防蜡剂

化学防蜡剂在油田的应用

一蜡的定义

蜡的定义主要有广义和狭义两种。狭义上的蜡是碳数多于16个，并且碳数主要分布在20-27之间的正构烷烃。广义上的蜡是指与高碳数正构烷烃、其它高碳数的异构烷烃、带有长链烷基的环烷烃和芳香烃以及沥青质、胶质、铁锈、化学助剂和泥沙等混合在一起形成的黑色半固体或固态物质。

原油中的蜡通常是指广义上的蜡，其主要组成成分包括石蜡、微晶蜡、胶质、沥青质并混有原油、水、砂和泥。其中石蜡约占40-60%，微晶蜡小于10%，胶质、沥青质约占10-50%。石蜡是指C17-C64之间的正构烷烃，其中以C16-C35含量最多，易结成大块，是原油中蜡的主要成分。

二、油井结蜡的危害

原油中的石蜡在油层中处于一定温度、压力及溶解气量的条件下，溶解在原油中。在油田开发过程中，原油从油层流向井底，由井底流向地面的生产过程是压力和温度下降的过程。当蜡从原油中析出就有可能粘附在油层岩石颗粒表面上，减小甚至堵塞油流通道，增加油流阻力，影响油井正常生产。结蜡严重时还会使井下及地面设备内结蜡甚至堵死而被迫停产。

三、油井结蜡的影响因素

1 原油组分和温度的影响

原油中所含轻质馏分愈多则蜡的结晶温度就越低，蜡不易析出，保持溶解状态的蜡量就越多。图1-1为汽油、原油、渣油在不同温度下溶解蜡试验。

图1-1 三种不同溶解度蜡量和温度的关系曲线

由图中可以看出，在同一温度条件下，轻质油对蜡的溶解能力大于重质油的溶解能力。任一种油对蜡的溶解量随着温度降低而减少。因此，在高温时溶解的蜡量，在温度降低时将

有一部分蜡要凝析出来。同时也可以说明在同一含蜡量下，重油的蜡结晶温度高于轻油的结晶温度。

2 压力和溶解气得影响

压力高于地层饱和压力的条件下，原油中的溶解气和轻质成分不易挥发，压力降低时也不会脱气，蜡的初始结晶温度随压力的降低而降低，如图1-2曲线的AB段；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分离出来，降低了对蜡的溶解能力，使初始结晶温度升高，如图1-2曲线的AC段。压力愈低，蜡结晶温度增加得愈高，这是由于初期分出的轻组分气体甲烷、乙烷等，后期分出的是丁烷等重组分气体，后者对蜡的溶解能力的影响较大，因而使结晶温度明显偏高。另外溶解气从油中分出时还要膨胀、吸热，使油流温度降低有利于蜡晶析出。

图1-2 初始结晶温度与压力、溶解气的关系

3 原油中胶质和沥青质的影响

原油中都不同程度地含有胶质、沥青质，尤其在高凝、高粘原油中含量相当高，胶质和沥青质影响着蜡的初始结晶温度和蜡的析出过程及结在管壁上的蜡性。实验证明，随着原油中胶质含量的增加，蜡结晶温度降低，见表2-1，因为胶质为表面活性物质，它可吸附于石蜡表面上，从而阻止结晶继续增大。沥青质是胶质的进一步聚合物，它不溶于油，而是以极小的微粒分散于油中，对石蜡晶体起着良好的分散作用。在显微镜下观察，由于胶质、沥青质的存在，石蜡晶体在油中分散得比较均匀且与胶质结合的紧密，不易聚集结蜡，但是当沉积在管壁上的蜡中含有胶质、沥青质时将形成硬蜡，不易被油流冲走。

图2-1

四化学防蜡

油井结蜡可分为三个阶段，第一阶段是蜡晶在一定条件下从石油中析出，这一阶段称为蜡析出阶段；第二阶段是析出的蜡结晶在一定条件下聚集长大，这一阶段称为蜡聚集长大阶段；第三阶段是聚集的蜡块在管壁上沉积，这一阶段称为蜡沉积阶段。当然结晶的蜡也可以在油管壁上析出，而后聚集长大直至堵死油管。根据结蜡过程可采用不同化学药剂进行防蜡。

1 稠环芳香烃型防蜡剂

稠环芳香烃是指那些有两个或两个以上苯环分别共用两个相邻碳原子而成的芳香烃。例如

等都是稠环芳香烃，它们主要来自煤焦油。稠环芳香烃的衍生物，如

等都有稠环芳香烃的作用。

稠环芳香烃型防蜡剂主要通过参加组成晶核，从而使品核扭曲，不利于石蜡结晶的继续长大而起防缩作用。稠环芳香烃可溶于溶剂中再加到原油中使用，也可加入加重剂袱后成型，做成棒状或粒状，投入井中使用。

为了控制防蜡剂在油中的溶解速度，可将稠环芳香烃及它的衍生物适当复配。

2 表面活性剂防蜡剂

这一类型防蜡剂有两类活性剂，即油溶性活性剂相水溶性活性别。油溶性活性剂是通过改变蜡晶表面的性质而起作用的。当这种类型的防蜡剂加入油井后，能够吸附在蜡结晶表面，便它变成极性表面(图1—4)形成极性表面薄膜，防止晶体微粒聚集长大，使微粒处于分散的油中可被油流带走，不利蜡分子的进一步沉积，达到防蜡目的。水溶性活性剂是通过改变结蜡表面(如油管、抽油杆和设备表面)的性质而起作用的。由于溶于水的活性剂可吸附在结蜡表面，使它变成极性表面并有一层水膜，不利蜡在其上沉积。可见，活性剂是通过改变百蜡表面或结蜡表面的性质来达到防线的目的。油涪性活性剂型防蜡剂主要为石油磁酸盐和胺型活性剂。水溶性活性剂型防蜡剂主要是季铵盐型、平平加型、oP型、聚醚型和吐温型活性剂，也可用硫酸酯盐化或破烃基化的平平加型活性剂和oP型活性剂。蜡表由这种类型防蜡剂通常具有破乳、润湿、渗透、石蜡分散等性能的多种表面活性剂的复合物。

图1－4活性剂使石蜡x表面变成极性表面

3 高分子聚合物型防蜡剂

如这类防蜡剂通常都是油溶型的，这一类型防蜡剂都是油溶性的，具有石蜡结构链节的，支链线型的高分子。当它溶于原油中时，这些高分子聚合物在浓度很低的情况下，就能够形成遍及整个原油组织中的网络结构，而析出的石蜡微晶（晶核）就吸附在网络结构上，

而石蜡就在网络结构上析出，并彼此分离，干扰了石蜡结晶的生长，改变了石蜡的晶型，使之不能互相聚结长大，也不易在钢铁表面沉积，而很易为油流带走，达到防蜡目的。所以将此类高分子聚合物亦称为石蜡结晶改进剂。这种类型的防蜡剂，国内外主要采用的是聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯和乙烯1醋酸乙烯酯的共聚物等。高分子防蜡剂的使用浓度一般为5～

200mg/l.

高压聚乙烯是一种高分子型防蜡刑。由于高压聚乙烯是在高温、高压和氧引发下聚合而成，所以它不是直链线型结构，而像图1—5所示那样，是支链线型结构与高压聚乙烯结构类似，因而有防蜡作用的高分子还有许多。

图1－5高压聚乙烯的支链线型结构

图1－6乙烯与羧酸乙烯酯共聚物

图1－7乙烯与羧酸丙烯配共聚物因为高分子聚合物型防蜡剂的防蜡原理是通过防蜡剂和原油中的蜡共结晶来改变蜡晶状态，所以这种防蜡剂必须在高于原油浊点的温度下加入才有效。所谓原油的浊点是：随着含蜡原油温度的下降，蜡晶刚刚开始析出的那个温度，通常也称为初始结晶温度或析蜡点。原油浊点的确定，一般认为是粘温曲线的突然转折点。

上面讲的三种类型的防蜡剂都是外加的。实际上，原油中的胶质、沥青质本身就是防蜡剂。胶质、沥青质不是单一物质，它们是结构复杂的非烃化合物(分子中除含碳、氢外还含氧、硫、氮等元素)的混合物。胶质分子量较低(500～1500)，沥青质分子量较高(1500～500000)。沥青质是胶质的进一步缩合物。在胶质、沥青质分子中既有极性部分，也有非极性部分。

所以它们是天然活性剂。胶质和低分子量的沥青质溶于油中，它们像外加活性剂那样起防线作用，而高分子量的沥青质不溶于油，它以微小固体颗粒的形式分散在油中。这样的沥青质可作为晶核。当它含量足够高时，可使石蜡结晶形成许多细小的结晶颗粒分散在油中而被带走，同样有防治作用。由于原油总台有一定数量的胶质、沥青质，所以外加的防蜡剂，都应该看作是在胶质、沥青质配合下起防蜡作用的。