高效、稳定、环保的油井清防蜡技术-----防止石蜡结晶&

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高效、稳定、环保的油井清防蜡技术.pdf (542 KB, 下载次数: 0) 2013-7-22 16:13 上传 点击文件名下载附件

一、背景

石蜡或石蜡沉积物存在于各种级别的原油里。在采油期间，含油混合物从井底采出，并随着环境（压力和温度）而改变。当环境发生改变，这些成分也会随着改变。石蜡一旦与油一起流出来，它们会作为一种单独、半固态液相从油中被分离出来，变得无法流动，并在出油管线、管道上和其它所能够接触到的设备上形成沉积物。

引起油井停机和维修的最常见原因是石蜡积聚，这是因为石蜡在原油中形成结晶沉积后覆盖在管件、设备、管线以及油罐的罐壁和罐底。这些石蜡是分子链长度C20到C50的饱和非极性烃。

采油期间，原油中石蜡的有以下三种主要变量：

● 石蜡结晶并从原油析出的温度

● 原油中石蜡数量

● 采出水中的微反向乳液

开采期间，如果没有额外加热，那么油温从其离开地层时开始降低一直持续到原油抵达炼油厂。当温度降至低于石蜡结晶点，石蜡被析出原油，形成结晶后慢慢变大并沉积到管件和设备表面。石蜡结晶生长主要发生以下地方：

● 在井孔附近的地层中

● 采油管道或油井管套内部

● 管线内部

● 处理和分离设备内部

● 储油设备内部

二、解决方法

百索福已被认为是溶解和包裹石蜡沉积物的最佳产品，是含有多种成分的专利混合可生物降解的水基表面活性剂/湿润剂/乳化剂。百索福可以保持油中蜡块原有状态，使蜡块得以松动、 抑制结蜡现象。

现场试验表明这种专利的表面活性剂配方比热油去除地层和采油设备上的石蜡积聚更有效、更安全、更便宜。不同于使用二甲苯基溶剂进行处理，百索福不但可以去除污泥和石蜡，而且同时抑制产生的气体，并且不会留下光滑的残留物，增加工人的安全性。

百索福公司成立于1975年，位于美国马萨诸塞州。百索福是一种拥有专利技术的、水基混合的无离子和阴离子表面活性剂，其中也添加了其它的添加剂以提供独特的性能，减少碳氢化合物。百索福产品配方经过专门优化，能够密封和乳化原油和碳氢化合物。通过形成胶团来乳化碳氢化合物，在一系列应用中都非常有效。它是一种无毒配方，不含CERCLA（环境保护赔偿责任法）所列明的有毒成分，100%可生物降解。百索福是已通过ABS（美国标准局）认证的气体抑制产品。

1、特性

利用专利技术，百索福处理烃会产生2种效果：
（1）可溶性增加（增溶性）
（2）界面张力降低（松动）。
百索福技术工作机理之一是降低界面张力，因此压降会导致无法“析出”石蜡，防止石蜡 （C-20 到 C-50）与油相结合的毛细作用力就会缩小。



图1显示百索福的胶束过程：烃从它们所接触的物质上被剥离，然后被包裹起来防止它们粘附于表面。包裹并抑制危险气体的释放。




●  石蜡抑制测试
通常，石蜡存在于油中—但当钻井井眼附近的环境发生变化时，开始发生分离或“析出”。百索福通过减少限制性因素能够扭转对环境的影响，这是一家位于苏格兰阿伯丁的领先化学公司经过试验得出的结论。
将比阿特里斯盐水和原油按50:50混合后分别放入这两个大小相同的烧瓶（测试体积：每个100毫升）。
一个烧瓶里盛放的是未用百索福处理过的液体，另一个烧杯中是用浓度为7.5-10%百索福浓缩液处理过的液体。搅拌这两个烧瓶，使它们的温度分别降至石蜡形成的水平。以500rpm（转速）进行搅拌，起始温度是管道入口温度，结束温度是管道出口温度。测试持续时间：1天。随着温度降低，观察到以下现象：


1、不含百索福的烧瓶的内径上结了一层蜡。
2、用百索福处理过的烧瓶没有结蜡。
该“反应”中的作用力是自然中的理化作用并借助吸附改变、界面张力和增溶作用。因此该过程不产生任何其它物质，在恰当的环境下该反应是可逆的。从本质上界面张力的降低可以增加材料之间的面积 — 允许两种材料之间有更多的接触和辅助循环。



图2：为了增加可服务性，已对油罐进行了更加快速、安全 & 有效的“除气”& 清理。百索福已经乳化来自污泥的石蜡，将1米的底部沉积物减少到75毫米，回收更多油的同时增加利润率。





图3：由于百索福具有很多优势，因此油井、管道和油罐已不再使用传统的热油或溶剂处理方法。当用一定量的百索福处理原油时，测试显示它可以防止石蜡的形成和沉积。百索福除蜡和除污泥的特点可以明显降低运行成本和增加油回收。




大多数出油管线每天可以将比率150-200ppm，浓度10%的百索福溶液加入总采出液（60ppm也就是每处理100桶采出液需要稀释四分之一加仑浓缩液取得一个浓度为10%的溶液所需比率）进行处理。这种处理方法用于后清理过程或用于必须防止结蜡的地方。（0.73加仑浓缩液=175ppm浓缩液处理100桶/天）。

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2、应用历史


百索福专利表面活性剂经过了4年的现场测试，可有效去除油井、管线、储罐和处理设备中存在的石蜡。百索福表面活性剂通过以下四种不同的方式发挥作用：
● 百索福防止石蜡在低于结晶温度时发生结晶。
● 百索福所溶解的石蜡在结晶后返回原油。
● 百索福可作为一种井下和采油设备中极好的乳液破坏剂。
● 百索福还可以破坏石蜡的微反相溶液，而原油和水仍然悬浮于采出水中。
基于这些成功的试验，百索福进行了一系列更深层的研发使这种表面活性剂更有效的清蜡和反乳化。

第一次试验：采油设备清蜡
1992年，位于奥克拉荷马的一个油商发现百索福在将石蜡从设备表面去除方面特别有效。他决定用百索福处理其中的一口低产量油井，将浓缩液与采出水混合后倒入油井背面，将石油销售线关闭24个小时，为泵循环油-水-百索福的混合液留出时间。当温度增加时，百索福溶液快速将石蜡从采油管上剥离。




效果十分明显：
● 油井采油量比热油处理后要高。
● 采油处理效果持续时间超过一年（热油处理只能维持3-4个月）。
● 百索福处理方法能够清理所有下游设备，包括油罐底部。
● 使用百索福每年的处理成本少于热油成本10%。


第二次试验：位于奥克拉荷马的六口油井
       后续试验也在奥克拉荷马进行，一共处理了6个油井——两个油井的深度为7000英尺，4个油井的深度为1800英尺。当石油流经某个水层，温度被冷却至低于石蜡结晶温度，然后在输油管道内部被析出，每年需要进行3-4次热油处理。测试中的一个油井一次处理使用了5加仑的百索福稀释浓缩液。将浓缩液缓慢的倒入油井管套背面后与采出水混合，形成新的稀释溶液。打开回油管，溶液通过管道进行循环，将石蜡退回溶液中。24小时后打开油管，所有溶液被送入销售罐。该试验证明百索福处理效果不错。




第三次试验：位于阿根廷的三口油井



图4：上图显示百索福的胶束过程：烃从它们所接触的物质上被剥离，然后被包裹起来防止它们粘附于表面。包裹并抑制危险气体的释放 — 百索福是已通过ABS（美国标准局）认证的气体抑制产品。




第四次试验：位于奥克拉荷马的预防性维护
      位于奥克拉荷马的中西部城市的两口油井，每天产油30-50桶，每天从1828米的蓄水池采水10-20桶。石蜡问题非常严重——尽管添加了石蜡驱散剂——仍需每月热油处理一次。其中一口油井上的泵停止抽吸，并拆卸抽油杆和泵。由于此油井石蜡积聚非常严重，运营商还拆卸了另一口油井的抽油杆和泵。
       首次用百索福处理是在1995年8月，每月重复处理一次，处理2个多月。在此期间，石油开采保持稳定，流线压力没有再增加，不存在抽吸问题，管线或连接装置没有石蜡积聚，而且在销售石油前没必要再加热或处理油罐。但是第四个月由于调度问题，此油井没有用百索福进行处理。采油水平开始降低，销售罐不得不再次进行处理，重新按照原来的计划用百索福处理油井，开采量再次恢复到以前的水平，油罐也无需进一步处理。


●  修复热油所导致的地层损伤
       在过年的几年里，奥克拉荷马和德克萨斯州的很多油井都已经用百索福进行了处理，克服了使用热油处理的长期负面影响。在热油处理期间，石蜡在井孔中被熔化，其中的一部分可能被抽到低压地层中，在热油清蜡车中进行循环。去除“轻馏分”后或者更低分子重量的烷烃，剩余的“重馏分”石蜡可能在井孔附近的地层孔隙中被冷却和固化。
       在测试的油井中，使用地层水将5-10加仑的百索福浓缩液稀释成浓度6%的溶液，然后被抽入使用地层水的油井射孔中。  在油井恢复生产前，百索福溶液可以在地层中保持24-48小时。解决地层中的石蜡堵塞问题，开采量可以增加10%到400%。百索福溶液在分解石蜡堵塞和将石蜡熔化到油中时十分有效。当石蜡-油混合物从从地层中被采出后，打开通道使地层液体流入井孔，从而增加开采量。


●  油管清蜡
      1997年，在进行清管操作前，使用百索福去除原油输送管线中的石蜡积聚。在此管线中，每天所输送的500-600桶原油先流经一段直径3英寸、长1/2英里的管线，再流经另一段长1/2英里的管线，然后接入一个增压泵，在该增压泵后又流经一段直径4英寸，长1英里的管线，最后接入4个500 bbl（桶）容量的储油罐。该管线从开始到结束的运输的油量大约是200bbl（桶）。过去用清管操作期间，必须挖掘和切割管道以查看有无损耗或被卡住的清管器。在管线的某些部分积聚的石蜡已将内径减少了1英寸。
       油商要求用百索福预处理输油管线，并在处理后立即清理管线。最初状态显示管线压力88psi，4个500 bbl（桶）容量的储油罐在处理前都存在厚度为12-18英寸的硬石蜡沉积层（请看图5）。

图5：表面活性剂处理熔化石蜡并使其返回溶液，避免加热油罐，增加可售产品，减少生产成本。


用292加仑的淡水稀释25加仑的百索福取得浓度为8%的溶液，将其注入管线，处理周期为4天。第一个24小时内注入大约142加仑的稀释液，没有出现明显变化。第二天，打开泵循环原油，压力从最初的88psi降至82psi。在三小时后压力降至80psi。第三天中午压力降至78psi。将大约212加仑浓度为8%的百索福溶液加入管线。在处理的最后阶段，压力降至76psi，该压力值是一段干净管线所具有的理论反压。


处理效果：
◆ 百索福处理后进行的清管操作显示当清管器在管线中运行时压力没有增加。不存在丢失或卡住的清管器，因此无需挖掘或切割管道。只有清管接收器中发现了少量石蜡。
◆ 最后测量油罐底部，在所有的4个油罐中，石蜡沉积层厚度已经从12-18英寸硬底减少到3-6英寸的软底。百索福表面活性剂处理不仅溶化了油罐底部的大多数石蜡，使采油量提高到了60桶，还将一些水从油中反乳化出来，与百索福所用采出水量相比，油罐采水量提高了15桶。
试验评论：
在所有油井清蜡试验中百索福处理效果比其它的处理方法维持的时间更长。试验开始时推测百索福覆盖与管道表面并防止石蜡沉积，但接下来的研究表明有些百索福仍然留在油井底部的采出水中，缓慢驱散形成微乳液，后续研究证实这是原油输送和石蜡结晶改变的关键因素。




3、与传统方法对比
（1）传统方法的优劣势
如果油井存在过量的石蜡沉积物，会限制原油流动并最终完全堵塞输油管线。当含有石蜡的小型胶束（微反相乳液）悬浮于采出水中时，会发生经常被忽略的另一个问题：当这些含石蜡的采出水被再注入到地层中时，所含石蜡能够堵塞油管射孔和孔喉，甚至堵塞地层。


目前已经研发及应用了一些技术来解决这些问题，包括：
● 使用保温层减少热损失
● 系统加热
● 热油
● 溶剂冲洗
● 化学处理


为管线保温和加热是最有效的表面解决方案。保温层是首选处理方案，因为其它技术处理期间需要停机停产。但无管线保温需要大量的资金支持，运行成本过高。而且这种处理方法不能用于井下清蜡。


热油是处理井下石蜡的最常见技术。原油被加热到远高于石蜡结晶点的温度，然后热油通过存在石蜡积聚的油井、管线和设备进行循环。热油处理方法的优势是终端产品可以直接被输送到产油罐，其缺点主要有以下几点：
● 比较大的设备，需要热源。
● 取决于原油的温度，热油处理不能完全为设备清蜡。硬石蜡需要用更高的温度熔化，因此硬石蜡能够长期积聚无法被去除。
● 在热油处理期间，必须停产。
● 熔化的石蜡通过油井射孔被注入到地层中，冷却并结晶，堵塞蓄水池的水流入井孔。如果重新热油可能造成地层损伤和储量损失。
● 挥发油的高温可能危害工人安全。
溶剂冲洗与热油类似，只不过是用溶剂（二甲苯）代替热油去除石蜡。溶剂冲洗的优势在于不依靠温度熔化石蜡，这种方法对于处理高熔点石蜡十分有效，终端产品可以直接被输送到采油罐。而其缺点主要有以下几点：
● 溶剂成本高。
● 溶剂通常是易挥发的危险材料。
● 溶剂比原油更易燃，火花、摩擦或静电都可能导致突然着火，危害工人和设备的安全。


     化学处理因为将少量化学物质添加到原油、采出水或连续向下送入油井背面的流体中。这些化学物质改变结晶形成的机理，将石蜡驱散回原油中。当进行批量处理时，这些化学溶液像热油一样被循环。有时会使用两种化学物质，一种用于将石蜡驱散回原油中，另外一种将石蜡脱乳出采出水。化学处理的优势在于其可以防止石蜡形成，而不是在发生石蜡沉积后再进行处理，而且化学处理比热油处理和溶剂冲洗需要更少的设备。




  （2）与其它化学物质的对比试验


    某个运行商认为大型处理设备可以提高原油产量，而卡尔加里的库特工程服务公司不相信这种说法。他们怀疑开采量遇到的瓶颈不是设备问题，而是化学物质的问题。实际上现在的设备已经够大，运行商已经在尝试用设备代替使用化学品处理的问题，因此他们进行一系列化学品的对比试验，试验分两个阶段进行：
● 明确目前水处理问题，确定缓解方法。
● 进行缓解方法的对比性试验。


研究的第一部分是分析水泵房注入度的问题，经证实主要是水兼容性的问题，采出水中有悬浮的微乳液和石蜡反相乳液；研究的第二部分关注的是在游离水脱水器中形成石蜡沉积层。该部分的分析包括：
● 发现最相似的化学物质进行研究和测试。
● 比较每种化学物质的性能。
● 发现需要矫正的所有设备缺陷。


    过程：
    收集乳液样本并与相同比例的采出液混合。然后将28种不同的驱散剂化学物质添加到28份浓度1000ppm的离心试管中并摇晃，竖立试管10分钟，该时间与游离水脱离器中的油相形成时间等同。用滴管提取乳液样本上层的10%。确定BS&W（底部沉淀物和含水），离心后记录沉淀物厚度和水质。从第一轮试验可以看出测试的化学物质范围从28种缩小到4种，其中包括百索福，来自供应商B的一种化学物质和来自供应商C的两种化学物质。进行第二轮试验更加详细，百索福在这两轮试验中都脱颖而出。
    第三轮试验检查采出水的反乳化作用。将百索福与来自其中一个供应商的4种化学物质和来自另外一个供应商的两种化学物质进行了对比。在这次测试中，百索福与其中一种化学物质同样有效，但百索福无毒可生物降解，还可以作为一种驱散剂和反乳化剂，所以使用效果更佳。
    在完成两个阶段的研究后，库特建议无需再使用额外的设备，只需使用少量的化学物质解决游离水脱离器的瓶颈。此次在化学处理方面的研究节省了运行商超过500000美金的资金费用和每年10000美金的运行成本。
   


结论：
    测试结果表明百索福形成油和水的微乳液和使石蜡成为乳相悬浮于油中。可以看出微乳液中的水要少于BS&W（底部沉淀物和含水）标准，因此可以将该溶液直接输送到炼油厂。除此之外，表面活性剂处理将石蜡驱散回油中，减少潜在的污染流，减少处理费用，增加销售量。
    百索福可作为有效的驱散剂和反乳化剂，而且无毒可生物降解，是处理油井、管道、油罐和容器中石蜡积聚的最有效和最安全的方法。除此之外，百索福安全环保，是处理石蜡问题的最具价值的解决方案。

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三、其它应用范围

百索福除了解决油井清防蜡，还能解决以下问题：
1、紧急泄漏处理
应用于燃料溢出时，百索福产品可用于消除火灾和爆炸危险。以稀释溶液的形式喷到溢出物上，它能够压缩和封装接触到的碳氢化合物分子，能够熄灭A级和B级的（碳氢化合物）火焰。


2、蒸汽抑制&气味控制
百索福产品可以在潮湿多风的条件下应用，无需专用设备，控制造成危害或者在邻近区域产生令人生厌的气味，蒸汽。


3、土壤整治
百索福产品可用于现场或非现场整治项目，松动和溶解了碳氢化合物，污染物的提取量达99%。残余污染物的生物修复也会通过加强碳氢化合物的生物利用度而加快。


4、罐体清洁
百索福产品能够用于溶解罐底和其它类型的碳氢化合物污泥。采用压力喷洒的方法应用百索福溶液，然后进行搅拌，使污泥中剩余的碳氢化合物能够快速转换，同时能够抵抗危险的挥发性有机物蒸汽，减少硫化氢的释放。百索福产品还可用作表面清洁剂，因此可以以一种对环境无害的方式去除容器壁和相关设备的污垢。


5、设备除污
可用于清洁炼油厂设备、钻探设备、溢出清理现场等。使用恰当稀释的百索福溶液，采用标准压力清洗设备，可去除所接触到的大多数油和焦油，对于更严重的污染，可能需要热水喷雾系统。


6、其它应用
百索福产品还能用于其它一系列应用中，如：油脂分离器清洁、除去油井中的石蜡、污水管道系统、减少油或燃料的意外泄露、船上的污染控制等。