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

1 實驗裝置及流程

1.1 實驗裝置及原理

蠟沉積動態實驗裝置原理為，當含蠟原油在高溫下恒速流經低溫管道時，由于溫度低于析蠟點，溶解在原油中的蠟會結晶析出，并在管壁發生結蠟，隨著結蠟厚度的增加，油流面積會逐漸變小，引起流動壓差的變化。根據壓差的變化，運用達西公式或謝才公式關于長管的水力計算，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利用，故避免了環道法組分對蠟沉積的影響。裝置如圖1所示。

圖1 蠟沉積動態實驗裝置圖

其中恒速恒壓驅替泵為實驗提供不同的穩定流速(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；壓力采集裝置監測實驗驅替壓力(0～80 MPa)；管道為光滑細管，規格為0.8 mm×10 m長的管線，為油樣提供流動途徑及沉積環境；高低溫試驗箱控制管道環境溫度(-20～200℃)。回壓裝置(0～80 MPa)主要控制管道出口壓力，恒壓驅替泵提供穩定的回壓；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，待其穩定；③設置驅替泵流量、高低溫試驗箱溫度、回壓閥壓力；④依次打開每個閥門，讓油樣流經實驗管道；⑤記錄實驗時間、壓力及流量數據；⑥分析結果，處理數據。

2 實驗結果分析

動態實驗油品為塔河油田TFT區塊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%，瀝青質含量為3.67%，膠質含量1.91%，其他雜質含量4.73%。根據TFT區塊TPX井的日產量范圍、現場油井含水率、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，模擬現場油井結蠟情況，實驗持續近半年時間，覆蓋TPX井所有影響結蠟的因素，并根據每個因素提出相應的工藝措施，為現場實施蠟沉積防治提供參考。

2.1 流速對石蠟沉積的影響

根據塔河油田TPX井日產量范圍及實驗室條件（較高流速下結蠟現象不明顯），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 流速對結蠟速度的影響

由圖3可知，隨著流速的增大，原油結蠟速度逐漸降低。這說明隨著流速的增大，管道內剪切力增加，且流速增加管道內溫度變化變緩，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，因此結蠟速度降低。故生產時可通過調節產量控制蠟沉積情況，盡量將產量放開降低蠟沉積幾率。

2.2 含水率對石蠟沉積的影響

根據現場情況，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生蠟沉積，說明生產后期蠟沉積現象會有所減少。

圖5 含水率對結蠟速度的影響

2.3 氣油比對石蠟沉積的影響

根據該井的氣油比情況，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。氣油比增加相應的輕質組分增加，石蠟等重質組分所占的比例將減少，故氣油比越高結蠟速度越低。在凝析氣田剛開始投產時由于氣油比較高，不易發生結蠟，而隨著地層壓力的降低，氣油比下降，蠟沉積問題漸現。

2.4 壓力對石蠟沉積的影響

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

圖8 壓力對結蠟速度的影響

由圖8可知，隨著壓力的增加，結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，結蠟速度降低，在達到露點壓力之后，由于管道內樣品變為液體，壓力增加，氣油比不會再增加，而壓力使得液體中重質組分漸漸析出，故結蠟速度增加。所以，在生產過程中，可通過控制井口壓力來控制結蠟速度。

2.5 礦化度對石蠟沉積的影響

該區塊的礦化度為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 礦化度對結蠟速度的影響

2.6 pH值對蠟沉積影響

目前該井產出液pH值在7左右，根據現場情況分別測試pH值為5～9下蠟沉積速度。實驗發現pH值對石蠟沉積速度基本沒影響。故現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。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生及沉積環境提供方便，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，避免出砂及結垢等的出現加重石蠟沉積。

圖12 地層微粒對結蠟速度的影響

3 結論

根據蠟沉積的特點，研發了動態實驗裝置，并通過裝置進行了蠟沉積動態評價實驗，結果發現：①結蠟速度隨流量、含水率、氣油比、礦化度的增加而降低；②結蠟速度隨地層微粒的增加而增加；③壓力對結蠟速度影響不單一，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，在生產和施工中可不必考慮。