声波与涡流振荡防蜡技术

声波与涡流振荡防蜡技术 一 含蜡原油在生产过程中的结蜡现象及防治方法 二 常用清防蜡方法及存在问题 三 声波防蜡技术的进展及原理 五 推广应用注意的几个问题 四 声波防蜡技术的现场应用 六 声波与振荡防蜡技术 第一节 结蜡现象和规律 第二节 影响结蜡因素的分析 第三节 油井的防蜡 第四节 油井中的清蜡 一 含蜡原油在生产过程中的结蜡现象及防治方法 第一节 结蜡现象和规律 一般在油层条件下，石油中所含的蜡处于溶解状态。 对于溶有一定量石蜡的原油，在开采过程中，随着温度压力的降低和气体的析出，溶解的石蜡便以结晶析出。随着温度的进一步降低，石蜡晶体析出量增多，其结晶便长大聚集和沉积在管壁上，即出现所谓的结蜡现象。 1、油井结蜡的危害性 油井结蜡给自喷井带来的危害，使出油管道直径 缩小甚至堵死，从而使油井产量递减或停产。在有杆泵井上，除了使出油管道内径缩小外，还会使深井泵失灵，严重时会使泵卡死，损坏抽油设备。 如果结蜡现象发生在射孔井段附近地层内会堵塞油流通道降低油井生产能力，减少油井产量。因此，清蜡工作是保持油井正常生产的重要措施之一 。 2、油井结蜡现象的一般规律 （ 1）原油含蜡量愈高，油井结蜡愈严重。 （ 2） 某油田稀油比稠油结蜡严重 。 （ 3） 有的油田开采后期较开采初期结蜡严重 。 （ 4） 高产井及井口温度高的井结蜡不严重或不结蜡；反之结蜡严重 。 （ 5） 油井见水后 ， 低含水阶段油井结蜡严重 ， 而含 水上升到一定程度后 ， 结蜡则有所减轻 。 （ 6） 表面粗糙的油管比表面光滑的油管容易结蜡 。 油管清蜡不彻底的容易结蜡 。 （ 7） 出砂井容易结蜡 。 （ 8） 自喷井结蜡严重的地方不是在井口 ， 也不是 在井底 ， 而是在油管的一定深度处 。 第二节 影响结蜡因素的分析 通过对油井结蜡现象的观察和实验室对结蜡过程究，认识到影响结蜡的因素有： (1)原油的组成 (包括蜡 、 胶质和沥青质的含量 )； (2)油井的开采条件 温度 、 压力 、 油气比和产量； (3)原油中的杂质 (泥 、 砂和水等 )； (4)管壁的光滑程度及表面性质 。 原油的组成是影响结蜡的内在因素，而温度和压力等则是外部条件。 第三节 油井的防蜡 根据人们的生产实践经验和对结蜡机理的认识，为了防止油井结蜡，可从二个方面着手： (1)创造不利于石蜡在管壁上沉积的条件 (2)抑制石蜡结晶的聚集 具体的防蜡方法有以下几种 ： 一 、 油管内衬和涂层防蜡 1 玻璃衬里油管 2 涂料油管 二 、 在油流中加入防蜡抑制剂 三 、 强磁防蜡 第四节 油井中的清蜡 目前清蜡方法主要有三类： 一 、 机械清蜡 二 、 热力清蜡 1 常规热载体循环洗井； 2 空心抽油杆热洗清蜡； 3 电加热清蜡 三 、 化学清蜡 1 热化学清蜡； 2 清蜡剂清蜡 。 目前清蜡方法 常规热载体循环洗井 空心抽油杆热洗清蜡 电加热清蜡 热化学清蜡 清蜡剂清蜡 热力清蜡 机械清蜡 化学清蜡 磁防蜡 本文所介绍的是一种新型防蜡技术 声波降粘防蜡 试验研究表明，声波作用可以 破坏蜡品网状结构，降低原油粘度和凝固点 ，从而达到防蜡的目的。 声波防蜡以其独特的作用和机理较其他的防蜡方法具有更大的可靠性和优势，具有较广阔的应用前景和推广价值 一 含蜡原油在生产过程中的结蜡现象及防治方法 二 常用清防蜡方法及存在问题 三 声波防蜡技术的进展及原理 五 推广应用注意的几个问题 四 声波防蜡技术的现场应用 六 声波与振荡防蜡技术 常用清防蜡方法及存在问题 热力清蜡：通过加热手段使结积的蜡受热软化、熔化，最后随油流被携带出来，达到清防蜡目的。 机械清蜡： 以机械刮削的方式清除油管、抽油杆及输油管线中沉积的蜡质物。所采用的主要形式有：刮蜡片、柱塞提升、抽油杆刮蜡器和清管器 目前清蜡方法 主要缺点 是清除的积蜡易落入井底，堵塞炮眼或近井地层；对设备的磨损严重，增加负荷，有时甚至会造成蜡卡而上作业。 所存在的问题是井下加热装置技术不过关，一次投资大，耗能高。 目前清蜡方法 化学清蜡是利用各种化学剂进行清防蜡 困难是首先，油井生产状况不是一成不变；其次，最佳连续加药方式在生产中难以实现 磁清蜡是使流经磁场的蜡分子极化，从而抑制蜡的结晶过程，使蜡在油中呈悬浮状态，避免在油管、井下设备或输油管线上沉积，达到防蜡目的 磁防蜡器的结构参数与诸多因素有关；并且许多因素在油井生产过程中是不断变化的 ， 一 含蜡原油在生产过程中的结蜡现象及防治方法 二 常用清防蜡方法及存在问题 三 声波防蜡技术的进展及原理 五 推广应用注意的几个问题 四 声波防蜡技术的现场应用 六 声波与振荡防蜡技术 国外早在60 70年代就开展了超声波防蜡与降粘的研究。 1976年苏联在 老格罗兹内油 田清蜡试验结果 在超声场下（ W/以比蜡熔点低的多的温度（ 20 39 ）就可以使蜡完全熔于原油中，得到含蜡50%的液体原油，而不加超声场，只提高温度，要到 55 60 才能熔完同等量的蜡，而且需要 50 80年代初华北油田做过类似实验获得成功。 但是 ,国内外利用声波进行的防蜡降粘实验及应用情况看都是利用电超声进行的 ,由于设备比较昂贵 ,推广受到了限制。 我们自 90年代以来开展了利用流体动力式声波原理来进行降粘防蜡的研究工作。 结果表明 容易激发且便于应用的流体动力式声波用于油井防蜡是切实可行的，实践证明防蜡效果也是非常明显的。 其基本原理就在于 : 当作用于流体时 ,作为一种机械波的声波或超声波，可以改变流体的某些性质。声波或超声波在工业上的应用主要是利用它与物质的相互作用，也就是利用它的振动能量使物质的某些物理、化学和生物特性或状态发生变化，或者使这种变化加快。 波在媒质 中传播时 力学效应 热学效应 化学效应 搅拌、分散、除气、成雾、凝聚、冲击破碎和疲劳破坏作用 声能被吸收而引起的整体加热和边界处的局部加热 可以促进氧化、还原、促进高分子物质的聚合和解聚作用 考虑到油井生产实际条件，以经济、方便为前提，采用 流体动力式声波发生器 更为便利。 这种声波发生器尽管产生的频率较低，声强较弱，但 最大优点是不需外加其他动力。借助于地层液体本身的能量便能实现声波振动 。 流体以一定速度从方形喷嘴喷出，形成了一个扁平的液流，液流迎面击发弹片，如果液体流速足够大，即液流的自持振动频率与弹片的固有频率相吻合时，就会激发弹片产生共振，并向周围液体发射强烈的声波或超声波 此种结构的声波发生器能在相当宽的频带内工作，在 w/ 然而 此种结构声波发生器的最大缺点是弹片易于振断而影响其使用寿命。经过几年的不断摸索实践几经改进目前已较好解决这一问题，可以保证发生器有效工作状态下长期在井下工作而不损坏。 声波防蜡降粘室内研究 第一节 声波 超声波采油机理 第二节 声波振动降粘防蜡作用机理 第三节 室内实验结果及分析 第四节 声波防蜡器的研制改进 第一节 声波 超声波采油机理 超声利用它的振动能量使物质的一些物理、化学和生物学特性或状态发生变化，或者使这种变化加快。正是这几种物理作用使油层介质，诸如油、水、蜡、盐及岩层的物态相互发生一些特殊的变化。使声波具有了一定的物理 化学作用如：分散凝结、乳化、脱气、结晶、生化、催化等等。这诸多的物理 化学作用为声波采油技术提供了理论依据。 第二节 声波振动降粘防蜡作用机理 声波的基本作用有机械作用、空化作用和热作用等。其作用效果则根据流体的类型及流体中各种组分的含量等因素的不同而不同，同时也与声波的振幅、频率及作用时间有着直接的关系。当声波作用于含蜡原油时，其作用效果除声波振动的本身因素之外，则于原油中各组分的含量，其中包括含蜡量、胶质、沥青质含量、溶解气量及其它杂质颗粒的含量有关。 第三节 室内实验结果与分析 1声波作用对含蜡原油粘度的影响 2声波对溶蜡柴油粘度及凝点的影响 3声波处理前后蜡晶结构的分析 1声波作用对含蜡原油粘度的影响 分析上述数据可见，经声波处理前后在相同温度 27 时，原油粘度由 200，下降为 42.5 ，下降了 157.5 ，温度为 30 时，粘度由 100下降为 22.5 ，下降了 77.5 ，而经声波处理后的温度为 36 时的粘度与未经声波处理时温度为 45 时的粘度相同，也就是说经声波处理相当于温度提高了 9 的加热效果，总的来看其降粘率随着温度的增加而减小。由此可知采用声波降粘时，控制温度在原油结蜡点附近效果最好。 2声波对溶蜡柴油粘度及凝点的影响 由上述数据和曲线可以看出随着含蜡量的增加，含蜡油的凝固点升高，当含蜡量为 15%时，凝固点为 36 ，含蜡量为 21%时，凝固点为 38 ，而当含蜡量增加到 25%时，其凝固点则上升到39 。 对含蜡量为 25%的溶蜡油在室温 19 条件下进行声波处理，对经声波处理后的溶蜡油测定其粘温数据，具体数据见表 5 含蜡 25%的溶蜡油经声波处理之后其粘度有较大幅度的下降。温度为 30 时，粘度由 17000s，下降了 70，降粘度为41%，温度为 33 时，由 115下降为52，降粘率为 55%，而接近于凝固点温度即 40 时的粘度由 15。降粘率达到 93%，由此又一次证明了，在凝固点附近对含蜡油进行声波处理其降粘效果最好。 3声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 声波处理前后蜡晶结构的分析 一 含蜡原油在生产过程中的结蜡现象及防治方法 二 常用清防蜡方法及存在问题 三 声波防蜡技术的进展及原理 五 推广应用注意的几个问题 四 声波防蜡技术的现场应用 六 声波与振荡防蜡技术 声波防蜡降粘技术研究工作自 1994年开始，大体经过了三个阶段 以降粘为目的与大港油田钻采院合作开展研究 ， 试制出首批样机 ， 在现场投入应用三口井 ， 初步取得效果 根据第 1阶段所暴露出的发生器问题 ， 对声波发生器的结构做了第 1次改进 根据领导和专家提出几点意见 ,开展了室内研究 ,同时通过大量疲劳试验并改进结构使声波防蜡器的寿命有了大幅度提高 单纯应用声波防蜡井的效果分析 辽河油田茨榆坨采油厂声波防蜡统计表 井号 下入 日期 措施前数据 措施后数据 备注 液 油 电流 液 油 电流 目前洗井次数 6 19998/49 3/45 未洗井 81 19993/66 5/36 未洗井 5 1999 0 30/48 8/50 未洗井 15 19993/67 5/70 未洗井 2 1999 0 47/65 8 38/63 未洗井 从五口井的数据看，全部见到增液增油的效果，措施前几口井的热洗周期平均 20d，措施后热洗周期最少延长了 60d，有的井已经延长了 80 声波复合化学防蜡效果分析 声波防蜡与化学防蜡相配合应用效果更好 ，因为在声波作用下加入的化学清防蜡剂被均匀分散在油相中而充分发挥了药剂作用。 大庆采油五厂所应用的 3口井充分证明这种复合应用方法前景是好的， 即可以减少加药量又可延长加药周期 。 1999年江苏油田也曾在 3口油井做过试验。这 3口井以前单纯采用化学防蜡效果不好，不到一个月就必须热洗井一次，因此严重影响了油井的生产。1999年应用声波防蜡器之后，虽然未见到增液增油效果，但防蜡效果非常明显。见下表： 井号 生产数据 少热洗井 增油 (t) 节电 （ 减少因结蜡 检泵井次 日产液 (t) 日产油 (t) 含油 (%) 杨 71 2 14256 1 闵 159 9 31340 3 崔 67 8 14696 1 合计 18 129 60292 5 声波复合化学防蜡效果分析 经过几年不断研究和改进，声波防蜡器的使用寿命问题已得到解决，该技术已在 大庆油田、胜利油田、辽河油田、大港油田和江苏油田 得到推广应用近500井次，仅大庆采油五厂几年来就累积应用达 300井次。普遍获得认可并创造了较大的经济效益。 声波复合化学防蜡效果分析 一 含蜡原油在生产过程中的结蜡现象及防治方法 二 常用清防蜡方法及存在问题 三 声波防蜡技术的进展及原理 五 推广应用注意的几个问题 四 声波防蜡技术的现场应用 六 声波与振荡防蜡技术 根据几年来所掌握的情况认为该技术还存在以下几个方面的问题需要注意 井下落物有时易堵塞流道 ，该现象曾在个别油井出现过。解决办法应配用割缝筛管或加滤网防止落物进入油管内。 2. 由于声波防蜡器的结构所限，在抽油井上应用时 只能接在泵下，不易串联多级使用 ，因此井温梯度变化大的油井不能从根本上解决结蜡问题，仅起到使结蜡点上移和延长洗井周期的作用，若将声波防蜡器做成能接在抽油杆上的形式。可以实现彻底解决防蜡的问题。该种形式的防蜡器正处在研究阶段。近期内会有所突破。届时可以完全达到长期防蜡的目的。 3. 声波防蜡与化学防蜡相结合 能提高防蜡效果，但应根据具体油田的结蜡严重程度摸索加药周期，确定合理的加药量和加药方式。 井条件 中低高含蜡油井均适用； 受含水量大小的影响 根据油井产液量选择防蜡器型号； 可用于 2000 以下稠油降粘； 作业时严防落物进入防蜡器 。 一 含蜡原油在生产过程中的结蜡现象及防治方法 二 常用清防蜡方法及存在问题 三 声波防蜡技术的进展及原理 五 推广应用注意的几个问题 四 声波防蜡技术的现场应用 六 声波与振荡防蜡技术 一 摘要 含蜡原油对油井的开采有着很大的影响，文章分析了，温度沥青质压力含水对结蜡的影响。以及常用的防蜡方法的优缺点。涡流振动降粘防蜡技术，是利用振动片随抽油杆上下运动的能量起到了升温降粘的作用，振动片的运动产生微旋涡，旋涡的运动剪切摩擦破坏蜡晶。通过现场的使用具有一定效果。 关键词：涡流，防蜡，降粘含 油井结蜡影响了流体举升的过流断面，增加了流动阻力；也影响了抽油设备的正常工作。因此，防蜡是含蜡原油开采中需要解决的重要问题。 1 影响结蜡的因素 度对结蜡的影响 原油中的石蜡以正构烷烃为主要成分，高碳数正构烷烃在地层的温度和压力下是以分子状态溶解在原油中，当这种含蜡原油沿油管上升到某一高度时如果管壁附近的油温下降到析 蜡点以下在管壁附近就会有蜡晶析出，析出蜡晶后的原油其蜡烃分子的含量骤然下降，与内部原油相比，就造成了一个浓度梯度，浓度梯度的存在促使蜡烃分子进行横向扩散，这就是分子扩散，或叫做浓差扩散。造成浓度梯度的根本原因，是油温和管壁温度之间存在着温差。 径向温度梯度越大，蜡晶分子扩散速度也就越大，管壁附近的蜡晶就会增多，造成管壁结蜡量迅速增加。温度梯度越大，则石蜡的沉积速度也就越快。蜡晶的形成与石蜡分子的空间构象有关对于任一径向位置而言，油温增加造成与壁面之间的温差加大，有利于石蜡分子的径向扩散，所以在某一温度范围内，结蜡量随着油温的上升而不断增加，当油温增加到某一数值时，由于管壁附近温度场的建立和管壁的导热系数一定 卷曲的构象不能有效的伸展，影响了蜡烃分子间的整齐排列，不利于蜡晶的形成。同时，已经析出的蜡晶也会重新溶解在原油中。所以当油温达到某一数值时，结蜡量随着油温的增加反而迅速下降。 的沉积与沥青质含量的关系 载高凝高粘原油中，蜡，胶质和沥青质的含量相当高。在这种原油中，蜡的沉积不但与含蜡量有关，而且，还受到沥青质含量的影响。沥青质是分子量较高的极性化合物，它在烷烃中溶解能力很差，但可以溶解在芳烃中。正是由于这个原因，沥青质在蜡基原油中呈缔合状态，以颗粒的形式分散在原油中。沥青缔合颗粒的存在，已由 3000倍电子显微镜观察所证实。含有沥青颗粒的原油，在适当的条件下，在剪切应力的作用下，可与蜡一起沉积在管壁上。当油管内的原油温度高于析蜡温度时，蜡处于溶解状态，但沥青缔合颗粒的存在，使原油仍然表现为结构性的流体，具有粘度异常的现象。沥青质含量越高，原油的粘度也就越大。沥青含量增加使原油使原油的粘度相应增大，不利于蜡分子的径向扩散，即沥青质有抑制原油中蜡沉积的作用。这就是沥青具有防蜡效果的解释。 在原油的开采和贮运中，流动的原油体系处在一定的压力下。压力较大时，原油中的溶解 气体和轻质成分不易挥发，原油中的石蜡将处于饱和浓度以下 (在一定温度下 )，这不利于蜡晶的析出。从分子扩散的角度来讲，原油中轻质成分的含量升高时，蜡的浓度相对下降，沉积速度也随之下降。当体系压力减小时，轻质成分和溶解气体很容易逸出，原油含蜡量增加，并可能达到或超过蜡的饱和浓度，有利于蜡晶的析出，管壁结蜡速度将会增加，油气两相流动实验结果，表明压力大时结蜡低，压力小则结蜡量高，与以上的分析一致。 溶解气量对原油粘度的影响。结果表明，原油中溶解的气量越大，原油的粘度越低，反之，则越高，从分子扩散的角度来看，石蜡的沉积程度与分子扩散系数的大小成正比，而分子扩散系数又与原油的粘度成反比，因此原油流动体系压力越大，溶解的气量越多石蜡的沉积速度就会因粘度的降低而增加。当压力减小时，溶解气量减小，原油粘度变小，石蜡的沉积速度就会增大，所以保持原油流动体系的压力适当稳定，对减少石蜡的沉积，延长结蜡周期是有好处的。 水量对结蜡的影响 随着原油开采程度的深化，原油含水量逐步增加。在原油开采的初期，一般含水量不超过 30%，这种低含水原油，常以 W/原油含水达到 30围内时，虽然有可能出现 O/在乳化体系的其它条件没有发生变化的情况下，根据密堆积理论和现场的实地考察，一般仍以 W/原油含水超过 40%时， W/。 W/含水量较低时，随着含水量增加略有增大。当含水量超过 30%进乳状液的粘度随含水量的增加而迅速上升。根据 W/含水30%以内，粘度上升缓慢，与粘度有关的 此石蜡的沉积量变化 (减小 )也不大。当含水量大于40%时，粘度随含水量增加而迅速增加， 蜡的沉积量也就大幅度下降。 流速度对结蜡的影响 当原油的温度降低到析蜡温度以下时，石蜡分子就会形成微小的蜡晶从原油中析出。悬浮在层流中的蜡晶颗粒，由于速度梯度场的存在，会以一定的角速度进行旋转运动，并出现横向的局部平移。如果蜡晶为球形颗粒，并悬浮于无边界的层流液体中，则颗粒的平均流速就是中心流线的速度。由于流体具有粘性，旋转的蜡晶颗粒会使靠近颗粒表面的流层产生环流。处于环流区域的颗粒对相邻的颗粒会产生吸引力，使之相互碰撞。如果原油中蜡晶颗粒很少，相互碰撞只产生暂时位移，以后仍然回到原来的流线，并不产生净的径向移动，如果原油中蜡晶颗粒很多，则相互碰撞会造成净的横向分散。显然，这种横向分散也就越大，石蜡的沉积速度便会相应增加。蜡的沉积速度与流速的关系 1。 2 油井防蜡方法 高含蜡高凝固点原油在生产过程中因温度降低造成结蜡现象，使管内流体粘度增高、流动阻力增加，严重时甚至造成油井停产。目前国内外解决此类问题主要有以下几种方法： 加热法，即定期用热油或热水循环洗井来溶化油井中的石蜡，疏通管流通道。该方法的不足之处是增加作业占井时间而影响产量，另外，用热水洗井容易造成油层污染而影响油井正常生产。 化学清防蜡法，通过连续或定期向油井中加入化学药剂，来抑制蜡晶增长或清除已经结蜡形成堵塞管段的蜡堵现象。但这种方法要根据不同蜡组分来选择合适的化学药剂，且生产现场难以实现高效连续加药，而且化学药剂的价格较高。 机械式刮蜡器，利用机械作用来磨损清除所结蜡块让油流将其携带出井口，但它的问题是易造成卡堵，有时也不易下入结蜡严重部位，且作业占井时间长影响生产，不具备有效的防结蜡作用。 强磁防蜡器，是利用磁场作用来达到防止结蜡的一种防蜡方法，但磁场强度与磁通量等参数及混合流体成分含量诸因素会影响防蜡效果，随着防蜡器老化会降低防蜡