油井清蜡技术.doc

1引言油田开发之前，原油埋在地层中，这时原油中的石蜡处于高温高压条件之下，一般都是以单相液态存在的，蜡完全溶解在原油中。在油井开采过程中，原油从油层流入井底，再从井底沿井筒举升到井口时，压力和温度随之逐渐下降，当压力降低到一定程度时，有助于溶解石蜡和胶质的轻质组分逐渐损失，结果破坏了石油溶解在原油中的平衡条件，此时超过了石蜡在原油中的溶解饱和度，导致石蜡结晶析出聚集凝结并粘附于油井设施的金属表面，这就是常说的油井结蜡。油井结蜡是采油过程中经常遇到的问题。特别是在开采高含蜡原油时，由于石蜡析出并不断沉积于油管管壁、抽油杆、抽油泵以及其他井底设备、地面集输管线、阀门、分离器、储罐等的金属表面，减小了油流通面积，增加了原油的流动阻力，致使油井减产。结蜡严重时，可以把油井管线完全堵塞，导致停产，如图1-1，1-2所示。因此油井清、防蜡是油井管理中极为重要的措施之一。图1-1 现场清蜡作业图1-2 生产管线中沉积的石蜡油田常用的油井清、防蜡技术主要有机械清蜡技术、热力清防蜡技术、表面能防蜡技术（内衬和涂料油管）、化学药剂清防蜡技术、磁防蜡技术和微生物清防蜡技术6大类。用化学药剂进行清防蜡，通常是将药剂从环形空间加入，不影响油井正常生产和其他作业，除了可以收到清防蜡效果外，使用某些药剂还可以收到降凝、降粘和解堵的效果。2蜡的化学结构特征组成2.1蜡的定义与结构石油是一种成分复杂的混合物，它包括的主要元素有：碳（83%87%）、氢（10%14%）、氮（0.1%2.0%）、氧（0.05%1.5%）、硫（0.05%1.0%）以及微量的钒、镍、铁、铜等金属元素。主要是以碳氢化合物（通常称为烃）的形态存在，占石油成分的75%以上。严格地说，原油中的蜡是指那些碳数比较高的正构烷烃，通常把C16H34C63H12的烷烃称为蜡。其中C18-35为正构烷烃，通称为软蜡；C35-64为异构烷烃，通常称为硬蜡。纯蜡是白色的，略带透明的结晶体，熔点在4960间。实际上，采油过程中结出的蜡并不是纯净的石蜡，它是原油中那些与高碳正构烷烃混在一起的，既含有其他高碳烃类，又含有沥青质、胶质、无机垢、泥砂、铁锈和油水乳化物等的半固态和固态物质，使其颜色呈现黑色或者棕色，即俗称的蜡。通常所说的蜡（石蜡）是指碳原子数不小于15的正构烷烃。在油层条件下，蜡溶解在原油中，当原油从油层经井底上升至地面过程中，由于温度和压力的降低以及轻质组分的不断溢出，蜡在原油中的溶解度降低，使蜡从原油中开始结晶、析出、聚集，并附着在油管壁和抽油杆上，直接影响油井生产，因此，油井的防蜡和清蜡是保证含蜡原油正常生产的一项十分重要的技术措施。各油田不同的原油、不同的生产条件所结出的蜡，其组成和性质都有较大的差异。蜡的典型化学结构式如图2-1（a）所示，但是，广义地讲，高碳链的异构烷烃和带有长链烷基的环烷烃或芳香烃也属于蜡的范畴，其结构如图2-1（b）,(c),(d)所示。由此可见，生产过程中结出的蜡可以分为两大类，即石蜡和微晶蜡（或称地蜡）。正构烷烃蜡称为石蜡，它能够形成大晶块，为针状结晶，是造成蜡沉积而导致油井生产通道阻塞的主要原因。支链烷烃、长的直链环烷烃和芳香烃主要形成微晶蜡，其相对分子质量较大，主要存在于罐底和油泥中，当然也会明显影响大晶块蜡结晶的形成和增长。一般来说蜡的碳数高于20都会成为油井生产的威胁。图2-1 石蜡的典型化学结构式2.2蜡的特征石蜡和微晶蜡的特征主要是碳数范围、异构烷烃数量、环烷烃数量不同，具体区别见表2-1。由表2-1中可以看到，石蜡是以正构烷烃为主，而微晶蜡是以环烷烃为主。表2-1 石蜡及微晶蜡的组成项 目 石 蜡 微 晶 蜡正构烷烃/% 8090 015异构烷烃/% 215 1530环烷烃/% 28 6575熔点/ 5035 6090平均相对分子质量 350430 500800典型碳数 1636 3060结晶度/% 8090 5065典型的微晶蜡如图2-2所示：2-2微晶蜡结构示意图蜡的晶型常常受蜡的结晶介质的影响而改变，在多数情况下，蜡形成斜方晶格，但改变条件也可能形成六方晶格，如果冷却速度比较慢，并且存在一些杂质（如胶质、沥青、或其他添加剂），也会形成过渡型结晶结构。斜方晶结构为星状（针状）或板状层（片状），这种结构最容易形成大块蜡晶团，石蜡的主要晶型如图2-3所示：图2-3 石蜡的主要晶型国内部分油田原油中所含的蜡，其正构烃碳数占总合蜡量的比例各有不同，从总体上看都呈正态分布，碳数高峰值大约在25左右，清防蜡比较容易。3油井结蜡现象和影响结蜡的因素3.1油井结蜡现象不同油田，原油性质有较大的差异，油井结蜡规律也不同，为了制定油井清防蜡措施，必须研究本油田油井结蜡现象。国内各油田的油井均有结蜡现象，油井结蜡一般具有下列现象：（1） 原油含蜡量愈高，油井结蜡愈严重。原油低含水阶段油井结蜡严重，1天清洗23次，到中高含水阶段结蜡有所减轻，23天清蜡一次甚至十几天清蜡一次。（2） 在相同温度条件下，稀油比稠油结蜡严重。（3） 开采初期较后期结蜡严重。（4） 高产井及井口出油温度高的井结蜡不严重或不结蜡、反之结蜡严重。（5） 油井工作制度改变，结蜡点深度也改变，缩小油嘴，结蜡点上移、反之下移。（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） 出砂井易结蜡。（8） 自喷井结蜡严重的地方既不在井口也不在井底，而是在井的一定深度上。图3-1为某井的结蜡剖面。图3-1 某油井结蜡剖面图3.2影响结蜡因素的分析通过对油井结蜡现象的观察及结蜡过程的研究，影响结蜡的主要因素是原油的组成（蜡、胶质和沥青的含量）、油井的开采条件（温度、压力、气油比和产量）、原油中的杂质（泥、砂和水等）、管壁的光滑程度及表面性质。其中原油组成是油井原油结蜡的内在因素，而温度和压力等则是外部条件。3.2.1原油的性质和含蜡量原油中所含轻质馏分越多，则蜡的结晶温度就越低，即蜡不易析出，保持溶解状态的蜡量就越多。图3-2是三种不同的油中，温度与石蜡溶解量的关系。图3-2 温度对石蜡溶解度的影响1：在相对密度=0.7351的汽油中2：在相对密度=0.8299的原油中 3：在相对密度=0.8861的脱气原油中由图可以看出，轻质油对蜡的溶解能力大于重质油的溶解能力。蜡在油中的溶解量随温度的降低而减小。该图也说明原油中含蜡量高时，蜡的结晶温度就高。在同一含量下，重油的蜡结晶温度高于轻油的结晶温度。原油中所含轻质馏分越多，蜡的结晶温度就越低，即蜡越不容易析出，保持溶解状态的蜡量就越多。蜡在油中的溶解量随温度的降低而减小。原油中含蜡量高时，蜡的结晶温度就高。在同一含蜡量下，重油的蜡结晶温度高于轻油的结晶温度。3.2.2原油中的胶质和沥青质原油中不同程度地含有胶质和沥青质。它们影响蜡的初始结晶温度和蜡的析出过程以及结在管壁上的蜡的性质。由于胶质为表面活性物质，可以吸附在蜡晶上来阻止结晶的发展。沥青质是胶质的进一步聚合物，它不溶于油，而是以极小的颗粒分散在油中，可成为石蜡结晶的中心。由于胶质和沥青质的存在，使蜡结晶分散的均匀而致密，且与胶质结合紧密。但在胶质和沥青质存在的情况下，在管壁上沉积蜡的程度将明显增大，且不易被油流冲走。故原油中所含的胶质和沥青质既可减轻结蜡程度，又在结蜡后使粘结强度增大而不易被油流冲走。3.2.3压力和溶解气在压力高于饱和压力的条件下，压力降低时，原油不会脱气，蜡的初始结晶温度随压力的降低而降低。在压力低于饱和压力的条件下，由于压力降低时，油中的气体不断析出，气体的析出使原油降低了对蜡的溶解能力，因而使初始结晶温度升高。压力越低，结晶温度越高。由于初期分出的是轻组分气体（甲烷、乙烷等），后期分出的是重组分（丁烷等），前者对蜡的溶解能力的影响小于后者，因而随着压力的降低，初始结晶温度明显增高。在采油过程中，原油从油层流到地面的过程中，压力不断降低。在井筒中，由于热交换，油流温度也随着不断降低。当压力降低到饱和压力以后，便有气体分离出。气体边分离边膨胀，产生吸热过程，也促使油流温度进一步降低。所以采油过程中，气体的析出不但降低了原油对蜡的溶解能力，而且也降低了油流温度，从而有利于蜡晶析出和结蜡。3.2.4原油中的水和机械杂质的影响原油中的水和机械杂质对蜡的初始结晶温度影响不大，但油中的细小沙砾及机械杂质将成为石蜡析出的结晶核心，促使石蜡结晶的析出，加速了结晶过程。油中含水量增加后对结蜡过程产生两方面的影响：一是水的热容量（比热容）大于油的热容量，故含水后可减小油流温度的降低；二是含水量增加后容易在管壁上形成连续水膜，不利于蜡沉积在管壁上。所以出现了油井随着含水量的增加，结蜡过程中管壁沉积蜡的程度有所减轻的现象。3.2.5液流速度与管壁表面粗糙度及表面性质的影响油井生产实践表明，由于油流流速高，对管壁的冲刷作用强，蜡不易沉积在管壁上。油管的材料不同，结蜡量也不同，管壁越光滑，越不易结蜡。另外，管壁表面的润湿性对结蜡有明显的影响，表面亲水性越强越不易结蜡。总之，原油组成是影响结蜡的内在因素，而温度和压力是外部条件。由于原油组成复杂，因此对油井结蜡过程和机理的认识，目前还处于继续深入探讨的阶段、。随着新的防蜡技术措施的研究，对结蜡过程和机理的认识将会不断提高。4油井清防蜡技术油田常用的油井清、防蜡技术主要有机械清蜡技术、热力清防蜡技术、表面能防蜡技术（内衬和涂料油管）、化学药剂清防蜡技术、磁防蜡技术和微生物清防蜡技术6大类。4.1油井防蜡技术根据生产实践经验和对结蜡机理的认识，为了防止油井结蜡，应从两个方面入手：（1） 创造不利于结蜡在油管管壁上沉积的条件。由于管壁越粗糙，表面越亲油和油流速度越小，就越容易结蜡。因此，提高管壁的光滑度和改善表面的润湿性是防止结蜡的一条重要途径。（2） 抑制石蜡结晶的聚集。在油井生产的多数情况下，石蜡结晶析出几乎是不可避免的，但从石蜡结晶开始析出到蜡沉积在管壁上，还有一个使结晶长大和聚集的过程。因此，在含蜡原油中加入防止和减少石蜡聚集的化学药剂抑制剂，或者利用物理方法抑制腊晶的析出与长大，也是防止结蜡的一条重要途径。常用油井防蜡方法有下述几种：4.1.1油管内衬防蜡和涂层防蜡这类方法的防蜡作用主要是创造不利于石蜡沉积的条件，如提高表面的光滑度，改善表面的润湿性，使其亲水憎油，或提高井筒流体的流速等，主要方法有：1、 油管内衬就是在油管内衬一层由SiO2(74.2%),Na2O(14%),CaO(5.3%),Al2O3(4.5%)和B2O3(1%)等组成的玻璃衬里。这种衬里具有亲水憎油和表面光滑的防蜡作用，特别是油井含水后油管内壁先被水润湿，油中析出的蜡就不容易附着在管壁上，同时内壁表面光滑，使析出的蜡不易粘附，较容易被油流冲走，减缓了油管壁的结蜡速度。但这种衬里油管不耐冲击，运输和起下油管时要求条件苛刻，因此一般只在自喷井和气举井上使用。矿厂使用时要加强性能检验，一般要进行如下四方面的性能检验。（1）溶蚀量检验：浸泡48小时，40恒温下，要求酸失量小于0.95g/cm2,碱失量小于0.002g/cm2.（2）耐冷热急变性能检验：要求在零下40立即升温到120或由120骤冷到零下40，油管内衬不炸裂。（3）机械强度检验：拉伸2800N，扭力1176NM，耐压20Mpa,油管内衬不炸裂。（4）抗冲击实验：油管从距柏油地面1.4m处自由下落，油管内衬不炸裂。通过以上检验均合格后，方能下井使用。2、 涂料油管就是在油管内壁涂敷一层固化后表面光滑且亲水性强的物质，其防蜡原理与玻璃衬里油管相似。最早使用的是普通油漆，但由于其在管壁上粘合强度低，效果差而逐渐被淘汰。目前应用最多的是聚氨基甲酸酯。涂料油管有一定的防蜡效果，特别是新油管涂层质量高，防蜡效果较好，便于清洗，但使用一段时间后，由于表面蜡清除不干净，以及石油中活性物质可使管壁表面性质发生变化而失去防蜡效果。近年来，华北油田一机厂从美国艾克公司（ICO）引进钢管内衬涂层生产线，已开发出系列涂料，包括液体和粉末涂料，特别是PC-300，PC-400和DPC液体涂料，都获得较好的防蜡效果。吐哈油田原油中由于含高碳蜡，清防蜡措施都比较困难，PC-400曾在吐哈油田都6-5井做过防蜡对比实验，在346786m下PC-400油管，停止清蜡6天，起出油管，录取结蜡剖面如图4-1所示。图4-1中（a）为未下PC-400涂料油管结蜡剖面，（b）为在346756m深度下的PC-400涂料油管后结蜡剖面。由此可见，下PC-400涂料油管的部位基本没结蜡，效果比较理想，但是涂料油管不耐磨，不宜在有杆泵抽油井和螺杆泵抽油井中使用，主要用于自喷井和气举井防蜡。图4-1 PC-400涂层油管在吐哈油田都6-5井防蜡试验结蜡剖面图4.1.2强磁防蜡技术永磁技术应用于石油工业防蜡始于1966年，前苏联A季霍诺夫和B米亚格科夫发现磁化处理不仅降低盐类结垢物的生成，而且也减少了沥青及石蜡沉积物的生成。卡甘经过认真研究后确认，电磁场作用于含蜡煤油后，石蜡的析蜡点大幅度下降。由于当时制造磁性材料的水平限制，应用推广比较困难，直到1983年第三代稀土永磁材料铁硼的出现，磁技术在石油工业领域中的应用才有较快的发展。20世纪90年代初，中科院金属所、化学所、物理所以及大庆油田联合攻关，在理论上取得了一些初步的认识。正构烷烃经磁场处理后，粘度可降低50%左右，凝固点下降27，析蜡点下降13。试验证明，C18H38经磁处理后所结的蜡孔隙较多，比较松散，油流冲刷易于清除；在常温常压条件下，磁效应保持时间约为48小时。磁防蜡技术机理的初步认识主要有：1、 磁致胶体效应原油经过磁化处理后，使本来没有磁矩的反磁性物质石蜡在磁场作用下，其分子形成电子环流（即电子的轨道运动状态发生了改变），在环流中产生了感应磁场，即诱导磁矩，干扰和破坏了石蜡分子中瞬间极性的取向，使蜡分子在磁场作用下定向排列，做有序流动，克服了石蜡分子之间的作用力，使其不能按结晶的要求形成石蜡晶体。对于已形成蜡晶的微粒通过磁场后，削弱了石蜡分子结晶时的粘附力，抑制石蜡晶核的生成，阻止了石蜡晶体的生长与聚集，而且析出的蜡粒子细小而松散（粒子的尺寸小到胶体范围）。另外，在有相变趋势的原油中，磁场的作用促进了相变的发生，磁场通过对带电粒子的作用，使纳米至微米这个尺度内的颗粒，表面形成双电层，使粒子成亚稳状态，以较稳定的形式存在，不易聚集，并且有记忆效应。前述一般不超过48小时是指在常温常压条件下，而在井筒条件下，记忆效应有可能短得多。根据实际资料统计，目前生产的磁防蜡器的有效距离只有3001000m.2、 氢键异变对于那些能够在分子间或分子内产生氢键的分子而言，氢键很大程度上抑制着其互相作用的大小和性质。凡是具有极性原子的物质对磁场的作用都比较敏感。当磁场强度比较弱时，不足以打断氢键，但它可以使其价电子发生新的取向，形成缔合分子间新的排列组合，这样就产生了改变氢键形态的可能性，使其发生弯曲和扭变，改变其键角或键的强度，因为磁场作用很弱，所以发生扰动的程度与磁场强度、磁场的方向、磁场梯度、磁处理时的流速（即作用时间）等均有密切关系。对不同碳数的石蜡而言，碳数越高要求的磁场强度、磁场方向、磁场梯度越强和磁处理时间越长。3、“内晶核”原理依靠磁场作用改变晶核的形成过程，使晶体凝聚成大而松散的颗粒，易于被液流带走减少蜡的沉积。我国具有丰富的稀土资源，20实际80年代中期先后研究成功了系列的强磁防蜡器，通过现场应用试验取得较好的效果。近年来在全国油田中推广应用的结果，以大庆油田的效果为最好，截至1992年底，统计大庆油田已累计在7000多口抽油机井上安装不同参数的磁防蜡器，平均有效率达到90%以上，平均单井热洗周期由原来的30天延长到150天，7年增产原油近40*104。其他油田也都有不同程度的效果，惟有吐哈油田几乎没有效果。据分析研究认为，这是因为磁防蜡技术与原油的特性有密切的关系。大庆油田C30H62以下的石蜡占68.6%，C40H82以上的石蜡只有2%，而吐哈原油C30H62以下的石蜡只有37.4%，C40H82以上的石蜡占59%，因此吐哈油田的石蜡属于高碳蜡，磁化处理时需要的磁场强度、磁场梯度更高，磁场分布位型要改善，磁处理时间也需要调整。另外从胶体化学的观点分析大庆原油中的石蜡质点带有负电荷，带电质点在强磁场中切割磁力线运动时，产生了感应磁场，石蜡质点在感应磁场的作用下，其分子间的力受到干扰，不再按原来的规律排列，由此抑制了蜡晶的生长，使其不易搭成骨架，破坏了腊晶间的聚集，因而大庆油田磁防蜡效果最好。4.2油井清蜡技术含蜡原油在开采过程中虽有不少防蜡方法，但油井结蜡仍不可避免，油井结蜡后应及时清除，清蜡方法主要有：机械清蜡、热力清蜡和热化学清蜡等。4.2.1机械清蜡技术机械清蜡就是用专门的刮蜡工具（清蜡工具），把附着于油管内壁和抽油杆上的蜡刮掉，靠油流将刮下的蜡带走。这是一种既简单又直观的清蜡方法，在自喷井和抽油井中广泛应用。1、 自喷井机械清蜡自喷井机械清蜡方法是最早使用的一种清蜡方法。它是以机械刮削方式清除油管内沉积的蜡。合理的清蜡制度必须根据每口油井的具体情况来制定，而且要根据油井变化及时调整。首先要掌握结蜡规律，按清蜡周期清蜡，避免延期清蜡作业，使油井结蜡能及时刮除，保证油井压力和产量不受影响。清蜡深度一般要超过结蜡最深点或析蜡点以下50m. 图4-2所示为自喷井通常采用的刮蜡片清蜡示意图。由图可见，自喷井机械清蜡的设备主要由清蜡绞车、钢丝、扒杆、滑轮、防喷盒、防喷管、钢丝封井器、刮蜡片和铅锤等。在油管内，刮蜡片依靠铅锤的重力作用向下运动到结蜡点以下，上提时，靠绞车拉动钢丝经过滑轮提拉刮蜡片上行刮蜡，并依靠液流将刮下的蜡带到地面，如此反复定期进行刮蜡，达到清除油管积蜡的目的。自喷井机械清蜡所用的铅锤质量，矿场常用下列经验公式计算确定：W=（68）Pt式中 W铅锤质量，Kg;Pt油管压力，Mpa.如果铅锤质量计算结果小于9Kg,则亦应选用9Kg的铅锤。由于油井延期清蜡时间过长，油管结蜡过厚，会使刮蜡片遇到阻力下不去，而且结蜡过多不但作业困难，也容易发生顶钻，造成刮蜡片掉井事故，这类情况应注意避免。当油井结蜡相当严重，下刮蜡片已经有困难时，则应改用专用的清蜡钻头清蜡的方法来清除油井积蜡，使油管内通径达到刮蜡片能顺利地起下时，再改回用刮蜡片清蜡。钻头清蜡的设备与刮蜡片清蜡设备类似，其不同之处是将绞车换为通井机，钢丝换为钢丝绳，扒杆换为清蜡井架，防喷管改为10m以上的防喷管，钢丝封井器换为清蜡闸门，铅锤换为直径3244mm的加重钻杆，下接清蜡钻头。通常油井尚未堵死时可用麻花钻头，它既能刮蜡又能将部分蜡带出地面。但是，结蜡非常严重时麻花钻头也下不去，这时就要使用矛刺钻头，将蜡打碎，然后用麻花钻头将蜡刮下并带出地面。2、 有杆泵抽油井机械清蜡有杆泵机械清蜡是利用安装在抽油杆上的活动刮蜡器来自动清除油管和抽油杆上的蜡。目前油田常用的是尼龙刮蜡器。尼龙刮蜡器表面亲水不易结蜡，且摩擦系数小、强度高、耐磨、耐腐蚀，一般是注塑成型，不需要机械加工，制造方便，其高度多为65mm。值得注意的是，螺旋要有一定的夹角以保证油流冲击螺旋面时可产生足够的旋转力，使尼龙刮蜡器在上下运动时同时产生旋转运动。尼龙刮蜡器呈圆柱体状，外围有若干螺旋斜槽，斜槽的上下端必须重叠，以保证油管内30度都能刮上蜡，斜槽作为油流通道，其流通面积应大于12.17cm2,为44mm抽油泵游动阀座孔面积的3.2倍以上。尼龙刮蜡器内径大于抽油杆外径1mm，外径比油管内径小4mm。在抽油过程中，做往复运动的抽油杆带动刮蜡器做上下运动和转动，从而不断地清除抽油杆和油管上的结蜡。刮蜡器的行程取决于固定在抽油杆上限位器的间隔距离，限位器的距离要稍小于1/2冲程长度（要考虑抽油工作制度中最小冲程）。尼龙刮蜡器要在整个结蜡段上安装，但是应当看到它不能清除抽油杆接头和限位器上的蜡，所以还要定期辅以其他的清蜡方式，如热载体循环洗井和化学清蜡措施等。4.2.2热力清蜡技术这种方法是利用热能提高抽油杆、油管和液流的温度，当温度超过析蜡温度时，能起防止结蜡的作用；当温度超过蜡的熔点时，则可起到清蜡作用。一般常用的方法有热载体循环洗井、电热自控电缆加热、电热抽油杆加热、热化学清蜡等四种方法。1、 热载体循环洗井清蜡一般采用热容量大，对油井不产生伤害或伤害小，经济性好而且比较容易得到的载体，如热油、热水等。用这种方法将热能带入井筒中，提高井筒温度，超过蜡的熔点使蜡熔化，随洗井液带出油井，达到清蜡的目的。一般有两种循环方法，一种是油套环形空间注入热载体，反循环洗井，边抽边洗，热载体连同产出的井液通过抽油泵一起从油管排出。另一种方法是空心抽油杆热清洗蜡，它是将空心抽油杆下至结蜡深度以下50m,下接实心抽油杆，热载体从空心抽油杆注入，经空心抽油杆底部的洗井阀，正循环，从抽油杆和油管环形空间返出。这两种方法各有优点，前一种方法洗井能经过泵清除泵内的蜡和杂物，其缺点是热效率低，用的洗井液多，而且洗井液经过深井泵抽出时影响时率，对敏感性油层还可能造成伤害。后一种方法热效率高，用的洗井液少，而且洗井液不通过深井泵，不影响时率，由于洗井液不与油层接触，所以不存在伤害的问题。但是，这种方法还不够成熟，主要是洗井阀故障多，也不能解决深井泵的故障问题。根据矿场实践可采用以下经验公式进行抽油井热洗设计：Q=K*W/C*T式中 Q：热载体总用量，Kg；C:热载体比热容，J/（Kg. ）；T:进出口温差，（一般取4045）；W：结蜡量，Kg；K :经验常数，空心抽油杆洗井取26151，油套环形空间洗井取34868。矿场热洗一般是在压力条件允许情况下尽可能提高排量洗井，但是在刚开始洗井时，温度和排量都不宜太高，以防止未熔化完的大块蜡剥落，造成抽油系统被卡事故，所以，一般要待循环正常后，方可以提高温度和排量。2、井下自控热电缆清防蜡井下自控电热电缆是一种内部有两根相距约10mm的平行导线，两导线间为一半导电塑料的特殊电热电缆，半导电塑料是发热元件。电流由其中一根导线流经半导电塑料至另一根导线，半导电塑料因而发热。由于该半导电塑料有热胀冷缩的特性从而改变其电阻，使得通过半导电塑料的电流大小随着温度的变化而自动改变，导致自动控制发热量而恒温。自控电热电缆的特性决定了它可以自动控制温度，保持井筒内恒温。当控制井温达到析蜡温度以上时，则起防蜡的作用，但要连续供电保持温度；亦可作为清蜡措施，按清蜡周期供电加热至井筒温度超过熔蜡温度。下入伴热电缆后井筒原油温度剖面如图4-3所示。因此，可根据此原则选择自控电缆的规范，即根据井筒内原始温度剖面来确定结蜡深度，一般要大于析蜡温度35，并据此初定伴热电缆长度。由于井下自控电热电缆的发热元件只有20QTV（600V，AC级）型相同的一种，因此，若计算所选的电缆总放热量小于所需要的热能时，需加长电热电缆长度，以达到热量平衡。图4-3 下入伴热电缆后井筒原油温度剖面图3、电热抽油杆清防蜡电热抽油杆由变扣接头，终端器，空心抽油杆，整体电缆，传感器，空心光杆，悬挂器等零部件组成电热抽油杆，它与防喷盒，二次电缆，电控柜等部件组成电加热抽油杆装置。三相交流电经过控制柜变成单相交流电，与抽油杆内的电缆相连，通过空心抽油杆底部的终端器构成回路，在电缆线和杆体上形成集肤效应（空心抽油杆外径电压为零），使空心抽油杆发热。电热抽油杆控制柜分为50KW和75KW两种。电缆截面积为25mm2, 额定电压380V，额定电流125A。可按抽油杆设计方法来选择空心抽油杆。国内外实心抽油杆为了克服螺纹部分应力集中，都采取了加大螺纹承载面积的办法，一般公螺纹承载面积加大了1.381.67倍，母螺纹承载面积加大了2.43.41倍。而空心抽油杆的螺纹部分强度明显偏弱，强度设计不合理，实际上是由于与实心抽油杆等强度的空心抽油杆杆质量偏大有关，既增大了钢材用量又加大了动载荷和惯性载荷。而且空心抽油杆系列的内径不统一，抽油杆本体截面积与实心杆不等效，这给抽油杆柱设计带来一系列困难。因此在选用空心抽油杆时要特别注意这个问题。4，热化学清蜡方法为清除井底附近油层内部和井筒沉积的蜡，过去曾采用过热化学清蜡方法，它是利用化学反应产生的热能来清除蜡堵.具体在实施热化学清蜡的操作过程中，需要将两种药液用两台泵车（双液法），从环形空间和另一通道（油管或连续油管等）按一定配比注入（有杆泵抽油井可上提杆式泵或利用反复式泄油器），在油井射孔段上方附近进行反应，使其达到热峰值。但是要特别注意，套管内不能注入任何带腐蚀性的液体，以保护套管。该反应由于是瞬间完成达到热峰值的，因而两台泵车在施工过程中不能有任何失误，否则就容易发生事故，这是热化学清蜡法的缺点。为此，近年来在反应催化剂方面进行了深入的研究，新开发的各种类型的催化剂可以控制热化学反应开始发生的时间。根据施工的需要选用不同的催化剂，使开始反应的时间从10分钟至6小时内随意调整，由于新催化剂系列的开发，进行热化学清蜡施工时也可以只使用一台泵车（单液法），保证了施工的安全。实践证明，用上述热化学方法清蜡，不但不经济，而且效率也低，因此，很少单独使用此法清蜡，常与热酸处理联合使用。5化学药剂清、防蜡技术用化学药剂对油井进行清、防蜡是目前应用比较广泛的一种清、防蜡技术，这是因为用化学药剂进行清、防蜡，通常是将药剂从环形空间加入，不影响油井正常生产和其他作业，除了可以收到清蜡、防蜡效果外，使用某些药剂哈一可以收到降凝、降粘和解堵的效果。化学清、防蜡剂有油溶型、水溶型和乳液型三种液体清防蜡剂，此外还有固体防蜡剂。解决蜡沉积的办法也有两种：第一种是使用一种（或多种）物质能在金属表面形成一层极性膜以影响金属表面的润湿性；第二种是加入一种（或多种）物质使其改变蜡晶结构或使蜡晶处于分散状态，彼此不互相叠加，而悬浮于原油中。这类物质就是通常所说的蜡晶改进剂和蜡晶分散剂。防蜡剂就是基于上述原理而研制开发的。5.1防蜡剂的分类能抑制原油中蜡晶析出、长大、聚集和（或）在固体表面上沉积的化学剂称为防蜡剂。常用的防蜡剂有三种类型。5.1.1稠环芳烃防蜡用的稠环芳烃主要是来自煤焦油中的馏分，都是混合稠环芳烃。下面是一些稠环芳烃的结构，如图5-1：图5-1 一些稠环芳烃的结构这些稠环芳烃在原油中的溶解度低于石蜡，将它们溶于溶剂中从环形空间加至井底，并随原油一起采出。在采出过程中随着温度和压力的降低，这些稠环芳烃首先析出，给石蜡的析出提供了大量晶核，使石蜡在这些稠环芳烃的晶核上析出。但这样形成的蜡晶不易继续长大，因为在蜡晶中的稠环芳烃分子影响了蜡晶的排列，使蜡晶的晶核扭曲变形，不利于蜡晶发育长大，因此就可使这些变形的蜡晶分散在油中，被油流携带至地面，起到防蜡的作用。也可将稠环芳烃掺入加重剂，制成棒状或颗粒状固体投入井底，使其缓慢溶解，以延长其使用效果。下面一些稠环芳烃的衍生物也有防蜡作用，如图5-2：图5-2 具有防蜡作用的微生物5.1.2表面活性剂用于防蜡的表面活性剂可以是油溶性的，也可以是水溶性的，两者的作用原理不同。许多文献和专家都认为水溶性表面活性剂是通过吸附在结蜡表面，使非极性的结蜡表面变成极性表面，从而防止了蜡的沉积。油溶性表面活性剂是通过吸附在蜡晶表面，使非极性的蜡晶表面变成极性的蜡晶表面，从而抑制了蜡晶的进一步长大。可作为防蜡剂的油溶性表面活性剂有以下几种，如图5-3：图5-3 可用做防蜡剂的油溶性表面活性剂5.1.3聚合物这类防蜡剂都是油溶性的梳状聚合物，分子中有一定长度的侧链，在分子主链或侧链中具有与石蜡分子类似的结构和极性基团。在较低的温度下，这些分子中类似石蜡的结构与石蜡分子形成共晶。由于其分子中还有极性基团，所以形成的晶核扭曲变形，不利于蜡晶继续长大。此外，这些聚合物的分子链较长，可在油中形成遍及整个原油的网络结构，使形成的小晶核处于分散状态，不能相互聚集长大，也不易在油管或抽油杆表面上沉积，而易被油流带走。下列聚合物可作为防蜡剂，如图5-4：图5-4 可用做防蜡剂的聚合物这类梳状聚合物是效果好并且有发展前景的防蜡剂，复配使用时有很好的协同效应。聚合物防蜡剂侧链的长短直接与防蜡效果有关，当侧链平均碳原子数与原油中蜡的峰值碳数接近时，最有利于蜡的析出，可获得最佳放蜡效果。5.2防蜡剂的作用机理在地层中，原油中所含的蜡处于溶解状态。在原油被采出的过程中，随着温度、压力的降低，原油中的蜡逐渐析出，油井在一定的深度内油管开始结蜡。大量的研究表明，当温度降低到某一数值时，原油中溶解的蜡便开始析出，通常把这个开始析出的温度称为“初始结晶温度”。当原油温度低于初始结晶温度时，便有蜡的结晶出现。随着温度继续降低，蜡便不断析出，结晶也不断析出、长大、聚集并沉积在油管上造成油井结蜡。所以说，结蜡过程分为三个阶段，即析蜡阶段、蜡晶长大阶段和沉积阶段。若蜡是从某一固体表面（如油管表面）的活性点析出，此后蜡就在这里不断长大引起结蜡，则结蜡过程就只有前面两个阶段。原油中蜡的正构烷烃的熔点随蜡的碳数增高而上升。实际上，原油中的蜡不是单一纯净的化合物，而是多种化合物的混合物。它们相互混合在一起，导致各个纯净化合物的熔点有不同程度的降低。随着油井中原油向井口流动，其温度不断降低，熔点比较高的高碳数蜡会首先结晶析出，形成结晶中心，随后其他碳数的蜡也会不断结晶析出，这是不可改变的自然规律。因此，化学防蜡不是抑制蜡晶的析出，而是改变蜡晶的结构，使其不形成大块蜡团并使其不附着沉积在油管管壁上。蜡在结晶过程中首先要有一个稳定的晶核（这种晶核通常是高碳蜡的聚集体）存在，这个晶核就成为蜡分子聚集的生长中心。事实上，在晶核形成之前，原油中就已存在着蜡分子束的形成和破坏过程，不过在温度还不足够低的时候这个过程是处于平衡状态而已。随着原油温度的降低，越来越多的蜡分子从原油中沉积出来，沉积的蜡分子浓度也会越来越大，并足以使原油中蜡分子束破裂，使其平衡遭到破坏，随之而来便是分子束的叠加作用，而使蜡晶增长。蜡从原油中结晶析出后，就有可能在管壁表面直接生长，或者油中的蜡晶彼此结合，并在金属表面堆积。图5-5（a）示意性地描述了蜡在原油中结晶析出和在金属表面的沉积过程。一种类型的化学防蜡剂的防蜡机理如图5-5（b）所示，它能够与蜡晶结合在一起而干扰蜡晶生长。这类化学剂最典型的代表就是乙烯一醋酸乙烯共聚合物（EVA）。这类化合物通常与蜡形成共晶体而阻碍蜡晶的相互结合和聚集。EVA作为防蜡剂中的蜡晶改进剂对原油具有强烈的针对性，在选用时一定要注意EVA中亲油碳链的碳数要与原油中蜡晶的平均碳数基本接近，且碳数分布也应该基本一致，才能收到最好效果。图5-5 蜡的沉积和蜡晶结构的改造过程另一种类型的化学剂通常是破坏蜡分子束的形成，从而防止晶核的形成，当然也就改进了蜡晶的形成，防止了原油中蜡的叠加和沉积。聚乙烯就是这类蜡晶改进剂的典型代表。聚乙烯基本上有两种结构类型，一种叫结晶型聚乙烯，另一种叫非晶型聚乙烯（Amorp Hous Polyethylene），它们的结构示意图如图5-6所示。图5-6 结晶型和和非结晶型聚乙烯分子排布通常作为防蜡剂用的聚乙烯是非晶型多支链聚乙烯。原油中含有少量的聚乙烯，在冷却情况下，它能形成网状结构，在网络里，石蜡以微结晶形成附着在上面。由于网络结构的形成，石蜡结晶被分散开而无法相互叠加、聚集和沉积，也就起到了防蜡效果。当然聚乙烯对蜡晶的分散度与聚乙烯的浓度、结构和分子质量有密切的关系。在使用聚乙烯作为蜡晶改进剂时，原油中必须含有足够的天然极性物质（如沥青质和胶质），否则就必须加入分散剂才能收到良好的防蜡效果。因为这些天然极性物质（或分散剂）能够围绕蜡晶建立潜在的“栅栏”，协助聚乙烯防止这些蜡晶的相互堆积。根据表面活性剂防蜡作用机理，表面活性剂用做防蜡剂加入原油中之后，在管壁上形成活性水膜，使非极性的蜡晶不易粘附。并且表面活性剂分子的非极性基团与蜡晶颗粒结合，使之吸附在蜡晶颗粒上，亲水的极性基团向外，形成一个不利于非极性石蜡在上面结晶生长的极性表面，使颗粒保持细小的 状态，悬浮在原油中，达到防蜡的目的。5.3清蜡剂的分类能清除蜡沉积的化学剂称为清蜡剂。清蜡剂的作用过程是将已沉积的蜡溶解或分散开使其在油井原油中处于溶解或小颗粒悬浮状态而随油井液流出，这涉及到渗透、溶解和分散等过程。其作用机理根据不同的清蜡剂类型会有所不同，清蜡剂主要有三种类型。5.3.1油基清蜡这类清蜡剂是溶解能力很强的溶剂，主要有：1、芳烃苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯、异丙苯、混合芳烃。2、馏分轻烃、汽油、煤油、柴油等。3、其他溶剂二硫化碳、四氯化碳、三氯甲烷、四氯乙烯等。这些溶剂中，二硫化碳、四氯化碳等是油田早期使用的清蜡剂，其清蜡效果优异，但是由于它们本身的毒性以及在原油加工中造成的腐蚀性和催化剂中毒等问题，已经禁止使用。芳烃的蜡溶量和溶蜡速度都比馏分油好。5.3.2水基清蜡剂水基清蜡剂是由水、表面活性剂、互溶剂和碱按一定比例组成的清蜡剂，适合于含水量较高的油井清蜡。表面活性剂的作用是改变结蜡表面的润湿性，使其易于剥落分散；用的表面活性剂有烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚、吐温等；互溶剂的作用是增加水和油的相互溶解度，常见的互溶剂有正丙醇、乙二醇、丁醚、辛醚、乙二醇单丁醚等等。5.3.3乳液型清蜡剂针对以上两种清蜡剂的不足，近年来发展起了乳液型清蜡剂。乳液型清蜡剂是采用乳化技术，将清蜡效率高的溶剂作为内相，将表面活性剂水溶液作为外相配置的水包油型乳状液。该类清蜡剂既保留了有机溶剂及表面活性剂的清蜡效果，又克服了此类溶剂对人体的毒害。胜利油田曾采用SAE表面活性剂与甲苯和水配成乳液型清蜡剂。具有清防蜡双重效果。从安全、无毒、高效、清防结合的特点来看，乳液型清蜡剂具有良好的发展前景。5.4化学清防蜡剂的发展目前国内一些油田以及科研场所，对含蜡油田的蜡沉积及蜡清除开展了广泛的研究，研制和开发出了多种清防蜡产品，但其中绝大多数产品是在传统清蜡剂上的改性和复配，不同程度上存在性能单一、效率较低、选择性强、安全性差等不足。通过对目前国内外清防蜡剂的发展现状的研究可以看出，未来清防蜡剂的发展方向是：制备高效、稳定、安全无毒、易储存的乳液型清防蜡剂；制备具有多支链、星型和流型的新类型聚合物防蜡剂，可有效地提高防蜡效果。5.5化学药剂清、防蜡的施工方法化学药剂清、防蜡方法，不但要对不同的原油和石蜡性质筛选最优的清防蜡剂配方，而且要保证清防蜡剂不间断地在原