石油工程毕业设计论文-油井清蜡防蜡工艺的研究及应用(编辑修改稿)

石油工程毕业设计论文-油井清蜡防蜡工艺的研究及应用(编辑修改稿)内容摘要：

液经过深井泵抽出影响时率 ,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抽出 ,不影响时率 ,由于洗井液不与油层接触 ,所以不存在伤害问题。 但是 ,这种方法还不够成熟 ,主要是洗井阀故障较多 ,所以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 : CQ Δ T/W=K 式中 C热载体质量热容 , J (kg ℃ ) Q热载体总用量 ,kg Δ T进出口温差 ,℃ ,(一般取硐 — 50℃ ) 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. 矿场一般在压力条件允许下尽可能提高排量 ,但是在刚开始洗井时 ,温度和排量都不宜太高 ,防止大块蜡剥落 ,造成抽油系统被卡事故 ,所以 ,一般要待循环正常后方能提高温度和排量。 井下自控热电缆清防蜡 井下自控电缆的工作原理是内部有两根相距约 10mm 平行导线 ,两导线间有一半导电的塑料层 ,是发热元件。 电流由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 ,造成随温度不同半导电塑料通过的电流大小就会随着温度而变化 ,导致自动控制发热量。 自控电热电缆的特性决定了它可以控制温度 ,保持井筒内恒温。 当温度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。 作为清蜡措施 ,可按清蜡周期供电加热至井筒温度超过溶蜡温度。 因此可根据此原则选择自控电缆规范 ,根据井筒内原始温度剖面确定结蜡深度 ,一般要大于析蜡温度 3~5℃ ,据此初定伴热电缆长度。 中国石油大学胜利学院专科生毕业设计（论文） 9 由于井下自控电热电缆的发热元件只有 20QTv (600v,AC 级 )型自控伴热电缆相同的一种 ,因此 ,若计算所选的电缆总放热量小于所需热能时 ,需加长电热电缆长度 ,以达到热量平衡。 电热抽油杆清防蜡 它由变扣接头、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的调节 ,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 (空心抽油杆外经电压为零 ),使空心抽油杆发热 ,提高井下温度 ,达到清防蜡的目的。 也有的是利用在空心 抽油杆内下入三相发热电缆发热 ,达到清防蜡的目的 ,其优点是电网三相平衡。 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 ~ 倍 ,母螺纹承载面积加大了 ~ 倍。 螺纹部分明显偏弱 ,强度设计不合理 ,实际上是与实心抽油杆等强度的空心抽油杆质量偏重 ,既浪费了钢材又增加了动载荷和惯性载荷。 而且空心抽油杆系列内 径不统一 ,抽油杆本体截面积与实心杆不等效 ,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。 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。 例如氢氧化钠、铝、镁与盐酸作用产生大量的热能 : Na0H+HC1=NaCI+H20+ kJ Mg+2HC1=MgC12+H2↑ + kJ 2A1+6HCI=2A1C13 十 3H2↑ 十 kJ 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 )按比中国石油大学胜利学院专科生毕业设计（论文） 10 例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 ,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人地研究 ,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 10min 至 6h 内随意进行调整。 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 ,用上述方法产生的热化学清蜡 ,不但不经济 ,而且效率也低。 因此 ,很少单独用此清蜡 ,常与热酸处理联合使用。 磁防蜡技术的基本原理是 :原油通过磁防蜡器时 ,石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 ,而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 ,石蜡晶体细小分散 ,并且有效地削弱了蜡晶之间、蜡晶与胶体分子之间的粘附力 ,抑制了蜡晶的聚 集长大。 另外 ,永磁技术应用于石油工业防蜡 ,始于 1966 年 ,前苏联 A 季霍若夫和 B 米亚格科夫发现磁化处理不仅降低盐类结垢物的生成 ,而且减少了沥青及石蜡沉积物的生成。 ,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 ,应用推广较困难 ,直到 1983年第三代稀土永磁材料钦铁硼的出现 ,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。 主要有 ,正构烷烃经磁场处理后 ,粘度降低 50%左右 ,凝固点下降 2~7℃ ,析蜡点下降 1~3℃。 试验证明 ,C1:H3:经磁处理后结的蜡孔隙较多 ,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 48h。 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 ),在环流中产中国石油大学胜利学院专科生毕业设计（论文） 11 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的取向 ,使蜡分子在磁场作用下定向排列 ,作有序流动 ,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 48h 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 ,据实际资料统计 ,目前生 产的磁防蜡器的有效距离只有 300~1000m.。 (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 ,造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、扭动 ,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 ),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、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。 磁场处理后还能改变井筒中的结蜡状态 ,使蜡质变软 ,易于清除。 磁防蜡器主要有电磁式和永磁式两大类。 在油井应用用 ,无论是自喷井或抽油井 ,由于电磁式装置操作比较复杂 ,投资高、耗能高 ,因而很少应用。 永磁式防蜡器是采用永磁体构成磁场方式 ,不需要电源等附属设备 ,安装使用方便 ,我国主要使用永磁式防蜡器。 永磁式防蜡器又分外磁式和内磁式两种 ,每种 又以其连接方式、使用温度和场强不同而成系列。 内磁式防蜡器有梯度磁场型和加中心杆型。 外磁式防蜡器目前只有一种形式 ,其差别只是长度不同 ,因而磁感应强度各异 ,且极限载荷也有所差异。 外磁式防蜡器结构轻巧 ,可直接卡在输油管 (或油管 )的外围 ,与铁管形成闭合磁路 ,使磁化区域内的铁管壁达到磁饱和后 ,在管内形成与流体方向一致的磁场 ,当介质通过磁化区域时产中国石油大学胜利学院专科生毕业设计（论文） 12 生旋进 ,提高了切割次数 ,而且有利于分子极化。 为了提高防蜡效果 ,通常在抽油杆上还要加上一种特别的磁防蜡器与油管上安装的内磁式或外磁式防蜡器配合使用。 常用的磁防蜡器有三种结构 形式 ,技术规范见下表 投捞式磁防蜡器技术规范 型号 外径 mm 内经 mm 长度 mm 工作载荷 kN 中心磁场强度 T 磁性材料 使用温度 .。 C FL52/30 52 30 560 10 SmCos 100 FL52/30 52 30 560 10 NdFcB 75 抽油杆磁防技术规范 型号 外径 mm 长度 mm 抽油杆材料 表面磁感应强度 结构形式 使用温度 GCFL— 1 42 682 35GrMo 180 内磁式非接触型 120 GCFL— 2 45 696 GCFL— 3 50 715 油管内衬和涂层防蜡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。 油管内衬法 油管内衬就是在油管内衬一层由 Si02(%),Na2O(14%),CaO (%),A12O3(%)}B203(1%)等组成的玻璃衬里 ,具有亲水憎油、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壁管上，同中国石油大学胜利学院专科生毕业设计（论文） 13 时内壁表面光滑，使析出的蜡不易粘附，比较容易被油流冲走，减缓了结蜡速度。 但这种油管不耐冲击，运输和起下。 油管要求的条件苛刻，因此一般只在自喷井和气举井上使用。 矿场使用时要加强性能检验，一般要做如下四方面性能检验。 ①溶蚀量检验 :浸泡 48h,40℃恒温下 ,酸失量小于 ,碱失量小于。 ②耐冷热急变性能检验 :要求由 40℃立即升温到 120℃ 或由 120℃ 骤冷到 40℃ ,油管内衬不炸裂。 ③机械强度检验 :拉伸 2800N,扭力 1176N m,耐压 20MPa,油管内衬不炸裂。 ④抗冲击检验 :油管从距柏油地面 处自由下落 ,油管内村不炸裂。 以上检验均合格后 ,方能下井使用。 涂料油管法 涂料油管就是在油管内壁涂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。