确定油井化学药剂洗井工艺参数的新方法

李栋，苗彦平，许双龙，王尤富，郑建锋，崔强，邓明

(中石油华北油田分公司第三采油厂工程技术研究所， 河北 沧州 062450)(湖北省油气钻采工程重点实验室(长江大学)，湖北 武汉 430100)(中石油华北油田分公司第三采油厂工程技术研究所， 河北 沧州 062450)

油井生产过程中，井筒由下向上的温度、压力不断降低，井筒中原油随温度、压力的降低和气体的析出，溶解的石蜡便以结晶体析出、长大聚集和沉积在油管壁等固体表面上，出现结蜡现象[1]。原油中的胶质、沥青质及其他机械杂质的存在，使得管壁上沉积的蜡的强度明显增加，最终导致油管壁或抽油杆表面等形成牢固的油垢，影响油井的正常生产。油井化学药剂洗井的目的就是要清除油管壁和抽油杆表面等处的油垢，恢复油井的正常生产。

洗井液类型(包括化学药剂类型及用量等)、洗井液注入体积和洗井液注入速度，是影响油井洗井效果和洗井作业成本的主要因素。针对原油性质、油层岩石物性及地面施工环境等的变化，广泛开展了洗井液及其性能的研究[2～6]，对洗井液注入体积和洗井液注入速度等洗井工艺参数对洗井效果的影响研究较少。针对华北油田第三采油厂(以下简称采油三厂)目前使用的除油清洗剂(由表面活性剂、润湿剂等组成，乳白色粉状固体)洗井液，首次利用模拟洗井试验，研究除油清洗剂质量分数、注入洗井液速度和体积对洗井效果的影响，根据试验测定的洗井效率的变化规律，确定合理的洗井工艺参数，旨在为现场确定出洗井效果好且成本费用低的合理洗井工艺参数以及尝试一种确定化学药剂洗井合理工艺参数的新方法。

1 洗井模拟试验

1.1 试验材料

试验用油为采油三厂油井取样原油;洗井液的化学试剂是采油三厂目前使用的除油清洗剂(表面活性剂、润湿剂等组成，乳白色粉状固体);洗井液配制水是采油三厂王四联合站处理水(矿化度为6165mg/L)，模拟油管和套管采用不锈钢钢管制作。

1.2 试验方法

根据流体力学相似原理，设计模拟洗井试验的油管体积以及油管与套管之间的环空体积，并模拟现场反洗井过程，模拟洗井主要试验方法步骤如下：

1)恒温50℃以一定的速度(速度由小到大)将原油注入到模拟油管中，注入原油体积超过10倍油管体积后(此时原油充满油管，进入原油体积为油管体积V,V为已知)，恒温50℃静置48h，使原油和油管内管壁充分接触。

2)恒温50℃用联合站处理水进行水驱油(速度由小到大)，驱替体积达到10倍以上油管体积后，记录从油管中驱出的原油体积V1(此时残留在油管中的原油黏附在油管的管壁处，类似于实际油井油管壁上的油垢)，恒温50℃静置360h，使油管管壁上的原油更加牢固附着管壁。计算附着油管管壁的原油体积V2，V2=V-V1。

3)利用一定质量分数除油清洗剂配制的洗井液以一定注入速度清洗油管，并记录清洗油管的注入速度、清洗油管的总注入洗井液的体积、从油管中清除出的原油体积V3。利用流体力学相似原理，将试验注入洗井液的速度转换为现场洗井注入洗井液的速度。

2 试验结果及分析

2.1 除油清洗剂质量分数对洗井效果的影响

利用王四联合站处理水和不同质量分数的除油清洗剂配制洗井液，按照试验方法，以现场洗井液注入速度25m3/h、洗井液注入体积等于油管体积的15倍的条件下，测定了不同质量分数除油清洗剂的洗井液的洗井效果，试验结果见表1。由表1的结果可以看出，除油清洗剂质量分数小于0.6%时，除油清洗剂质量分数增加，洗井效率急剧增大；除油清洗剂质量分数大于0.6%时，除油清洗剂质量分数增加，洗井效率只有较微小的增大。试验结果说明，除油清洗剂质量分数大于0.6%的洗井液具有好的洗井效果。

洗井液中的表面活性剂具有将附着在油管壁上的油垢分散、剥离的作用[7]。表2是不同质量分数除油清洗剂配制洗井液的表面张力的测定结果，由表2的结果可以看出，除油清洗剂质量分数为0.6%的洗井液具有最低的表面张力。由此可知，洗井液在最低表面张力时充分发挥了表面活性剂的分散、剥离油垢作用，导致好的洗井效果。

表1 不同质量分数除油清洗剂洗井液模拟洗井试验结果

表2 不同质量分数除油清洗剂洗井液表面张力测定结果

2.2 洗井液注入速度对洗井效果的影响

利用王四联合站处理水配制除油清洗剂质量分数为0.6%的洗井液，按照试验方法，累计注入15倍油管体积的洗井液，测定了洗井液在不同注入速度下的洗井效果，试验结果见表3。由表3的结果可以看出，当注入速度小于22m3/h时，洗井效率随注入速度的增加有较大幅度的增大，当注入速度大于22m3/h时，随着注入速度的增加，洗井液洗井效率基本不再增大。试验结果说明，洗井液合理的注入速度是22m3/h。

洗井液在油管或油管与套管之间的环空中流动时对管壁上油垢的冲刷力，有利于油垢脱离管壁，洗井液注入速度越大，促使油垢脱离管壁的效果越大。结合上述分析结果可知，油井洗井是通过洗井液冲刷力的作用与表面活性剂分散、剥离油垢作用的协同效应来清除管壁的油垢，协同效应越高，清除管壁油垢的能力越强；当洗井液中表面活性剂分散、剥离油垢的作用一定时，协同效应取决于冲刷力的作用。由此可知，当注入速度小于22m3/h时，洗井液注入速度的增加，增加了对管壁油垢的冲刷力，清除油垢的协同效应得到增强，洗井效率增大；当注入速度等于22m3/h时，协同效应得到最好的发挥，清除油垢的能力达到最大，洗井效率最好。

2.3 洗井液注入体积对洗井效果的影响

利用王四联合站处理水配制除油清洗剂质量分数为0.6%的洗井液，按照试验方法，洗井液注入速度为22m3/h，测定了注入不同体积洗井液的洗井效果，试验结果见表4。由表4的结果可以看出，当注入洗井液体积小于10倍油管体积时，洗井效率随注入体积的增加有较大幅度的增大；当注入洗井液体积大于10倍油管体积时，随着注入体积的增加，洗井液洗井效率基本不再增大。试验结果说明，洗井液合理的注入体积是10倍油管体积。

表3 不同注入速度的洗井液模拟洗井试验结果

表4 不同注入体积的洗井液模拟洗井试验结果

上述分析结果表明，油井洗井是通过洗井液冲刷力的作用与表面活性剂分散、剥离油垢的作用协同效应来清除管壁的油垢。表4的试验结果表明，在注入速度和洗井液药剂质量分数一定时，注入洗井液的体积影响协同效应的程度，这是由于协同效应渐进增强的结果所致。油管或抽油杆壁上的油垢在不同处的强度是不一致的，初始注入洗井液，协同效应的作用是清除附着壁面上不牢固的油垢，随着洗井液的不断注入，协同效应的作用将不断清除更加牢固的油垢，当注入洗井液的体积达到10倍油管体积时，协同效应达到了应有的最大作用，洗井效率不再随注入体积的增大而增大。

3 结论与认识

1)根据流体力学相似原理建立的油井模拟洗井试验，采用合理的模拟试验方法，能较好地模拟洗井液中化学药剂质量分数、洗井液注入速度和注入量等洗井工艺参数。

2)化学药剂洗井是通过洗井液冲刷力作用与表面活性剂分散、剥离油垢作用的协同效应来清除油管、抽油杆壁面上的油垢。

2)洗井液的化学药剂质量分数、洗井液注入速度和注入量均影响油井洗井效率，只有当三者均达到合理的状态时，化学药剂洗井才能具有最佳的洗井效果以及最为节约的洗井成本。