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PY—1化学固体防蜡剂对抽油效率的提升分析
作者：吴岸
来源：《当代化工》2016年第08期
摘 要： 介绍了石蜡的化学组成及性质，概括了石蜡的沉积理论，以及化学防蜡剂作用机理。针对化学防蜡剂的分类，详细阐述了固体防蜡剂的组成及使用特点。在国内某油田的应用中，PY-1化学固体防蜡剂除蜡效果明显，能有效减小抽油机的工作负载，提升了系统效率。在长达近一年的观测中，油井的抽油效率并未明显下降，PY-1化学固体防蜡剂表现出了优异的防蜡周期。
关 键 词：石蜡；防蜡剂；固体防蜡剂
中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-1848-03 Abstract： The chemical composition and properties of paraffin wax were introduced， the paraffin deposition theory was summed up， and the action mechanism of chemical paraffin inhibitor was discussed. According to the classification of chemical paraffin inhibitor， the composition and use characteristics of solid paraffin inhibitor were elaborated. In a certain oil field， chemical solid wax paraffin inhibitor PY-1 obtained better application effect， reduced the work load of pumping unit， and improved the system efficiency. In one year observation， the pumping efficiency of oil wells did not decline obviously， chemical solid paraffin inhibitor PY-1 showed excellent wax inhibition performance.
Key words： paraffin； paraffin inhibitor； solid paraffin inhibitor
我国开采的原油多为凝固点和粘度较高的含蜡原油，其产量可占总产量的70%以上[1]。高含蜡原油具有易凝结、低温流动性差等缺点，尤其在石油开采和长距离运输过程中容易产生凝结析出，阻塞了管道，严重影响了石油的勘探开发进程。因此，解决石蜡的附着沉积问题成为石油工业中亟待解决的问题之一。
目前除防蜡技术有机械清蜡、热力清防蜡、添加内衬的表面能防蜡，以及化学防蜡剂等。在油田的应用中通常使用多种除防蜡技术相结合，已达到最大效果。 1 石蜡的化学组成及性质
石蜡是由正构烷烃、异构烷烃和环烷烃组成的混合物。其基本的分子结构呈折线形排列（图1）。
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因组成碳链的长短及结构不同，蜡可呈现出粗晶蜡、微晶蜡等形态，不同种类的蜡性质不同。原油中的蜡多以碳数范围C18～C30的石蜡为主，其蜡晶颗粒之间相互连接构成了一种三维网状结构，并沉积于管壁，这是构成油井结蜡的主要原因。石蜡与微晶蜡的组成对比如表1所示。
原油是一个十分复杂的混合体系，在实际的开采过程中所遇到的结蜡组成十分复杂，为黑色半固体固体物质。除了正构烷烃混合物外还存在着各种胶质、沥青质，以及井底的泥沙等杂质。结蜡的组成成份不同，所选用的清除方法及除蜡剂配方也有所差异。因此，在进行除蜡作业之前，首先要对结蜡的种类进行分析，有针对性的选用除蜡剂[2]。
不同的油田，因原油性质差异较大其沉积现象也有所差异。通常情况下，可以通过原油成分的鉴定来确定结蜡现象出现的难易程度。原油中蜡成分含量越高，油井的结蜡现象越容易出现；反之，原油开采的高含水阶段油井的结蜡现象有所缓解。高产井由于流体运动运动速度快等因素也结蜡现象较轻。此外，油井的出油温度、内部温差大小，以及油管表面的粗糙程度都对结蜡现象的发生有着较大影响[3]。 2 石蜡的沉积理论
由于原油体系各种物质的构成十分复杂，而且石蜡沉积过程还涉及到了相变等热力学、动力学过程，这使得对于沉积理论的研究十分困难，存在多种沉积理论[4]。
溶解度理论把原油看作是一种溶液，石蜡在原油中的存在状态受溶解度影响。原油中轻质馏分较多时，可以溶解较多的蜡。当环境压力下降时，轻质馏分（如天然气等）从原油中分离，导致蜡的溶解度下降；温度的突然变化也可以引起溶解度的改变。
结晶理论把石蜡的析出看作是结晶的过程。此过程分为成核和生长两个过程，其中成核物质可以是沥青质、胶质等物质，它们其实可作为一种表面活性物质，其非极性的长侧链可以参与石蜡的内部成核构成，而分子中的极性基团外露于蜡晶的表面，相互之间吸引连接，促进了各个蜡晶的聚集。
扩散理论认为，原油在管道中流动时，其内部和壁面之间存在有温度差。因此，温差导致了管道内部与管壁处溶解蜡的浓度不同，这就存在了浓度梯度，蜡分子逐步由中心向着管壁方向移动并最终在管壁沉积。
相平衡理论把石蜡的沉积过程看作是气、液、固三相之间的热力学相平衡。石蜡的沉积在热力学上是一个可逆的过程，因此可以通过补充热量的方法使管道中的石蜡溶解用于除蜡。 3 化学防蜡剂作用机理
在原油中存在着数量众多的蜡分子束。当这些分子束的溶解量达到饱和时，或者周围环境温度的下降导致其溶解度下降时，蜡分子的溶解平衡就会被破坏，石蜡从溶液体系中析出。而
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晶核的存在为蜡的结晶析出过程提供了聚集的生长中心[5]。析出后的石蜡在金属表面堆积生长。
因此化学防蜡剂主要从两个方面来解决石蜡的沉积。一是保护金属管道表面，通过改性使其具有亲水性，阻碍石蜡的附着。二是使得石蜡微粒各自处于分散的状态，阻碍其聚集生长[6]。
4 化学防蜡剂种类
化学防蜡剂按照防蜡机理不同可以分为油溶型清防蜡剂、水溶型清防蜡剂、乳液型清防蜡剂、固体防蜡剂。
油溶型清防蜡剂的主要成分为有机溶剂、表面活性剂以及少量聚合物，其对蜡的溶解清除作用较好，但密度小，易燃，且对环境有一定影响。
水溶型清防蜡剂主要成分为水和多种表面活性剂，其中表面活性剂的作用是在管壁上形成一层亲水性的膜，从而起到阻止蜡附着的作用，但其作用效果一般，在低温环境下适应性小[7]。
乳液型清防蜡剂是水包油型乳状液，具有油溶性和水溶性防蜡剂的优点[8]。由于其密度较大，使用时在油井底部破乳，对油井底部的清除作用较好。 但是储存时要避免破乳，且在油井底部要及时破乳，使用条件较为苛刻[9]。
固体防蜡剂的组成主要由高压聚乙烯（LDPE）、乙烯一醋酸乙烯醋聚合物（EVA）以及稳定剂构成[10]。可以根据使用要求由模具制备成一定形状，如蜂窝状。在使用时将其置入井中，由于环境温度的作用固体防蜡剂可以缓慢溶解释放。这两种聚合物的CH2-CH2链节与石蜡分子相似，析出的微晶被附着在长碳链上，由于分子链之间的空间作用，微晶不易聚集生长，从而达到了防蜡的作用。此外，EVA中还含有一定的极性基团，存在于蜡颗粒的外部，阻碍蜡结晶颗粒之间的作用力，减缓了蜡晶进一步长大。
固体防蜡剂由于释放缓慢，具有防蜡周期长的特点，一次防蜡周期可长达半年左右，且造价较低[11]。但其只对特定的油品作用较好，在具体使用过程中，应根据具体的环境特征调配不同配方的固体防蜡剂。PY-1型固体防蜡剂由主防蜡剂、溶解控制剂、分散剂等按照一定比例在加热条件下通过注塑机在模具中高压定型[12]。 5 PY-1固体防蜡剂性能评价
取国内某油田油井的原油试样，采用原油动态结蜡率测试仪，测试PY-1固体防蜡剂对于此油井原油的防蜡效率。根据SY/T6300-2009《采油用清防蜡剂技术条件》进行测试[13]，分别配比了不同浓度的防蜡剂试样，实验结果如表2。