化学清防蜡体系研究现状与发展.pdf
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1、第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:国家自然科学基金面上项目()省部级中国石化科技技术开发项目()作者简介:熊瑞颖()男江西赣州人博士师从郭继香教授从事提高原油采收率、油田应用化学、稠油降黏、原油固相沉积防治研究 电话:.通信作者:郭继香教授 电话:.化学清防蜡体系研究现状与发展熊瑞颖罗俊杰刘宏宇郭继香(.中国石油大学(北京)石油工程学院北京.中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院北京)摘 要:针对原油生产/集输过程中存在的结蜡难题并由于蜡堵油管导致的巨大经济损失研究清防蜡技术对于保障原油高效生产具有重要意义 归纳阐述了含蜡原油的析蜡机理及不同因素对析蜡
2、特性的影响综述了化学清防蜡剂的研究进展与现状主要包括油溶性、水溶性及乳液型清防蜡体系的作用机理及研究成果 提出高碳数蜡沉积、沥青质蜡复合沉积解堵剂研发是未来清防蜡剂发展趋势期望为清防蜡后续工作开展提供研究思路关键词:清防蜡油溶性清防蜡剂水溶性清防蜡剂乳液型清防蜡剂研究进展中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.().():/.:中国油田生产的原油 为含蜡原油含蜡量达 在大庆、胜利、新疆等油田部分原油含蜡量甚至高达 具有高凝、高黏、流变性复杂及低温流动性差等特点 含蜡原油在储层高温高压条件下具有良好的流动性随着原油在井筒举升降温降压的过程常常出现蜡堵现象 沉积吸附在油管管柱的蜡堵塞物减小了管柱
3、的有效内径增大输送摩擦阻力使得油气产量大幅下降严重时导致管柱堵塞停产增加了含蜡原油生产难度及开采风险 同时含蜡原油存在的结蜡难题还伴随着整个集输过程已在多数油田产生严重影响导致了巨大的经济损失为了解决含蜡原油生产集输过程存在的结蜡难题目前形成了物理清防蜡、化学清防蜡和生物清防蜡技术 其中化学清防蜡技术具有作用快速、清蜡彻底、不影响油井正常生产等优点而被广泛运用 本研究针对蜡沉积问题分析了蜡沉积机理及不同因素作用规律并总结了目前化学清防蜡剂研究体系以期为清防蜡剂体系研制提供思路与参考 蜡沉积机理及影响因素石油蜡根据晶体结构的差异可分为石蜡和微晶蜡石蜡与微晶蜡的性质见表 蜡沉积物硬度和屈服强度与沉
4、积物中蜡含量及碳数分布相关当温度降低至析蜡点()时石蜡主要以片状、针状结构析出这类晶体的体积/表面积比值较小且容易形成三维网状结构将液态原油分子束缚形成胶凝态而微晶蜡相比于石蜡具有更高的密度和黏度主要以较小圆形结构析出结合力强析出的微晶蜡对原油的束缚作用强度显著大于石蜡第 期熊瑞颖等:化学清防蜡体系研究现状与发展表 石蜡和微晶蜡性质分析 项目典型碳数范围正构烷烃/环烷烃/异构烷烃/熔点范围/平均相对分子量范围洁净度范围/石蜡 微晶蜡 .蜡沉积机理蜡沉积是指溶解态蜡分子从原油中析出沉积的过程 蜡沉积受原油组分、流体温度、剪切速率等多种因素的影响作用机理主要包括分子扩散、剪切弥散、重力沉降、老化机
5、理等 目前对于蜡沉积机理尚未形成统一的认识而“老化”是由 教授研究团队提出的理念老化机理对蜡沉积物的生长演变作用不能忽视基于上述研究基础笔者认为蜡的沉积过程应包含以下步骤:析出、成核、沉积和老化 初始阶段溶解态蜡分子在原油中以无序状态分布当管壁温度低于原油体系温度时蜡分子在管壁上析出并形成薄的凝油层凝油层中析出蜡量达 同时含有质量分数达 的被束缚的原油蜡分子在凝油层继续析出聚集析出的蜡分子碳链伸长且规则排列形成团簇并沉积在管壁随着凝油层中蜡分子的析出导致凝油层中被束缚原油与体相原油中蜡分子间存在浓度差异从而发生体相蜡分子向凝油层径向扩散以及凝油层中原油轻质组分向体相反扩散的老化过程部分研究者将
6、老化过程向凝油层径向扩散的最低碳数的蜡分子称为临界碳数().影响因素.原油组分对蜡沉积的影响原油组分变化是蜡沉积的本质因素主要包含饱和分、沥青质/胶质及含水率 饱和分的正构烷烃和异构烷烃是蜡分子的主要来源在蜡沉积和老化过程蜡组分的浓度梯度是蜡分子的主要驱动力 同时饱和分中的轻烃组分能降低 减缓蜡沉积风险胶质/沥青质作为原油的重要组成成分对蜡沉积具有重要影响 胶质作为一种表面活性剂能减少原油中蜡分子的结晶 降低 等研究发现聚集状态下的沥青质会导致 下降 等研究发现沥青质的存在阻碍了蜡晶体簇的进一步生长 等发现蜡沉积速率随着含水量的增加呈指数下降.温度对蜡沉积的影响 等研究发现蜡分子在温度降低时开
7、始聚集并趋向于结晶 等也报道了相同的结果随着温度的降低原油体相中的蜡分子逐渐从分散态转变为聚集态温度越低蜡越容易聚集 此外 等使用显微动态原位可视化技术分析了管壁温度对蜡分子团簇生长与沉积的影响结果表明壁温越高蜡沉积物生长速率越低且附着少 等通过研究冷、热流条件下蜡沉积实验发现蜡沉积物表层的含蜡量与析蜡点均低于管壁层同时大于 的蜡分子质量分布规律呈现为底部沉积物 表面沉积物 原油而小于 的蜡分子质量分布则相反温度是影响含蜡原油稳定性的重要因素对于保障原油流动性意义重大加深温度对含蜡原油析蜡特性及结蜡径向分布特征研究有利于为清防蜡工艺提供参考.压力对蜡沉积的影响 等研究指出甲烷、天然气注入过程随
8、着压力的上升会导致石蜡的 下降 等的研究得出了相同的结果注气过程压力增加降低了蜡沉积量即轻烃组分的溶解提高了蜡分子在原油中的溶解度与 的研究表明在当压力大于泡点压力时压力增加促进了蜡的生成当压力小于泡点压力之后压力增加则抑制了蜡的生成这都与原油中溶解的轻烃分子相关 等从微观角度进一步揭示了压力作用机理即压力增加促进了蜡分子的迁移与扩散当压力增加到一定值时蜡分子与其他分子的结合能力增强但蜡分子扩散系数逐渐减缓.剪切对蜡沉积的影响剪切机理对蜡沉积影响可分为蜡颗粒径向迁移引起的剪切分散效应和流体动力冲刷引起的剪切剥离效应 具体表现为随着油流流速的增加剪切机理对蜡沉积的影响增强 等发现高剪切速率下蜡分
9、子无法较好地形成团簇沉积量明显减小 等进一步研究发现流速的增加导致蜡分子在径向方向上的质量通量更大同时造成油和沉积边界层内的热梯度更高进一步导致浓度梯度降低 增强的质量通量在较低流速时导致蜡沉积速率相对增加 边界层热梯度的升高而导致浓度梯度降低最终主导了竞争并导致蜡沉积速率随流速减小 等从分子角度分析了剪切会破坏原油的稳定结构导致蜡分子的取向和构象转变蜡分子倾向于与剪切力的方向对齐蜡分子从随机卷绕拉伸到线性状态 即剪切速率越大蜡分子方向与剪切方向越平行蜡分子分布越分散其浓度梯度相对降低 清防蜡剂研究进展.清防蜡剂作用机理清防蜡剂主要分为油溶性清蜡剂、乳液型清蜡剂及水溶性清蜡剂根据溶蜡特性表现为
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