百索福油井清防蠟技術.doc

油井清防蠟技術石蠟或石蠟沉積物存在于各種級別的原油里。在采油期間，含油混合物從井底采出，并隨著環(huán)境（壓力和溫度）而改變。當環(huán)境發(fā)生改變，這些成分也會隨著改變。石蠟一旦與油一起流出來，它們會作為一種單獨、半固態(tài)液相從油中被分離出來，變得無法流動，并在出油管線、管道上和其它所能夠接觸到的設備上形成沉積物。引起油井停機和維修的最常見原因是石蠟積聚，這是因為石蠟在原油中形成結晶沉積后覆蓋在管件、設備、管線以及油罐的罐壁和罐底。這些石蠟是分子鏈長度C20到C50的飽和非極性烴。開采期間，如果沒有額外加熱，那么油溫從其離開地層時開始降低一直持續(xù)到原油抵達煉油廠。當溫度降至低于石蠟結晶點，石蠟被析出原油，形成結晶后慢慢變大并沉積到管件和設備表面。石蠟結晶生長主要發(fā)生以下地方：在井孔附近的地層中、采油管道或油井管套內(nèi)部、管線內(nèi)部、處理和分離設備內(nèi)部、儲油設備內(nèi)部。一、解決方法百索福已被認為是溶解和包裹石蠟沉積物的最佳產(chǎn)品，是含有多種成分的專利混合可生物降解的水基表面活性劑/濕潤劑/乳化劑。百索?？梢员３钟椭邢瀴K原有狀態(tài)，使蠟塊得以松動、 抑制結蠟現(xiàn)象?，F(xiàn)場試驗表明這種專利的表面活性劑配方比熱油去除地層和采油設備上的石蠟積聚更有效、更安全、更便宜。不同于使用二甲苯基溶劑進行處理，百索福不但可以去除污泥和石蠟，而且同時抑制產(chǎn)生的氣體，并且不會留下光滑的殘留物，增加工人的安全性。百索福公司成立于1975年，位于美國馬薩諸塞州。百索福是一種擁有專利技術的、水基混合的無離子和陰離子表面活性劑，其中也添加了其它的添加劑以提供獨特的性能，減少碳氫化合物。百索福產(chǎn)品配方經(jīng)過專門優(yōu)化，能夠密封和乳化原油和碳氫化合物。通過形成膠團來乳化碳氫化合物，在一系列應用中都非常有效。它是一種無毒配方，不含CERCLA（環(huán)境保護賠償責任法）所列明的有毒成分，100%可生物降解。百索福是已通過ABS（美國標準局）認證的氣體抑制產(chǎn)品。1、特性利用專利技術，百索福處理烴會產(chǎn)生2種效果：（1）可溶性增加（增溶性）（2）界面張力降低（松動）。百索福技術工作機理之一是降低界面張力，因此壓降會導致無法“析出”石蠟，防止石蠟 （C-20 到 C-50）與油相結合的毛細作用力就會縮小。圖1顯示百索福的膠束過程：烴從它們所接觸的物質(zhì)上被剝離，然后被包裹起來防止它們粘附于表面。包裹并抑制危險氣體的釋放。 石蠟抑制測試通常，石蠟存在于油中但當鉆井井眼附近的環(huán)境發(fā)生變化時，開始發(fā)生分離或“析出”。百索福通過減少限制性因素能夠扭轉對環(huán)境的影響，這是一家位于蘇格蘭阿伯丁的領先化學公司經(jīng)過試驗得出的結論。將比阿特里斯鹽水和原油按50:50混合后分別放入這兩個大小相同的燒瓶（測試體積：每個100毫升）。一個燒瓶里盛放的是未用百索福處理過的液體，另一個燒杯中是用濃度為7.5-10%百索福濃縮液處理過的液體。攪拌這兩個燒瓶，使它們的溫度分別降至石蠟形成的水平。以500rpm（轉速）進行攪拌，起始溫度是管道入口溫度，結束溫度是管道出口溫度。測試持續(xù)時間：1天。隨著溫度降低，觀察到以下現(xiàn)象：1、不含百索福的燒瓶的內(nèi)徑上結了一層蠟。2、用百索福處理過的燒瓶沒有結蠟。該“反應”中的作用力是自然中的理化作用并借助吸附改變、界面張力和增溶作用。因此該過程不產(chǎn)生任何其它物質(zhì)，在恰當?shù)沫h(huán)境下該反應是可逆的。從本質(zhì)上界面張力的降低可以增加材料之間的面積 允許兩種材料之間有更多的接觸和輔助循環(huán)。圖2：為了增加可服務性，已對油罐進行了更加快速、安全 & 有效的“除氣”& 清理。百索福已經(jīng)乳化來自污泥的石蠟，將1米的底部沉積物減少到75毫米，回收更多油的同時增加利潤率。圖3：由于百索福具有很多優(yōu)勢，因此油井、管道和油罐已不再使用傳統(tǒng)的熱油或溶劑處理方法。當用一定量的百索福處理原油時，測試顯示它可以防止石蠟的形成和沉積。百索福除蠟和除污泥的特點可以明顯降低運行成本和增加油回收。大多數(shù)出油管線每天可以將比率150-200ppm，濃度10%的百索福溶液加入總采出液（60ppm也就是每處理100桶采出液需要稀釋四分之一加侖濃縮液取得一個濃度為10%的溶液所需比率）進行處理。這種處理方法用于后清理過程或用于必須防止結蠟的地方。（0.73加侖濃縮液=175ppm濃縮液處理100桶/天）。2、應用歷史百索福專利表面活性劑經(jīng)過了4年的現(xiàn)場測試，可有效去除油井、管線、儲罐和處理設備中存在的石蠟。百索福表面活性劑通過以下四種不同的方式發(fā)揮作用： 百索福防止石蠟在低于結晶溫度時發(fā)生結晶。 百索福所溶解的石蠟在結晶后返回原油。 百索福可作為一種井下和采油設備中極好的乳液破壞劑。 百索福還可以破壞石蠟的微反相溶液，而原油和水仍然懸浮于采出水中?；谶@些成功的試驗，百索福進行了一系列更深層的研發(fā)使這種表面活性劑更有效的清蠟和反乳化。第一次試驗：采油設備清蠟1992年，位于奧克拉荷馬的一個油商發(fā)現(xiàn)百索福在將石蠟從設備表面去除方面特別有效。他決定用百索福處理其中的一口低產(chǎn)量油井，將濃縮液與采出水混合后倒入油井背面，將石油銷售線關閉24個小時，為泵循環(huán)油-水-百索福的混合液留出時間。當溫度增加時，百索福溶液快速將石蠟從采油管上剝離。 效果十分明顯： 油井采油量比熱油處理后要高。 采油處理效果持續(xù)時間超過一年（熱油處理只能維持3-4個月）。 百索福處理方法能夠清理所有下游設備，包括油罐底部。 使用百索福每年的處理成本少于熱油成本10%。 第二次試驗：位于奧克拉荷馬的六口油井后續(xù)試驗也在奧克拉荷馬進行，一共處理了6個油井兩個油井的深度為7000英尺，4個油井的深度為1800英尺。當石油流經(jīng)某個水層，溫度被冷卻至低于石蠟結晶溫度，然后在輸油管道內(nèi)部被析出，每年需要進行3-4次熱油處理。測試中的一個油井一次處理使用了5加侖的百索福稀釋濃縮液。將濃縮液緩慢的倒入油井管套背面后與采出水混合，形成新的稀釋溶液。打開回油管，溶液通過管道進行循環(huán)，將石蠟退回溶液中。24小時后打開油管，所有溶液被送入銷售罐。該試驗證明百索福處理效果不錯。第三次試驗：位于阿根廷的三口油井圖4：上圖顯示百索福的膠束過程：烴從它們所接觸的物質(zhì)上被剝離，然后被包裹起來防止它們粘附于表面。包裹并抑制危險氣體的釋放 百索福是已通過ABS（美國標準局）認證的氣體抑制產(chǎn)品。第四次試驗：位于奧克拉荷馬的預防性維護位于奧克拉荷馬的中西部城市的兩口油井，每天產(chǎn)油30-50桶，每天從1828米的蓄水池采水10-20桶。石蠟問題非常嚴重盡管添加了石蠟驅(qū)散劑仍需每月熱油處理一次。其中一口油井上的泵停止抽吸，并拆卸抽油桿和泵。由于此油井石蠟積聚非常嚴重，運營商還拆卸了另一口油井的抽油桿和泵。首次用百索福處理是在1995年8月，每月重復處理一次，處理2個多月。在此期間，石油開采保持穩(wěn)定，流線壓力沒有再增加，不存在抽吸問題，管線或連接裝置沒有石蠟積聚，而且在銷售石油前沒必要再加熱或處理油罐。但是第四個月由于調(diào)度問題，此油井沒有用百索福進行處理。采油水平開始降低，銷售罐不得不再次進行處理，重新按照原來的計劃用百索福處理油井，開采量再次恢復到以前的水平，油罐也無需進一步處理。 修復熱油所導致的地層損傷 在過年的幾年里，奧克拉荷馬和德克薩斯州的很多油井都已經(jīng)用百索福進行了處理，克服了使用熱油處理的長期負面影響。在熱油處理期間，石蠟在井孔中被熔化，其中的一部分可能被抽到低壓地層中，在熱油清蠟車中進行循環(huán)。去除“輕餾分”后或者更低分子重量的烷烴，剩余的“重餾分”石蠟可能在井孔附近的地層孔隙中被冷卻和固化。在測試的油井中，使用地層水將5-10加侖的百索福濃縮液稀釋成濃度6%的溶液，然后被抽入使用地層水的油井射孔中。在油井恢復生產(chǎn)前，百索福溶液可以在地層中保持24-48小時。解決地層中的石蠟堵塞問題，開采量可以增加10%到400%。百索福溶液在分解石蠟堵塞和將石蠟熔化到油中時十分有效。當石蠟-油混合物從從地層中被采出后，打開通道使地層液體流入井孔，從而增加開采量。 油管清蠟 1997年，在進行清管操作前，使用百索福去除原油輸送管線中的石蠟積聚。在此管線中，每天所輸送的500-600桶原油先流經(jīng)一段直徑3英寸、長1/2英里的管線，再流經(jīng)另一段長1/2英里的管線，然后接入一個增壓泵，在該增壓泵后又流經(jīng)一段直徑4英寸，長1英里的管線，最后接入4個500 bbl（桶）容量的儲油罐。該管線從開始到結束的運輸?shù)挠土看蠹s是200bbl（桶）。過去用清管操作期間，必須挖掘和切割管道以查看有無損耗或被卡住的清管器。在管線的某些部分積聚的石蠟已將內(nèi)徑減少了1英寸。油商要求用百索福預處理輸油管線，并在處理后立即清理管線。最初狀態(tài)顯示管線壓力88psi，4個500 bbl（桶）容量的儲油罐在處理前都存在厚度為12-18英寸的硬石蠟沉積層（請看圖5）圖5：表面活性劑處理熔化石蠟并使其返回溶液，避免加熱油罐，增加可售產(chǎn)品，減少生產(chǎn)成本。 用292加侖的淡水稀釋25加侖的百索福取得濃度為8%的溶液，將其注入管線，處理周期為4天。第一個24小時內(nèi)注入大約142加侖的稀釋液，沒有出現(xiàn)明顯變化。第二天，打開泵循環(huán)原油，壓力從最初的88psi降至82psi。在三小時后壓力降至80psi。第三天中午壓力降至78psi。將大約212加侖濃度為8%的百索福溶液加入管線。在處理的最后階段，壓力降至76psi，該壓力值是一段干凈管線所具有的理論反壓。處理效果： 百索福處理后進行的清管操作顯示當清管器在管線中運行時壓力沒有增加。不存在丟失或卡住的清管器，因此無需挖掘或切割管道。只有清管接收器中發(fā)現(xiàn)了少量石蠟。 最后測量油罐底部，在所有的4個油罐中，石蠟沉積層厚度已經(jīng)從12-18英寸硬底減少到3-6英寸的軟底。百索福表面活性劑處理不僅溶化了油罐底部的大多數(shù)石蠟，使采油量提高到了60桶，還將一些水從油中反乳化出來，與百索福所用采出水量相比，油罐采水量提高了15桶。試驗評論：在所有油井清蠟試驗中百索福處理效果比其它的處理方法維持的時間更長。試驗開始時推測百索福覆蓋與管道表面并防止石蠟沉積，但接下來的研究表明有些百索福仍然留在油井底部的采出水中，緩慢驅(qū)散形成微乳液，后續(xù)研究證實這是原油輸送和石蠟結晶改變的關鍵因素。3、與傳統(tǒng)方法對比（1）傳統(tǒng)方法的優(yōu)劣勢如果油井存在過量的石蠟沉積物，會限制原油流動并最終完全堵塞輸油管線。當含有石蠟的小型膠束（微反相乳液）懸浮于采出水中時，會發(fā)生經(jīng)常被忽略的另一個問題：當這些含石蠟的采出水被再注入到地層中時，所含石蠟能夠堵塞油管射孔和孔喉，甚至堵塞地層。目前已經(jīng)研發(fā)及應用了一些技術來解決這些問題，包括： 使用保溫層減少熱損失 系統(tǒng)加熱 熱油 溶劑沖洗 化學處理為管線保溫和加熱是最有效的表面解決方案。保溫層是首選處理方案，因為其它技術處理期間需要停機停產(chǎn)。但無管線保溫需要大量的資金支持，運行成本過高。而且這種處理方法不能用于井下清蠟。熱油是處理井下石蠟的最常見技術。原油被加熱到遠高于石蠟結晶點的溫度，然后熱油通過存在石蠟積聚的油井、管線和設備進行循環(huán)。熱油處理方法的優(yōu)勢是終端產(chǎn)品可以直接被輸送到產(chǎn)油罐，其缺點主要有以下幾點： 比較大的設備，需要熱源。 取決于原油的溫度，熱油處理不能完全為設備清蠟。硬石蠟需要用更高的溫度熔化，因此硬石蠟能夠長期積聚無法被去除。 在熱油處理期間，必須停產(chǎn)。 熔化的石蠟通過油井射孔被注入到地層中，冷卻并結晶，堵塞蓄水池的水流入井孔。如果重新熱油可能造成地層損傷和儲量損失。 揮發(fā)油的高溫可能危害工人安全。 溶劑沖洗與熱油類似，只不過是用溶劑（二甲苯）代替熱油去除石蠟。溶劑沖洗的優(yōu)勢在于不依靠溫度熔化石蠟，這種方法對于處理高熔點石蠟十分有效，終端產(chǎn)品可以直接被輸送到采油罐。而其缺點主要有以下幾點： 溶劑成本高。 溶劑通常是易揮發(fā)的危險材料。 溶劑比原油更易燃，火花、摩擦或靜電都可能導致突然著火，危害工人和設備的安全。 化學處理因為將少量化學物質(zhì)添加到原油、采出水或連續(xù)向下送入油井背面的流體中。這些化學物質(zhì)改變結晶形成的機理，將石蠟驅(qū)散回原油中。當進行批量處理時，這些化學溶液像熱油一樣被循環(huán)。有時會使用兩種化學物質(zhì)，一種用于將石蠟驅(qū)散回原油中，另外一種將石蠟脫乳出采出水?；瘜W處理的優(yōu)勢在于其可以防止石蠟形成，而不是在發(fā)生石蠟沉積后再進行處理，而且化學處理比熱油處理和溶劑沖洗需要更少的設備。 （2）與其它化學物質(zhì)的對比試驗 某個運行商認為大型處理設備可以提高原油產(chǎn)量，而卡爾加里的庫特工程服務公司不相信這種說法。他們懷疑開采量遇到的瓶頸不是設備問題，而是化學物質(zhì)的問題。實際上現(xiàn)在的設備已經(jīng)夠大，運行商已經(jīng)在嘗試用設備代替使用化學品處理的問題，因此他們進行一系列化學品的對比試驗，試驗分兩個階段進行： 明確目前水處理問題，確定緩解方法。 進行緩解方法的對比性試驗。 研究的第一部分是分析水泵房注入度的問題，經(jīng)證實主要是水兼容性的問題，采出水中有懸浮的微乳液和石蠟反相乳液；研究的第二部分關注的是在游離水脫水器中形成石蠟沉積層。該部分的分析包括： 發(fā)現(xiàn)最相似的化學物質(zhì)進行研究和測試。 比較每種化學物質(zhì)的性能。 發(fā)現(xiàn)需要矯正的所有設備缺陷。過程：收集乳液樣本并與相同比例的采出液混合。然后將28種不同的驅(qū)散劑化學物質(zhì)添加到28份濃度1000ppm的離心試管中并搖晃，豎立試管10分鐘，該時間與游離水脫離器中的油相形成時間等同。用滴管提取乳液樣本上層的10%。確定BS&W（底部沉淀物和含水），離心后記錄沉淀物厚度和水質(zhì)。從第一輪試驗可以看出測試的化學物質(zhì)范圍從28種縮小到4種，其中包括百索福，來自供應商B的一種化學物質(zhì)和來自供應商C的兩種化學物質(zhì)。進行第二輪試驗更加詳細，百索福在這兩輪試驗中都脫穎而出。第三輪試驗檢查采出水的反乳化作用。將百索福與來自其中一個供應商的4種化學物質(zhì)和來自另外一個供應商的兩種化學物質(zhì)進行了對比。在這次測試中，百索福與其中一種化學物質(zhì)同樣有效，但百索福無毒可生物降解，還可以作為一種驅(qū)散劑和反乳化劑，所以使用效果更佳。在完成兩個階段的研究后，庫特建議無需再使用額外的設備，只需使用少量的化學物質(zhì)解決游離水脫離器的瓶頸。此次在化學處理方面的研究節(jié)省了運行商超過500000美金的資金費用和每年10000美金的運行成本。結論：測試結果表明百索福形成油和水的微乳液和使石蠟成為乳相懸浮于油中?？梢钥闯鑫⑷橐褐械乃儆贐S&W（底部沉淀物和含水）標準，因此可以將該溶液直接輸送到煉油廠。除此之外，表面活性劑處理將石蠟驅(qū)散回油中，減少潛在的污染流，減少處理費用，增加銷售量。百索福可作為有效的驅(qū)散劑和反乳化劑，而且無毒可生物降解，是處理油井、管道、油罐和容器中石蠟積聚的