高含蠟原油蠟沉積影響因素實驗研究

周飛,戴倩倩

1.中國石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院（遼寧 盤錦124010）

2.西南石油大學 石油工程學院（四川 成都610500）

目前研究蠟沉積的實驗裝置有冷板法、旋轉(zhuǎn)圓盤法、冷指法等，這些方法都是從靜態(tài)角度研究石蠟沉積。而油井結(jié)蠟是一個動態(tài)過程，在流動條件下，蠟晶析出一部分會在管壁沉積、結(jié)蠟，而另一部分會隨著油流生產(chǎn)至井口[1-4]。所以，研究油井結(jié)蠟規(guī)律，需要在動態(tài)條件下實驗，模擬油井生產(chǎn)過程。雖然環(huán)道實驗法能夠模擬動態(tài)條件，但通過不斷循環(huán)油樣來完成，在循環(huán)過程中，油的組分因蠟的沉積發(fā)生了變化，而且，對于礦化度、含水率等因素，環(huán)道實驗法[5-8]難以完成，所以，傳統(tǒng)的環(huán)道實驗法存在一定的局限性。本文研制了動態(tài)實驗裝置，更好地模擬了井筒及管道結(jié)蠟過程，準確地評價出現(xiàn)場油井結(jié)蠟影響因素。

1 實驗裝置及流程

1.1 實驗裝置及原理

蠟沉積動態(tài)實驗裝置原理為，當含蠟原油在高溫下恒速流經(jīng)低溫管道時，由于溫度低于析蠟點，溶解在原油中的蠟會結(jié)晶析出，并在管壁發(fā)生結(jié)蠟，隨著結(jié)蠟厚度的增加，油流面積會逐漸變小，引起流動壓差的變化。根據(jù)壓差的變化，運用達西公式或謝才公式關(guān)于長管的水力計算，計算出流體摩阻，從而得出蠟沉積速度，并改變不同影響因素測試結(jié)蠟速度的變化，從而分析出蠟沉積影響因素。由于該裝置的含蠟油是非循環(huán)利用，故避免了環(huán)道法組分對蠟沉積的影響。裝置如圖1所示。

圖1 蠟沉積動態(tài)實驗裝置圖

其中恒速恒壓驅(qū)替泵為實驗提供不同的穩(wěn)定流速(0.1～200 mL/min)；中間容器、攪拌裝置及加熱裝置（1 000 mL）用來盛裝、攪拌及加熱樣品；壓力采集裝置監(jiān)測實驗驅(qū)替壓力(0～80 MPa)；管道為光滑細管，規(guī)格為0.8 mm×10 m長的管線，為油樣提供流動途徑及沉積環(huán)境；高低溫試驗箱控制管道環(huán)境溫度(-20～200℃)。回壓裝置(0～80 MPa)主要控制管道出口壓力，恒壓驅(qū)替泵提供穩(wěn)定的回壓；回收裝置用來回收從管道流出的樣品（1 000 mL）。

1.2 實驗流程

將實驗裝置按照圖1所示進行連接，按如下步驟進行操作：①將樣品加熱搖勻轉(zhuǎn)入中間容器，配制實驗要求的氣油比、氣水比；②開啟加熱及攪拌裝置并進行樣品加熱，待其穩(wěn)定；③設(shè)置驅(qū)替泵流量、高低溫試驗箱溫度、回壓閥壓力；④依次打開每個閥門，讓油樣流經(jīng)實驗管道；⑤記錄實驗時間、壓力及流量數(shù)據(jù)；⑥分析結(jié)果，處理數(shù)據(jù)。

2 實驗結(jié)果分析

動態(tài)實驗油品為塔河油田TFT區(qū)塊TPX井油樣，20℃時原油密度為0.887 4 g/cm3，黏度為22.83 mPa·s；地層溫度下的飽和壓力為11.92 MPa，單脫氣油比53.3 m3/m3，常壓下析蠟點為28℃，含蠟量為13.1%，瀝青質(zhì)含量為3.67%，膠質(zhì)含量1.91%，其他雜質(zhì)含量4.73%。根據(jù)TFT區(qū)塊TPX井的日產(chǎn)量范圍、現(xiàn)場油井含水率、氣油比、壓力、礦化度、pH值范圍、地層微粒含量情況及實驗室條件，模擬現(xiàn)場油井結(jié)蠟情況，實驗持續(xù)近半年時間，覆蓋TPX井所有影響結(jié)蠟的因素，并根據(jù)每個因素提出相應(yīng)的工藝措施，為現(xiàn)場實施蠟沉積防治提供參考。

2.1 流速對石蠟沉積的影響

根據(jù)塔河油田TPX井日產(chǎn)量范圍及實驗室條件（較高流速下結(jié)蠟現(xiàn)象不明顯），分別測試0.5～0.8 mL/min流速下蠟沉積速度（圖2、圖3）。

圖2 不同流速下壓力隨時間的變化

圖3 流速對結(jié)蠟速度的影響

由圖3可知，隨著流速的增大，原油結(jié)蠟速度逐漸降低。這說明隨著流速的增大，管道內(nèi)剪切力增加，且流速增加管道內(nèi)溫度變化變緩，這使得石蠟沉積量減少，且沉積出來的石蠟由于高剪切力的作用，無法沉積到管道內(nèi)，因此結(jié)蠟速度降低。故生產(chǎn)時可通過調(diào)節(jié)產(chǎn)量控制蠟沉積情況，盡量將產(chǎn)量放開降低蠟沉積幾率。

2.2 含水率對石蠟沉積的影響

根據(jù)現(xiàn)場情況，該井含水約20%，隨著開采的進行，含水有上升的趨勢，故分別測試20%～60%的含水率下蠟沉積速度（圖4、圖5）。

圖4 不同含水率下壓力隨時間的變化

由圖5知，隨著含水率的增加蠟沉積速度降低。因水的比熱容大于原油的比熱容，水的存在相當于有了保溫層，且隨著含水的增加，水會在管壁形成水膜，阻止石蠟的沉積，所以，含水率越高越不易產(chǎn)生蠟沉積，說明生產(chǎn)后期蠟沉積現(xiàn)象會有所減少。

圖5 含水率對結(jié)蠟速度的影響

2.3 氣油比對石蠟沉積的影響

根據(jù)該井的氣油比情況，測試了50～200 mL/g的氣油比下蠟沉積速度（圖6、圖7）。

圖6 不同氣油比下壓力隨時間的變化

圖7 氣油比對結(jié)蠟速度的影響

由圖7可知，隨著氣油比的增加蠟沉積速度降低。氣油比增加相應(yīng)的輕質(zhì)組分增加，石蠟等重質(zhì)組分所占的比例將減少，故氣油比越高結(jié)蠟速度越低。在凝析氣田剛開始投產(chǎn)時由于氣油比較高，不易發(fā)生結(jié)蠟，而隨著地層壓力的降低，氣油比下降，蠟沉積問題漸現(xiàn)。

2.4 壓力對石蠟沉積的影響

現(xiàn)該井壓力超過10 MPa，根據(jù)該井情況，分別測試1～15 MPa出口壓力下蠟沉積速度（圖8）。

圖8 壓力對結(jié)蠟速度的影響

由圖8可知，隨著壓力的增加，結(jié)蠟速度先降低后增加。在管道中樣品達到露點壓力之前，壓力增加樣品中的氣體逐漸溶解到原油中，使得原油氣油比增加，結(jié)蠟速度降低，在達到露點壓力之后，由于管道內(nèi)樣品變?yōu)橐后w，壓力增加，氣油比不會再增加，而壓力使得液體中重質(zhì)組分漸漸析出，故結(jié)蠟速度增加。所以，在生產(chǎn)過程中，可通過控制井口壓力來控制結(jié)蠟速度。

2.5 礦化度對石蠟沉積的影響

該區(qū)塊的礦化度為120 000～225 000 mg/L，故分別測試不同礦化度下壓力隨時間的變化（圖9），并測試不同礦化度下蠟沉積速度（圖10）。

圖9 不同礦化度下壓力隨時間的變化

由圖10知，隨著礦化度的增加蠟沉積速度降低。礦化度高液體中離子含量高，離子的電荷會影響石蠟的聚集，故礦化度越高蠟沉積速度越慢。現(xiàn)場后期注水開采時，在滿足地層配伍性的前提下，可通過控制礦化度來控制蠟沉積速度。

圖10 礦化度對結(jié)蠟速度的影響

2.6 pH值對蠟沉積影響

目前該井產(chǎn)出液pH值在7左右，根據(jù)現(xiàn)場情況分別測試pH值為5～9下蠟沉積速度。實驗發(fā)現(xiàn)pH值對石蠟沉積速度基本沒影響。故現(xiàn)場在制定采油方案時可忽略pH值對蠟沉積速度的影響。

2.7 地層微粒對蠟沉積影響

地層微粒即為原油中的地層帶來的雜質(zhì)。目前該井地層微粒含量在10%左右，隨著開采的進行有增加的趨勢，故分別測試不同微粒含量（10%～30%）下壓力隨時間的變化，并進行不同雜質(zhì)含量下蠟沉積速度實驗，如圖11、圖12所示。

圖11 不同微粒含量下壓力隨時間的變化

由圖12可知，隨著地層微粒的增加蠟沉積速度增加。地層微粒能夠為石蠟的產(chǎn)生及沉積環(huán)境提供方便，即石蠟可圍繞地層微粒慢慢長大，這樣就加劇了石蠟的沉積。因此，開采時要注意保護儲層，避免出砂及結(jié)垢等的出現(xiàn)加重石蠟沉積。

圖12 地層微粒對結(jié)蠟速度的影響

3 結(jié)論

根據(jù)蠟沉積的特點，研發(fā)了動態(tài)實驗裝置，并通過裝置進行了蠟沉積動態(tài)評價實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①結(jié)蠟速度隨流量、含水率、氣油比、礦化度的增加而降低；②結(jié)蠟速度隨地層微粒的增加而增加；③壓力對結(jié)蠟速度影響不單一，在露點壓力之下，壓力增加沉積速度減小，在露點壓力之上壓力增加沉積速度增加；④流體pH值對沉積速度基本沒影響，在生產(chǎn)和施工中可不必考慮。