高含蜡原油蜡沉积影响因素实验研究

周飞,戴倩倩

1.中国石油辽河油田分公司 钻采工艺研究院（辽宁 盘锦124010）

2.西南石油大学 石油工程学院（四川 成都610500）

目前研究蜡沉积的实验装置有冷板法、旋转圆盘法、冷指法等，这些方法都是从静态角度研究石蜡沉积。而油井结蜡是一个动态过程，在流动条件下，蜡晶析出一部分会在管壁沉积、结蜡，而另一部分会随着油流生产至井口[1-4]。所以，研究油井结蜡规律，需要在动态条件下实验，模拟油井生产过程。虽然环道实验法能够模拟动态条件，但通过不断循环油样来完成，在循环过程中，油的组分因蜡的沉积发生了变化，而且，对于矿化度、含水率等因素，环道实验法[5-8]难以完成，所以，传统的环道实验法存在一定的局限性。本文研制了动态实验装置，更好地模拟了井筒及管道结蜡过程，准确地评价出现场油井结蜡影响因素。

1 实验装置及流程

1.1 实验装置及原理

蜡沉积动态实验装置原理为，当含蜡原油在高温下恒速流经低温管道时，由于温度低于析蜡点，溶解在原油中的蜡会结晶析出，并在管壁发生结蜡，随着结蜡厚度的增加，油流面积会逐渐变小，引起流动压差的变化。根据压差的变化，运用达西公式或谢才公式关于长管的水力计算，计算出流体摩阻，从而得出蜡沉积速度，并改变不同影响因素测试结蜡速度的变化，从而分析出蜡沉积影响因素。由于该装置的含蜡油是非循环利用，故避免了环道法组分对蜡沉积的影响。装置如图1所示。

图1 蜡沉积动态实验装置图

其中恒速恒压驱替泵为实验提供不同的稳定流速(0.1～200 mL/min)；中间容器、搅拌装置及加热装置（1 000 mL）用来盛装、搅拌及加热样品；压力采集装置监测实验驱替压力(0～80 MPa)；管道为光滑细管，规格为0.8 mm×10 m长的管线，为油样提供流动途径及沉积环境；高低温试验箱控制管道环境温度(-20～200℃)。回压装置(0～80 MPa)主要控制管道出口压力，恒压驱替泵提供稳定的回压；回收装置用来回收从管道流出的样品（1 000 mL）。

1.2 实验流程

将实验装置按照图1所示进行连接，按如下步骤进行操作：①将样品加热摇匀转入中间容器，配制实验要求的气油比、气水比；②开启加热及搅拌装置并进行样品加热，待其稳定；③设置驱替泵流量、高低温试验箱温度、回压阀压力；④依次打开每个阀门，让油样流经实验管道；⑤记录实验时间、压力及流量数据；⑥分析结果，处理数据。

2 实验结果分析

动态实验油品为塔河油田TFT区块TPX井油样，20℃时原油密度为0.887 4 g/cm3，黏度为22.83 mPa·s；地层温度下的饱和压力为11.92 MPa，单脱气油比53.3 m3/m3，常压下析蜡点为28℃，含蜡量为13.1%，沥青质含量为3.67%，胶质含量1.91%，其他杂质含量4.73%。根据TFT区块TPX井的日产量范围、现场油井含水率、气油比、压力、矿化度、pH值范围、地层微粒含量情况及实验室条件，模拟现场油井结蜡情况，实验持续近半年时间，覆盖TPX井所有影响结蜡的因素，并根据每个因素提出相应的工艺措施，为现场实施蜡沉积防治提供参考。

2.1 流速对石蜡沉积的影响

根据塔河油田TPX井日产量范围及实验室条件（较高流速下结蜡现象不明显），分别测试0.5～0.8 mL/min流速下蜡沉积速度（图2、图3）。

图2 不同流速下压力随时间的变化

图3 流速对结蜡速度的影响

由图3可知，随着流速的增大，原油结蜡速度逐渐降低。这说明随着流速的增大，管道内剪切力增加，且流速增加管道内温度变化变缓，这使得石蜡沉积量减少，且沉积出来的石蜡由于高剪切力的作用，无法沉积到管道内，因此结蜡速度降低。故生产时可通过调节产量控制蜡沉积情况，尽量将产量放开降低蜡沉积几率。

2.2 含水率对石蜡沉积的影响

根据现场情况，该井含水约20%，随着开采的进行，含水有上升的趋势，故分别测试20%～60%的含水率下蜡沉积速度（图4、图5）。

图4 不同含水率下压力随时间的变化

由图5知，随着含水率的增加蜡沉积速度降低。因水的比热容大于原油的比热容，水的存在相当于有了保温层，且随着含水的增加，水会在管壁形成水膜，阻止石蜡的沉积，所以，含水率越高越不易产生蜡沉积，说明生产后期蜡沉积现象会有所减少。

图5 含水率对结蜡速度的影响

2.3 气油比对石蜡沉积的影响

根据该井的气油比情况，测试了50～200 mL/g的气油比下蜡沉积速度（图6、图7）。

图6 不同气油比下压力随时间的变化

图7 气油比对结蜡速度的影响

由图7可知，随着气油比的增加蜡沉积速度降低。气油比增加相应的轻质组分增加，石蜡等重质组分所占的比例将减少，故气油比越高结蜡速度越低。在凝析气田刚开始投产时由于气油比较高，不易发生结蜡，而随着地层压力的降低，气油比下降，蜡沉积问题渐现。

2.4 压力对石蜡沉积的影响

现该井压力超过10 MPa，根据该井情况，分别测试1～15 MPa出口压力下蜡沉积速度（图8）。

图8 压力对结蜡速度的影响

由图8可知，随着压力的增加，结蜡速度先降低后增加。在管道中样品达到露点压力之前，压力增加样品中的气体逐渐溶解到原油中，使得原油气油比增加，结蜡速度降低，在达到露点压力之后，由于管道内样品变为液体，压力增加，气油比不会再增加，而压力使得液体中重质组分渐渐析出，故结蜡速度增加。所以，在生产过程中，可通过控制井口压力来控制结蜡速度。

2.5 矿化度对石蜡沉积的影响

该区块的矿化度为120 000～225 000 mg/L，故分别测试不同矿化度下压力随时间的变化（图9），并测试不同矿化度下蜡沉积速度（图10）。

图9 不同矿化度下压力随时间的变化

由图10知，随着矿化度的增加蜡沉积速度降低。矿化度高液体中离子含量高，离子的电荷会影响石蜡的聚集，故矿化度越高蜡沉积速度越慢。现场后期注水开采时，在满足地层配伍性的前提下，可通过控制矿化度来控制蜡沉积速度。

图10 矿化度对结蜡速度的影响

2.6 pH值对蜡沉积影响

目前该井产出液pH值在7左右，根据现场情况分别测试pH值为5～9下蜡沉积速度。实验发现pH值对石蜡沉积速度基本没影响。故现场在制定采油方案时可忽略pH值对蜡沉积速度的影响。

2.7 地层微粒对蜡沉积影响

地层微粒即为原油中的地层带来的杂质。目前该井地层微粒含量在10%左右，随着开采的进行有增加的趋势，故分别测试不同微粒含量（10%～30%）下压力随时间的变化，并进行不同杂质含量下蜡沉积速度实验，如图11、图12所示。

图11 不同微粒含量下压力随时间的变化

由图12可知，随着地层微粒的增加蜡沉积速度增加。地层微粒能够为石蜡的产生及沉积环境提供方便，即石蜡可围绕地层微粒慢慢长大，这样就加剧了石蜡的沉积。因此，开采时要注意保护储层，避免出砂及结垢等的出现加重石蜡沉积。

图12 地层微粒对结蜡速度的影响

3 结论

根据蜡沉积的特点，研发了动态实验装置，并通过装置进行了蜡沉积动态评价实验，结果发现：①结蜡速度随流量、含水率、气油比、矿化度的增加而降低；②结蜡速度随地层微粒的增加而增加；③压力对结蜡速度影响不单一，在露点压力之下，压力增加沉积速度减小，在露点压力之上压力增加沉积速度增加；④流体pH值对沉积速度基本没影响，在生产和施工中可不必考虑。