，原油可以上流，熱洗液不能下流。管柱結構如圖2所示。

該工藝技術保留了熱洗徹底的優點，同時具有以下優勢：

1） 避免了敏感地層的污染。

2） 卡瓦封隔器將油管柱錨定，起到了防止抽吸過程中油管的伸縮作用，這樣能減少沖程損失，提高抽油泵效，避免油管脫落，有效預防工程事故。

3） 生產時不影響測量動液面，檢泵作業時上提管柱解封，膠筒收縮，不會造成抽吸井噴。

以上這些優勢比常規套管反洗工藝具有根本性的改善。但是熱效率低仍然是其不足之處。

圖2 套管短路反洗工藝流程

2.3 套管溫控反洗工藝技術

套管溫控反洗工藝是為了在不污染地層的同時，克服無效的流動和熱損失，提高熱效率的一種工藝技術。核心工具是溫控短路封堵器［5］。其原理是：在結蠟點以下油管上連接溫控短路封堵器，其中的溫控元件能隨溫度的升高而膨脹，隨溫度的降低而收縮；在熱洗過程中，熱洗液到達溫控短路封堵器時，溫控元件膨脹推動滑套打開閥眼，推動膠筒脹開，封堵套管下部環空，防止熱洗液繼續下行，形成短路熱洗；熱洗結束時，溫度逐漸降低，溫控元件收縮，滑套閥眼關閉，膠筒恢復，不影響后續生產和測試。溫控短路封堵器如圖3所示。

圖3 溫控短路封堵器結構

該工藝技術不僅避免了油層污染，而且溫控短路封堵器安裝在結蠟點附近，避免了井筒下部和井底的熱量損失。現場應用表明：不僅熱效率大幅提高，而且熱洗液用量和施工時間減少30%～50%；洗后排液快，產能恢復時間短。

同時，由于熱洗液仍然從套管進入，對套管和水泥的傳熱不可避免。溫控元件的靈敏性和可靠性也是制約管柱壽命的因素。

2.4 空心抽油桿正洗工藝技術

空心抽油桿正洗清蠟工藝繼承了以前各種工藝的優點，能將熱量的利用提高到極限。同時因為管柱結構簡單等優勢，成為近年來研究的熱點［6-9］。其原理是：將結蠟點以上桿柱更換為空心抽油桿，在結蠟點附近設置單流閥；熱洗液從井口光桿三通進入，從結蠟點流出，經桿管環空返回地面流程。其管柱結構如圖4所示。

圖4 空心抽油桿正洗清蠟工藝流程

該工藝流程具有以下優點：

1） 熱洗液不進入油層，不污染地層。

2） 熱洗液只在結蠟段流動，熱量幾乎全部用于融蠟，避免了套管、井筒下部及井底熱損失，比套管反洗熱效率提高40%以上。

3） 套管免受高溫高壓，延長了壽命。

4） 管柱結構簡單可靠，可實現不停產作業。

5） 對于稠油井，熱洗過程兼具泵上摻稀降黏工藝。

6） 熱洗用液量、施工時間、返液時間縮短40%～50%，洗后排液快，不影響產量。

4 空心桿正洗清蠟工藝應用

4.1 工藝參數確定

4.1.1 下入深度的確定

空心桿下入深度主要是根據油井結蠟深度來確定，通過計算常規生產井的井下油流沿井筒的溫度分布找出析蠟所在位置。通過現場試驗，合理的下入深度是結蠟點以下50～100 m，既節約成本又滿足油井熱洗需要。

4.1.2 熱洗參數的確定

1） 介質入口溫度的確定 入口溫度主要根據原油析蠟溫度、硬蠟溶化溫度及原油含蠟量、結蠟量等多方面來考慮。通過計算，吐哈油田和青海油田原油石蠟的溶化溫度一般在49～60℃之間，這就要求井筒中循環清蠟的最低溫度不低于50℃。綜合熱洗效果、地面設備情況，根據現場情況分析后，一般認為在10 m3／h排量情況下，熱洗介質為水時，熱洗入口溫度一般控制在100～120℃為宜；熱洗介質為油時，熱洗入口溫度一般控制在110～130℃。

2） 循環排量及用液量的確定 熱洗循環排量應在不超過地面設備安全要求的前提下，盡可能采用大排量，以降低空心桿的溫度徑向損失，提高縱向溫度，這與測試結果的要求一致，在入口溫度100℃的情況下，一般采用10 m3／h的排量。經現場試驗，在4.5 h熱洗時間內，入口100℃時，熱洗深度可達1 000 m甚至更深。

3） 熱洗周期 由于空心抽油桿熱洗效果優于油套反洗，因此熱洗周期應適當比油套反洗熱洗周期延長，一般油井常規熱洗周期為15～20 d，采用空心抽油桿熱洗周期可延長到30～40 d。也可根據油井顯示判斷油井結蠟情況來確定熱洗周期。

4.2 現場應用

青海油田采油二廠躍進工區地層非常敏感，原油含臘均超過17%以上，多數井套管反洗后產量下降50%以上。先后使用電伴熱、化學劑等方法，但經常出現蠟堵上修事故。

通過檢測和計算，采油二廠躍進區油井含蠟20%，石蠟溶化溫度52℃，結蠟點一般在300～800 m，為了適用大部分井的應用，采用?34 mm×5.5 mm空心桿，下入深度統一為1 000 m。經試驗，熱洗時間由原來的3 h延長到4～5 h，熱洗效果良好。

自2010年開始在40口井使用空心抽油桿正洗清蠟工藝對比試驗，取得了較好的使用效果。部分典型井平均數據對比如表1所示。

表1 青海油田躍進工區典型井平均數據對比

空心抽油桿正洗清蠟工藝在青海油田取得了良好的使用效果。在40口井的試驗中，有1口井出現了空心抽油桿內腔原油上返，造成堵塞。

針對這一現象，筆者對井底單流和井口單流進行了優化設計和地面試驗。成功開發了井下兩級防堵單流閥。適應于惡劣工況的防堵，得到國家專利授權［10］。其結構如圖5所示。

圖5 井下兩級防堵單流閥

該兩級單流閥具有開啟壓力小，在兩級全部堵塞的情況下，依靠兩級的壓力差能將堵塞最薄弱的溢流孔自動打開，而使其他流道打開。

2012年，該工具在青海油田、寶浪油田累計使用50件，至今未發生堵塞，使用效果良好。

5 結論

1） 方便、徹底、低成本地清除蠟沉積是熱洗清蠟工藝的目的，防止地層污染和提高熱效率是實現該目的的關鍵指標。空心抽油桿正洗清蠟工藝技術在各指標上實現了最優化。

2） 空心抽油桿正洗清蠟工藝在保護地層和提高熱效率的同時，實現了節能降耗的低成本工藝路線。在低壓低滲井、稠油井中具有獨特的優勢。

3） 空心抽油桿熱洗工藝管柱可靠性的關鍵是結蠟點返液單流閥的密封性和防堵性，合理的工具結構是保證工藝成功的關鍵。

參考文獻：

［1］ 武繼輝，孫軍，賀志剛，等.油井清、防蠟技術研究現狀［J］.油氣田地面工程，2004，23（7）：14.

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［9］ 邱正勇，張勇，付永明，等，空心抽油桿注熱載體清蠟技術在安塞油田坪北區的應用［J］.江漢石油職工大學學報，2008，21（2）：64-66.

［10］ 崔奮，周仁能，王國正，等.空心抽油桿熱洗清蠟裝置：中國，ZL 2007 2 169702.8［P］.2008-06-18

Comparative Study and Application of Thermal Well-flushing Paraffin Removal Technology

Paraffin removal is a difficult problem in oil recovery.The thermal well-flushing is comprehensive used in many oilfields because of its convenience and entirety.An introduction is given on contrast and range of casing inverted flushing，casing short circuit inverted flushing，casing temperature-control inverted flushing，hollow rods obverse flushing.For nice effect of hollow rods obverse flushing，technology and matching tools have been optimized to obtain good benefits.The effect proved that paraffin removal of low-pressure，low-infiltration and serious wax deposition can be solved favorably.

paraffin removal；thermal well-flushing；obverse flushing；inverted flushing；matching tools

TE934.5

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.022

1001-3482（2014）09-0081-05

2014-03-27

王國正（1976-），男，陜西武功人，高級工程師，主要從事鉆采工藝及鉆采機械技術研究，E-mail：wanggzh＠petrochina.com.cn。