石油与天然气化工  2014, Vol. 43 Issue (5): 529-533
水基蜡晶改进剂型防蜡剂的研制与应用
宋连银 1, 朱好华 2, 王伟波 2, 万华 1, 张庆祝 1     
1. 中国石油长庆油田分公司采油五厂;
2. 西安长庆化工集团有限公司
收稿日期：2014-03-04
作者简介：宋连银(1968-), 石油生产管理工程师。1990年7月毕业于长庆石油学校钻井专业, 2003年7月西安石油大学工商管理专业毕业, 获管理学学士学位。主要从事油气田采输工艺的管理与技术研究工作.
摘要：为了克服油基清防蜡剂存在的有毒、易燃、密度小等缺点，解决水基清防蜡剂存在的清蜡效率低、防蜡效果差及乳液型防蜡剂稳定性差等不足，利用表面活性剂亲水亲油基团结构特点，将蜡晶改进剂均匀地分散在水中，研究出具有低毒不易燃烧、密度较大、清蜡效率高、防蜡效果好等优点的水基蜡晶改进剂型防蜡剂。室内实验表明，该防蜡剂在最佳的配比条件下，降黏率和动态防蜡率大于70%。现场试验表明，采用连续加药方式，可有效减少洗井次数，提高油井产油量。
关键词：蜡晶改进剂    清防蜡剂    含蜡油井    防蜡    
Development and application of water-based wax crystal modifier type paraffin inhibitor
Song Lianyin1 , Zhu Haohua2 , Wang Weibo2 , Wan Hua1 , Zhang Qingzhu1     
1. The 5th Oil Production Factory, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi'an 710021, Shaanxi, China;
2. Xi'an Chanqing Chemical Group Co., Ltd, Xi'an 710018, Shaanxi, China
Abstract: In order to solve the disadvantages of toxic, combustible, lower density of oil-based paraffin remover, and low paraffin removal efficiency and control effect poor stability of emulsion paraffin inhibitor of water-base paraffin remover, based on the structure of hydrophilic and/or lipophilic group in surfactant, the wax crystal modifier dispersed in water homogeneously. Water-base wax crystal modifier type paraffin inhibitor has been developed. It has advantages of low toxicity, incombustible, high density, high efficiency of paraffin removal and paraffin control effect. The laboratory result showed that viscosity reduction rate and dynamic wax inhibiting rate were both more than 70% respectively under the best proportion condition. The field result indicated that it could decrease the times of washing well and improve the production of oil well by using continuous dosing.
Key Words: wax crystal modifier    wax removing/inhibiting agent    waxy production well    wax inhibition    

油井结蜡易造成产量下降速度快，热洗周期和检泵周期短，抽油机负荷上升甚至蜡卡管柱、蜡堵地面管线现象, 不仅要投入大量的人力、物力、财力进行频繁的洗井、检泵作业，又影响了原油产量，制约原油生产[1]。

目前，国内油田使用的防蜡剂以油基蜡晶改进剂型防蜡剂为主，该类产品的主要成分为蜡晶改进剂，使用前须用溶解性能较好的有机溶剂溶解，一般该类有机溶剂为粗苯、混苯和二甲苯等，其闪点较低、对操作人员伤害较大，依照SY/T 6300-2009《采油用清、防蜡剂技术条件》标准划分，产品等级为ⅡC类。

水基清防蜡剂是一类以水作分散介质，其中溶有表面活性剂和互溶剂的清蜡剂。表面活性剂主要是胺盐型、平平加型和OP型、聚醚型和Tween型，也可用硫酸酯化或磺烃基化的平平加型活性剂。由于表面活性剂价格高，使用浓度大，且清、防蜡效率低，不易推广[2]。

乳液型防蜡剂是以表面活性剂和蜡晶改性剂为两种主组分，复配以低分子醇、有机溶剂等而成[3]。其中的表面活性剂有油溶性和水溶性两种，蜡晶改性剂为一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，可吸附在蜡晶上，干扰蜡晶生长，防止蜡晶相互的溶解性，兼从金属表面剥离蜡晶的作用[4]。但在实际应用过程中，存在产品性能不稳定，受气温变化影响容易出现分层，有机溶剂毒性大等缺陷。

为解决以上问题，通过大量实验，发现了一种可以直接将蜡晶改进剂均匀地分散在水中的方法，成功地解决了现有产品毒性大、闪点低、成本高、稳定性差的缺陷，研制出的产品性能兼有水基和油基防蜡剂特点，并具有较好的防蜡、降黏性能。

1 实验部分
1.1 仪器

清防蜡测试仪；恒温水浴；电动往复振荡器；气相色谱仪；YMS型数显液体密度计。

1.2 药品

OP-10(工业品)；TX-7(工业品)；十二烷基苯磺酸(工业品)；Span-80(工业品)；Tx-10(工业品)；1227(工业品)；Tween-60(工业品)；Tween-80(工业品)；十二烷基苯磺酸钠，1#蜡晶改性剂(美国)；2#非离子表面活性剂(工业品)；3#阳离子表面活性剂(工业品)；甲醇(工业品)；pH值试纸。

1.3 实验方法

(1) 合成原理：选择防蜡性能较好的蜡晶改进剂，利用表面活性剂亲水亲油基团结构特点，将蜡晶改进剂均匀地分散在水中，再复配以低分子醇降低产品凝点，即得水基蜡晶改进剂型防蜡剂。

(2) 防蜡率、降黏率按SY/T 6300-2009《采油用清、防蜡剂技术条件》测定。

(3) 凝点按GB 510-1983《石油产品凝点测定法》测定。

(4) 密度采用YMS型数显液体密度计测定。

2 实验结果与讨论
2.1 油田蜡质组分分析

为了更好地分析长庆油田结蜡特点，对长8层位结蜡严重的油井混合蜡样通过气相色谱仪进行全烃分析，分析结果见图 1。

图 1     长8层位结蜡组分全烃分析 Figure 1     Total hydrocarbon analysis of wax components for Chang 8

由图 1可以看出，随着碳数增加，特征峰的峰高先升高后降低。通过对测试数据的分析，发现60%以上的蜡质组分为C24~C32的饱和烷烃，其中，C29饱和烷烃的含量最高，在10%(w)以上。

2.2 蜡晶改进剂的选择

针对长8层位混合油样，将4种蜡晶改进剂用二甲苯加热溶解配制成质量分数为1%的溶液，依照SY/T 6300-2009的要求进行防蜡性能的测试，测试结果见表 1。

表 1    蜡晶改进剂防蜡性能对比实验 Table 1    Experimental performance comparison of wax crystal modifier

通过实验可以看出，针对该油样，1#蜡晶改性剂有较好的防蜡性能，防蜡率达到53.7%，降黏率达到49.1%。

2.3 1#蜡晶改进剂对防蜡性能的影响

为确定1#蜡晶改进剂在产品中的最低用量，用二甲苯配制质量分数分别为2%、4%、6%、8%和10%的蜡晶改进剂溶液，依照SY/T 6300-2009标准要求进行评价实验，实验结果如图 2所示。

图 2     不同浓度1#蜡晶改进剂对防蜡性能的影响 Figure 2     Effects of 1# wax crystal modifier on the properties of anti wax

从图 2可以看出，防蜡性能随着1#蜡晶改进剂的浓度升高而升高，当1#蜡晶改进剂的质量分数达到6%以后，防蜡率和降黏率增长速度变慢。因此，为保证防蜡性能，1#蜡晶改进剂的质量分数应控制在6%以上。

2.4 表面活性剂的选择

在50 mL比色管中，依次加入3 g 1#蜡晶改进剂、37 g水、10 g表面活性剂，加热至60 ℃，摇动比色管，待蜡晶改进剂溶化分散后，降至室温过滤，用滤纸擦干未分散蜡晶改进剂，放入干燥箱2 h后称量，实验结果见表 2。

表 2    蜡晶改进剂分散实验 Table 2    Dispersion experiment of wax crystal modifier

从表 2可以看出，2#和3#表面活性剂均具有较好的分散蜡晶改进剂的能力。

2.5 复配表面活性剂对蜡晶改进剂分散性能的影响

在50 mL比色管中，依次加入3 g 1#蜡晶改进剂、37 g水、10 g 2#和3#复配表面活性剂，加热至60 ℃，摇动比色管，待蜡晶改进剂溶化分散后, 降至室温后过滤，用滤纸擦干未分散蜡晶改进剂，放入干燥箱2 h后称量，实验结果如表 3。

表 3    复配表面活性剂对蜡晶改进剂分散性能的影响 Table 3    Effects of surfactants on dispersion properties of wax crystal modifier

从表 3可以看出，当2#表面活性剂与3#表面活性剂按质量比5:5和7:3复配后，可较好地分散1#蜡晶改进剂。

2.6 甲醇对凝点的影响

我国北方地区冬季室外气温较低，通常-20 ℃左右，最低可达-25 ℃。为保证冬天方便使用，防蜡剂应具有较低的凝点。因此，将一定量的表面活性剂、蜡晶改进剂和水加入100 mL比色管，分别加入不同质量分数的甲醇测试凝点，实验结果如图 3所示。

图 3     甲醇对产品凝点的影响 Figure 3     Effect of methanol on the condensation point

从图 3可以看出，产品凝点随着甲醇含量的升高而降低，为方便冬季使用，甲醇的加入量应控制在20%左右。

2.7 各组分对防蜡性能的影响

为制备出防蜡性能好的水基蜡晶改进剂型防蜡剂，设计实验方案L9(34)，见表 4。

表 4    正交实验结果和极差分析 Table 4    Performance comparison experiment

通过实验可以看出，实验5即A2B2C3D3的防蜡率最高，为72.1%。

为了更直观地反映各因素对防蜡率的影响规律和趋势，以因素水平为横坐标，防蜡率的平均值为纵坐标，绘制因素与指标趋势图(图 4)。

图 4     因子各水平对防蜡率的影响 Figure 4     Effects of various factors on the level of wax inhibiting rate

根据各因素各水平的平均值，按照均值大小选取优水平为A3B3C2D3，依照A3B3C2D3配方比例，室内合成新型防蜡剂样品与按A2B2C3D3制备的样品进行对比评价实验，室内评价结果见表 5。

表 5    性能对比实验 Table 5    Field test

通过实验可以看出，采用A3B3C2D3方案合成的新型防蜡剂防蜡性能要优于A2B2C3D3和在用油基防蜡剂。因此，确定最佳方案为A3B3C2D3，即w(2#表面活性剂)为13%，w(蜡晶改进剂)为7%，w(3#表面活性剂)为8%，w(甲醇)为21%，w(水)为51%。

2.8 现场应用情况

2013年8月，该新型防蜡剂在长庆油田4口油井进行试验。试验区块原油凝固点高、结蜡严重，现场采取连续加药的方式，平均加药周期为10天，加药量为25 kg，现场试验情况见表 6。

表 6    现场试验情况 Table 6    Field test

从表 6可以看出，现场在使用新型高效防蜡剂后，油井平均产量提高，洗井周期延长4倍以上，减少洗井次数12次，具有明显的经济效益。

3 结论

(1) 通过室内研究，找到了一种可以将蜡晶改进剂分散在水中的方法，解决了现有防蜡剂毒性大、闪点低、易燃烧、稳定性差等缺陷，与目前在用产品相比，原料成本下降40%以上。

(2) 利用正交试验，确定了水基蜡晶改进剂型防蜡剂的最佳制备参数为：w(2#表面活性剂)为13%，w(蜡晶改进剂)为7%，w(3#表面活性剂)为8%，w(甲醇)为21%，w(水)为51%。

(3) 现场应用情况表明，该防蜡剂可有效减轻抽油机负荷，延长油井热洗清蜡和检泵周期4倍以上，具有较好的现场应用前景。

参考文献
[1]
陈馥, 曲金明, 王福祥, 等. 油井清防蜡剂的研究现状及发展方向[J]. 石油与天然气化工, 2003, 32(4): 386-370.
[2]
曹怀山, 杨丙飞, 姜红, 等. 油溶性清防蜡剂CL292[J]. 油田化学, 2001, 18(4): 297-298. DOI:10.3969/j.issn.1000-4092.2001.04.003
[3]
朱好华, 马勇, 杜彪, 等. 防冻乳状型防蜡剂YZ238的研制[J]. 石油与天然气化工, 2009, 38(3): 241-244. DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2009.03.016
[4]
赵杰. 分散剂解决蜡沉淀问题[J]. 国外油田工程, 2001, 17(8): 20-21. DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2001.08.006
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