一种可回收重复使用的清蜡剂清蜡效果实验研究

2021-07-08马磊杨志许发宾徐靖康露张旭

精细石油化工 2021年3期

马磊，杨志，许发宾，徐靖，康露*，张旭

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东湛江 524057；2.西南石油大学，四川成都 610500)

对于含蜡量高的油井，油管结蜡是其生产中存在的普遍现象。以南海US17-2油田为例，其原油含蜡量13%～19%，析蜡点48 ℃、凝固点33 ℃。该油藏为正常温压系统，但由于产量较低、海水温度低，海水段井筒温度低于析蜡点、结蜡风险大。因此，需要在制定完井生产方案时提前制定该油田的防蜡及结蜡后的清蜡措施。油管清蜡方法包括化学清蜡、机械清蜡、热力清蜡等，不同清蜡方法各有特点及其适用条件。海上油田尤其是采用水下生产系统的深水油田，受水下井口、井身结构、完井生产管柱等的约束，化学清蜡是行之有效甚至是唯一的手段，且其加注工艺成熟。

国内外对于化学清防蜡剂的研究较多，但无论是油基、水基还是乳液型，基本是在常压下进行[1]，试剂难以回收和重复使用。如在油田应用的油溶性清蜡剂多以甲苯、二甲苯为主要溶剂，只能一次性使用。为此，开发一种高效、环保、可回收重复使用的新型清蜡剂对油田降本增效和环境保护有积极意义。

1 可回收重复使用清蜡剂的优选

1.1 实验装置

目前，现有行业标准中，清防蜡剂的溶蜡速率、防蜡率测试方法针对的是常压下为液态的清防蜡剂，测试过程中只涉及温度因素而不改变压力与试剂相态。为了实现对常温下蒸气压较低、常温常压为气态加压后为液态类特殊试剂清蜡能力及其体积回收率的测试，本实验采用带压测定装置[2-3]，该装置流程如图1所示。

图1 带压测定清蜡剂溶蜡速率与回收比率的装置流程

其中，反应釜、计量筒通过特殊的结构设计，可带压直接观察试剂相态并对液态试剂进行计量，反应釜与计量筒实物如图2所示。

图2 反应釜与计量筒实物图

1.2 化学清蜡剂单剂的筛选

石蜡为固态烃类混合物，易溶于石油醚、汽油、煤油、甲苯、二甲苯等非极性溶剂。人们对高含蜡高凝油，以及不同试剂对石蜡的溶解特性开展了研究[4-10]，发现:46#和70#石蜡在试剂中的溶解度的大小顺序为甲苯>石油醚>石脑油(50～100 ℃馏分)>甲苯-甲乙酮>甲乙酮，并且随着温度变化，石蜡在甲苯、石油醚、石脑油中的溶解度变化比较平缓[4]；二甲醚(DME)对石蜡的溶解度参数值在四氯化碳和二甲苯之间[5],立足于二分法思想以及类比原则推理DME也应为一种清蜡性能优越的试剂。同时DME清洁、无毒、使用过程中对环境无污染，物理性能与LPG(液化石油气)相近且燃烧性能更好，价格较低(比甲苯约低20%)，可作为车用燃料。

为验证DME的溶蜡及回收利用潜力，实验选取来源广、成本较低的10种试剂进行对比。

1.3 化学清蜡剂溶蜡速率对比测试

1.3.1 溶蜡速率计算方法

溶蜡速率测试与计算参照《采油用清防蜡技术条件》进行，其中溶蜡速率计算公式如下：

(1)

式中：v—溶蜡速率，g/min；M—溶蜡前蜡球质量，g；m—溶蜡后蜡球质量，g；t—溶蜡时间，min。

1.3.2 单剂溶蜡速率对比实验

选取常用溶蜡主剂甲苯、二甲苯、汽油、煤油、环己烷、正庚烷、石脑油、石油醚，以及常温常压下呈气态，饱和蒸汽压较低的LPG、DME。为保证实验结果的可比性，均在同等条件下进行测试，即分别在溶蜡反应釜中加入不同试剂，在20 min、45 ℃和1.5 MPa条件下测定56#石蜡的溶解速率。每种试剂重复测试3次以减小实验误差，得到各试剂的平均溶蜡速率，结果如图3所示。

由图3可见，DME与其他常用溶蜡主剂相比具有更高效的溶蜡能力，在加入表面活性剂后溶蜡速率会更高，是苯系溶剂的优良代替品。

图3 10种常用试剂溶蜡速率对比

1.3.3 与油田溶蜡剂溶蜡速率的对比

油田使用的清防蜡剂一般为复配试剂，其溶蜡速率在0.045 2～0.072 0 g/min[11-16]。可见，DME单剂与油田复配清防蜡剂相比，溶蜡速率仍然更高。

2 DME回收与回收后的重复溶蜡测试

2.1 体积回收率测试

在溶蜡反应结束后将残液从溶蜡反应釜12驱替进入回收罐16，当温度达到设定温度时，将泄压阀20打开使中间容器22上部泄压，此时，试剂将从回收罐16汽化进入中间容器22下部，推动中间容器22内的活塞到达容器顶部后，对中间容器22上部加压，使中间容器22下部的试剂液化并进入计量筒25计量。重复上述步骤直至无试剂液化到计量罐。该温度下试剂的体积回收率为：

(2)

式中：f2—体积回收率，%；Vb—加注的溶蜡试剂体积，mL；Va—回收试剂体积，mL。

不同温度下DME的体积回收率如图4所示。由图4可见：常温下，DME体积回收率达到61.78%；60 ℃时DME体积回收率大于95%。