新型水包油清蜡剂的研制及现场试验

展转盈，倪 军

(陕西延长石油 (集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)

蜡在油层中一般以溶解态存在，在原油开采过程中，含蜡原油沿油管上升，随着压力和温度的不断降低，以及原油中轻质组分的不断逸出，当原油接触到一个温度低于临界浊点的表面时，即出现蜡沉积［1－2］。蜡晶呈薄片状并形成固态的三维网状结构［3－4］，有一定的牢固性，蜡沉积在管道中会造成原油流动阻力增大，结蜡严重还会影响油井正常产液，甚至出现蜡卡管柱、蜡堵地面管线等现象。

目前常用的清蜡剂分为油基和水基两类。长庆油田使用的油基清蜡剂溶蜡速度快、防蜡效果好、对油套管腐蚀性小，在油套环空中加入清蜡剂后，不会影响正常生产，但是该清蜡剂存在易燃、易爆及毒性较大等问题［5］。辽河油田使用的水基清蜡剂结合热气驱共同混注，适用范围较宽;但受低温等因素影响，该清蜡剂溶蜡速度慢，冬季易冻结。水包油型清蜡剂具有较好的稳定性，对人体无毒，受温度影响小，但现有的水包油型清蜡剂大多采用单一的有机溶剂作为油相，单一的表面活性剂作为乳化剂［6］，密度小、加注效率低。针对目前使用的清蜡剂存在的诸多问题，开发了一种新的水包油型清蜡剂，具有溶蜡效率高、成本低、环保性好的特点。该清蜡剂的合成进一步改进和优化了水包油型清蜡剂的性能，克服常规清蜡剂毒性大、易燃、溶蜡效率低等缺点，适用性更好。

1 实验制备方法

1.1 实验药品和仪器

药品:苯、甲苯、二甲苯、环己烷、石油醚、正己醇、氯化钠 (NaCl)、十二烷基磺酸钠、吐温80、甲酸钠。

仪器:电热恒温水浴锅、磁力搅拌器、恒温干燥箱、ZYM型数显液体密度计。

1.2 制备方法

常温常压下，向反应容器中加入设计量的蒸馏水、氯化钠、甲酸钠 (加重剂)和表面活性剂混合均匀，搅拌至表面活性剂完全溶解，再逐滴缓慢加入分散剂搅拌至溶液透明，加入设计量的油相，混合搅拌至溶液透明，得到稳定水包油型清蜡剂，静置待用。

2 新型水包油清蜡剂的研制

2.1 不同有机溶剂及其含量对溶蜡速率的影响

取15mL不同水包油型溶剂加入100mL的量筒中，置于45℃的水浴锅中，用细线将蜡球悬浮沉浸在水包油型中，测试蜡球完全溶解时间，计算溶蜡速率。

溶蜡速率公式:

式中 r——溶蜡速率，g/min;

mb——蜡球质量，g;

t——蜡球溶完所用的时间，min。

(1)不同类型单一有机溶剂清蜡剂配方:2%氯化钠+3.5%甲酸钠+17%复配型表面活性剂+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有机溶剂。

(2)不同比例混合有机溶剂清蜡剂配方:2%氯化钠+3.5%甲酸钠+17%复配型表面活性剂+10%正己醇+不同比例的苯—甲苯混合有机溶剂。

不同类型单一有机溶剂清蜡剂溶蜡速率结果见表1。由表1数据可知，以苯和甲苯为溶剂的清蜡剂溶蜡速率较大;但原油中沥青质、胶质中含有短侧链和稠环芳香烃，单一的有机溶剂清蜡剂溶蜡效果并不理想;因此，采用溶蜡速率较高的苯和甲苯的混合物作为溶剂，其溶蜡速率见表2。由表2可知，苯和甲苯复配的混合有机溶剂清蜡剂的溶蜡效果明显优于单一有机溶剂清蜡剂，且当m(苯)∶m(甲苯)=2∶3时，溶蜡效果最佳。

表1 单一有机溶剂清蜡剂溶蜡速率表Table 1 Wax dissolution rate wax remover of single organic solvent

表2 不同比例混合有机溶剂清蜡剂溶蜡速率表Table 2 Wax dissolution rate of the wax remover of mixed organic solvent by different proportions

苯和甲苯的混合有机溶剂作为清蜡剂的油相时，油相含量不同，溶蜡速率也不同 (图1)。当油相含量为55%时，溶蜡效果最佳。这是因为油相含量增加会降低清蜡剂与蜡块分子之间的极性，加速溶解，另外油相增多会形成较多的双电层油包水或水包油离子氛，降低范德华力使得蜡块脱落，增加溶蜡速率。但当油相含量大于55%，亲水亲油平衡值降低导致体系不稳定，溶蜡速率降低。

图1 油相含量对溶蜡速率的影响图Fig.1 Effect of oil phase content on wax dissolution rate

2.2 表面活性剂配比及含量对溶蜡速率的影响

测试方法同2.1步骤。

(1)不同比例混合型表面活性剂清蜡剂配方:2%氯化钠+3.5%甲酸钠+17%不同比例混合型表面活性剂+8%正己醇+55%苯—甲苯混合有机溶剂。

表面活性剂在水中达到一定浓度时，可以使体系具有较低的界面张力，有助于清蜡剂进入胶质和沥青质片状分子之间，达到快速溶蜡的目的。单一的表面活性剂清蜡剂难以满足多组分体系的乳化要求，同时单一作用对溶蜡效果有一定的影响［7－8］。采用阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂混合作为混合型表面活性剂对溶蜡效果进行实验，阴离子型表面活性剂选用十二烷基磺酸钠，非离子型表面活性剂选用吐温80(表3)。从表3结果显示，随着非离子型表面活性剂含量的增加，清蜡剂溶蜡速率先增加后降低，当m(阴离子型)∶m(非离子型)=4∶1时，混合型表面活性剂清蜡剂溶蜡效果最佳。

表3 不同比例混合型表面活性剂对溶蜡速率的影响表Table 3 Effect of mixed surfactant of different proportions on wax dissolution rate

(2)不同量混合型表面活性剂清蜡剂配方:2%氯化钠+3.5%甲酸钠+不同量混合型表面活性剂+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有机溶剂。

从清蜡剂中混合型表面活性剂含量对溶蜡速率影响研究 (图2)可知，当混合型表面活性剂的含量为17%时，其溶蜡速率最快。这是因为随着混合型表面活性剂含量增加，体系内部油水界面张力降低，表面活性剂分子不断浸透、润湿使得蜡块之间的黏滞作用降低，剥离蜡块所需要的功降低，溶蜡速率增加。但表面活性剂含量过大时，当大于临界胶束浓度 (CMC)之后，反而会增加黏度，影响水包油型体系的稳定性，降低表面活性剂分子与蜡块之间的范德华力，溶蜡速率降低。

图2 混合型表面活性剂含量对溶蜡速率的影响图Fig.2 Effect of mixed surfactant content on wax dissolution rate

2.3 分散剂含量对清蜡剂溶蜡速率的影响

测试方法同2.1步骤。

不同含量分散剂清蜡剂配方:2%氯化钠+3.5%甲酸钠+17%混合型表面活性剂+不同量正己醇+55%苯—甲苯混合有机溶剂。

水包油型清蜡剂制备过程中，醇类作为分散剂被广泛使用［9－10］，其不仅可以作为互溶剂，还可以降低体系界面张力，提高清蜡速率。醇类的选择对水包油型的形成很重要，碳数太高不利于形成水包油型，碳数太低会降低体系的闪点，不利于清蜡剂的安全要求，目前一般选用正己醇作为分散剂。由正己醇含量对清蜡剂溶蜡速率的影响研究可知 (图3)，随着正己醇含量的增加，溶蜡速率呈先增大后降低的趋势，当正己醇含量达到10%时，溶蜡速率最大。这是因为随着正己醇的加入，体系中油水界面张力逐渐降低，降低了蜡块之间的黏附功，能够更快溶解蜡块。然而当正己醇达到一定量后，表面活性剂有效成分降低，表—界面张力逐渐增大，正己醇分子卷曲导致水包油型体系不够稳定，溶蜡速率降低。

图3 正己醇对清蜡剂溶蜡速率的影响图Fig.3 Effect of hexanol on wax dissolution rate of wax remover

2.4 加重剂含量对溶蜡速率的影响

测试方法同2.1步骤，加重剂选用甲酸盐类。

不同含量加重剂清蜡剂配方:2%氯化钠+不同含量甲酸钠+17%混合型表面活性剂+10%正己醇+55%苯—甲苯混合有机溶剂。

甲酸盐易溶于水且无毒，对环境不会产生较大的伤害，可增加水包油型清蜡剂的密度，提高清蜡剂在溶蜡过程中的加注效率，在此以甲酸钠作为加重剂，其含量对清蜡剂密度和溶蜡速率的影响结果见表4。由表4可知，随着甲酸钠的加入，清蜡剂溶蜡速率先增大后保持不变，当甲酸钠含量为3.5%时，其溶蜡速率最佳。这是因为甲酸盐加重剂增加了水包油型清蜡剂密度，使得水包油型更加稳定，阻止油水相分离，另外单粒水包油分子能更快地吸附于蜡块表面，使得剥离速度加快，增加溶蜡速率。

表4 甲酸钠含量对清蜡剂密度和溶蜡速率的影响表Table 4 Effect of sodium formate content on density and wax dissolution rate of wax remover

此外，氯化钠可增加胶束的表面膜硬度，降低醇的用量，所以为提高水包油型清蜡剂的稳定性，本实验制备的清蜡剂中加入了2%的氯化钠。

通过对上述重要参数的分析测试，确定新型水包油型清蜡剂最佳配方为:苯—甲苯混合有机溶剂55%、混合型表面活性剂17%、正己醇10%、氯化钠2%、甲酸钠3.5%，其余为水。

3 性能评价

通过实验对制备的水包油型清蜡剂与常规油基清蜡剂的性能指标进行对比 (表5)。由表5可知，水包油型清蜡剂的各项指标均优于常规油基清蜡剂。

表5 水包油型清蜡剂室内性能评价结果表Table 5 Lab performance assessment of oil-in-water wax remover

4 现场试验

延长油田定边采油厂延352井、延185井、延354井和延186井均有结蜡现象，每个月需进行热洗一次;对延352井、延185井采用特制加药罐，从套管加入100kg水包油型清蜡剂;对邻井延354井、延186井加入100kg常规油基清蜡剂，之后每隔5天加入15kg清蜡剂，持续时间30天后抽油机载荷量 (表6)。

表6 水包油型清蜡剂现场试验效果表Table 6 Field test results of oil-in-water wax remover

由表6可知，与加药前相比，延352试验井平均载荷降低了25.07%，较邻井延354井高出约20个百分点;延185试验井平均载荷降低了48.01%，较邻井延186非试验井高出约33个百分点。新型水包油型清蜡剂使得结蜡井机耗降低明显，性能优于常规油基清蜡剂。

5 结束语

(1)利用水包油型合成工艺，研制出一种新型水包油型清蜡剂，具有溶蜡效率高、成本低、环保性好的特点。

(2)实验分析确定新型水包油型清蜡剂最佳配方为:55%苯—甲苯混合有机溶剂、17%混合型表面活性剂、10%正己醇、2%氯化钠、3.5%甲酸钠剂，其余为水。

(3)该新型水包油型清蜡剂性能优于常规油基清蜡剂，推广应用前景广阔。

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